模糊PID控制器在除蓝藻过程中的设计与应用

模糊PID控制器在除蓝藻过程中的设计与应用摘要：最近几年，太湖蓝藻爆发，无锡市的饮用水发臭，给人们的日常生产生活带来了很大的影响。

治理蓝藻成了无锡市的当务之急。

在除藻过程中，除藻器得到了应用，但是除藻器的工作环境非常复杂。

利用传统的控制器无法得到好的控制效果。

本文就是结合传统PID控制器和模糊控制器的优点，设计一个模糊PID控制器来控制除藻器，使其能够很好的工作。

关键词：模糊PID控制器除蓝藻饮用水
近几年，太湖蓝藻爆发，无锡市的饮用水发臭，给人们的日常生产生活带来了很大的影响。

治理蓝藻成了无锡市的当务之急。

目前，治理蓝藻的方法有很多，有化学治藻法、生物治藻法和物理治藻法。

但是化学治藻法对生态环境有一定的破坏，生物治藻法治理的时间长，物理治藻法成为目前优选的方法，物理治藻法中最常见的是利用流体动力处理蓝藻。

该方法是利用流体动力使含有蓝藻的水体获得足够的能量，以改变藻类的生存条件和破坏藻的细胞囊，促使藻细胞死亡，达到去除目的。

此方法不会对水体造成二次污染及带来负面效应，处理后水体清澈透明。

在利用除藻器进行流体动力处理蓝藻的过程中，压力和水体的流速对除藻的作用有影响。

除藻器的控制系统主要检测藻体的浓度，然后根据蓝藻的浓度来确定机器的气压和水体的流速。

因为除藻的过程
是一个复杂的过程，气压，水体的流速对除藻的结果致关重要。

由于灭藻过程控制具有高度非线性、时变性和随机性，无论是通过某些假设导出的机理模型，还是通过实验所得出的控制模型，其适用范围都是有限的，很难准确有效地描述整个控制过程特性。

要取得较理想的控制效果，必须建立基于现代控制理论的智能控制系统。

作者以除藻过程控制中的蓝藻浓度控制为目标设计了一个模糊PID控制器来跟踪并控制复杂的除藻过程。

设计的基本思想是利用模糊推理机分别实现PID控制的比例、积分和微分控制参数的实时自整定。

为了提高控制精度，消除因PID控制参数大幅度变化而引起的系统输出振荡，控制器采取了在参数预估的基础上利用模糊推理进行小幅度调节的方法。

1 PID控制器的设计
把控制对象近似的用一阶惯性纯滞后环节来表示，其传递函数为：
利用matlab进行仿真，得到的阶跃响应曲线如图1。

由上图可知，系统虽然最终达到稳定，但是调节时间太长了，居然达到了200秒，这在实际的应用中很难达到预定的控制效果，所以需要利用模糊规则进行参数的自整定。

PID控制器的参数自整定
数据一开始是连续的，在matlab中采样把其离散化，从而得到离散的结果。

在线运算过程中，控制系统通过对模糊逻辑规则的结果处理、查表和运算，完成对PID参数的在线自校正，得到的仿真图形为：由上图可知，系统虽然有超调量但是调节时间缩短，系统能在短时间内达到稳定的状态，达到了预期的效果。

比传统的PID控制得到的效果好的多。

实际的生物系统是大滞后、时变、非线性的复杂系统，传统的PID控制器无法达到很好的控制效果。

而模糊PID控制器以其自身的
特点，完成了这一历史使命，能够很好的控制生物系统，最终能够达到很好的除藻效果。

参考文献
[1] 魏力，郑卫东，程广亮.模糊PID控制器的设计[J].长春大学学报
[2] 刘金琨.智能控制，北京：电子工业出版社，2005年.
[3] 王述彦,师宇,冯忠绪.基于模糊PID控制器的控制方法研究[J].机械科学与技术,2011(01).。