變論域自適應(yīng)模糊PID控制器設(shè)計(jì)

楊幸

摘 要：從一類大時(shí)滯、時(shí)變系統(tǒng)來講，本文主要提出了在變論域模糊控制的基本理論常識(shí)進(jìn)行研究，并對(duì)對(duì)自適應(yīng)模糊PID控制器控制的手段進(jìn)行了分析，相關(guān)研究人員將常規(guī)模糊IPD控制器和有關(guān)變論域模糊控制器所具有的優(yōu)勢(shì)有機(jī)的結(jié)合起來，利用論域?qū)δ：齈ID控制器的有關(guān)參數(shù)加以調(diào)整，有著顯著的效果，并發(fā)揮出自身的作用。經(jīng)過相關(guān)仿真結(jié)果很好的說明該方式具有可推廣性。

關(guān)鍵詞：變論域；模糊PID控制器；設(shè)計(jì)

1 變論域模糊IPO控制

1.1 變論域模糊控制原理

基于變論域的模糊控制器是一種自適應(yīng)模糊控制器。這種可變論域的模糊控制器以論域的變化應(yīng)以誤差的變化，設(shè)計(jì)無需太多的領(lǐng)域?qū)＜抑R(shí)，只要知道規(guī)則的大致趨勢(shì)。論域劃分、隸屬函數(shù)形狀，在論域伸縮之下，也并不顯得重要。

1.2 變論域模糊PID控制

模糊PID控制相對(duì)于傳統(tǒng)PID控制，具有一定的抑制超調(diào)量、提高響應(yīng)速度能力。其缺點(diǎn)是模糊控制器一但設(shè)計(jì)確定，其結(jié)構(gòu)就不能在線修改，因而自適應(yīng)能力有限。

相關(guān)研究人員將變論域中的相關(guān)理論和模糊PID控制原理有機(jī)的結(jié)合起來而形成新型的模糊控制器。而主要是依據(jù)變論域所具有調(diào)整的能力將模糊PID控制器中所具有的參數(shù)精度以及相應(yīng)的范圍進(jìn)行調(diào)節(jié)，遮陽就可以有效預(yù)防自身的不足之處。依據(jù)有關(guān)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，相關(guān)研究人員通過將模糊控制器中的量化因子Ke、Kec以及相應(yīng)的Kp、Ki、Kd進(jìn)行調(diào)整以后，其實(shí)是將控制器里面所存在的論域劃分進(jìn)行擴(kuò)張亦或是壓縮，和采取變論域模糊控制系統(tǒng)的本質(zhì)基本是一致的。所調(diào)整的原則主要體現(xiàn)在以下幾方面：第一，相關(guān)研究人員將量化因子進(jìn)行放大，也就是對(duì)輸入論域進(jìn)行收縮，在縮小量化因子的同時(shí)實(shí)質(zhì)上是將輸入論域進(jìn)行膨脹；將比例因子縮小實(shí)質(zhì)上是將輸出論域進(jìn)行收縮，在對(duì)比例因子進(jìn)行放大的時(shí)候，其實(shí)是將比例因子進(jìn)行放大。

2 基于Matlab的仿真分析

2.1 仿真對(duì)象選取

由于大部分工業(yè)過程對(duì)象具有純延時(shí)并可近似為二階系統(tǒng)，故考慮如下大時(shí)滯、時(shí)變過程對(duì)象：

其中比例系數(shù)K0，延遲系數(shù)τ，時(shí)間系數(shù)T1、T2為時(shí)變量。在此選擇相應(yīng)的液位系統(tǒng)當(dāng)作控制對(duì)象，并設(shè)置初始參數(shù)為k0=1.57，T1=52.5，T2=52.5，τ=14.8s。

2.2 仿真對(duì)比分析

相關(guān)研究人員通過使用Matlab軟件將變論域自適應(yīng)模糊PID控制體系較好的呈現(xiàn)到仿真框圖中。以下是對(duì)相關(guān)控制進(jìn)行了一次仿真試驗(yàn)，主要包含諸多控制：第一，PID控制；第二是模糊PID控制（下文都以FPID代替）；第三是變論域自適應(yīng)模糊（以下都用VFPID代替）IPD控制這三種控制，都是處于變化對(duì)象參數(shù)的狀態(tài)下進(jìn)行相關(guān)仿真試驗(yàn)的，并較好的對(duì)FPID控制和VFPID兩個(gè)方面進(jìn)行比較研究。其中，階躍信號(hào)延時(shí)都處于0的狀態(tài)，終值是1，所產(chǎn)生的運(yùn)行時(shí)間一般為t=1000s的范圍內(nèi)，o%作為超調(diào)量，而t是具體的調(diào)節(jié)時(shí)間（其中2%當(dāng)作誤差范圍）。

圖1主要作為被控對(duì)象，并且在參數(shù)開始時(shí)所產(chǎn)生的階躍響應(yīng)而輸出的曲線。在這個(gè)時(shí)候相關(guān)人員在對(duì)FPID以及VFPID進(jìn)行控制的過程中都有著顯著的效果。而采取VFPID控制可以得到更小的超調(diào)量，然而自身具有的優(yōu)勢(shì)比較徽弱，這兩種控制所產(chǎn)生的區(qū)別并不差價(jià)很多。然而，該仿真實(shí)驗(yàn)所得到的結(jié)果已經(jīng)比其他有關(guān)結(jié)果更加具有優(yōu)越性。

而圖2主要呈現(xiàn)出來的是當(dāng)T1、T2處于50%改變的狀態(tài)下所形成的輸出曲線。這個(gè)時(shí)候的FPID控制σ=13，而t1=345s，但是VFPID的控制大概在σ=9，t1=345s。由此可以看出相關(guān)研究人員使用VFPID控制可以較好的體現(xiàn)出超調(diào)量小的優(yōu)勢(shì)，而且所產(chǎn)生的魯棒性能要比FPID的控制要好些。

圖3中所擁有的主要是參數(shù)T1、T2、K0都在50%改變的條件下所形成相應(yīng)的輸出曲線。這個(gè)時(shí)候的FPID控制σ=19.5、t1=455s的范圍，但是VFPID控制主要是在σ=12.8，t1=400s的范圍。由此可以看出，相關(guān)研究人員通過VFPID進(jìn)行控制可以有效的防止超調(diào)能力所產(chǎn)生的速度，并且所產(chǎn)生的魯棒性能也要比FPID的控制性要強(qiáng)些。

圖4中主要論述的參數(shù)為T1、T2、K0、τ在經(jīng)過50%改變的過程中所形成相應(yīng)的曲線。這個(gè)時(shí)候FPID控制所產(chǎn)生的范圍是σ=28、t1=470s，而相關(guān)研究人員采取VFPID控制所產(chǎn)生的范圍是σ=20、t1=455s。通過采取FPID控制形成了相應(yīng)的超調(diào)，但是控制的穩(wěn)定性卻不高。但是利用VFPID控制能夠有著顯著的效果，可以起到預(yù)防超調(diào)能力的作用，所產(chǎn)生的魯棒性能也高于FPID控制的效果。

從相應(yīng)的仿真結(jié)果來看，可以得知VFPID控制手段能夠比其他控制方式更具優(yōu)勢(shì)。

結(jié)束語

依據(jù)相關(guān)控制理論和仿真進(jìn)行對(duì)比可知：（1）就時(shí)不變時(shí)滯系統(tǒng)而言，相關(guān)研究人員通過采取變論域自適應(yīng)的方式對(duì)模糊PID進(jìn)行控制，能夠在某種程度上比通過常規(guī)模式PID進(jìn)行控制的超調(diào)量更小些。（2）對(duì)于于時(shí)變時(shí)滯系統(tǒng)來說，相關(guān)研究人員通過采取變論域自適應(yīng)的方式對(duì)模糊PID進(jìn)行控制，可以比采取常規(guī)手段模糊IPD控制有著更顯著的效果，所具有更好的魯棒性能，并且所輸出的超調(diào)量都會(huì)在一定程度上獲得了較好的控制。（3）采取變論域自適應(yīng)的手段對(duì)模糊PID進(jìn)行控制，所產(chǎn)生的相應(yīng)速度要比以往的效果明顯。

參考文獻(xiàn)

[1]侯洪慶，劉剛，王明昊，趙鵬濤.基于變論域理論的模糊自適應(yīng)控制方法研究[J].微計(jì)算機(jī)信息，2012（01）.

[2]趙國(guó)亮，張永立，李洪興.區(qū)間Ⅱ型變論域自適應(yīng)模糊邏輯控制器[J].大連理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2012（06）.