傳統(tǒng)PID與模糊PID的仿真對比分析

趙紀 付鵬 朱飛宇

摘 要：本文對傳統(tǒng)PID控制以及模糊PID控制進行具體研究，首先對二者的控制方式以及工作原理進行了分析，并對控制對象的具體模型以及電路元素進行了設(shè)計，最后，對控制系統(tǒng)在Simulink仿真平臺進行仿真分析，搭建整體控制系統(tǒng)，并對實驗結(jié)果進行分析，得到了就控制結(jié)果來看，模糊PID控制比傳統(tǒng)PID好的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：傳統(tǒng)PID;模糊PID;Simulink仿真

1 引言

現(xiàn)如今，由于世界各國的需求越來越大，價值也在不斷提高，LLC諧振變換器開始進入一些相關(guān)技術(shù)人員的研究視線范圍內(nèi)。

在如今的自動控制技術(shù)高速發(fā)展時期，伴隨著自動控制技術(shù)中反饋概念的提出和研究，自動控制技術(shù)再次迎來了飛躍發(fā)展。其中，反饋理論主要包含三個關(guān)鍵要素，分別為精確測量、合理比較以及快速執(zhí)行。而反饋主要便是通過實時輸出與設(shè)定變量進行比較，得到誤差值作為反饋變量，然后系統(tǒng)才能夠得以糾正。

在反饋控制算法中，PID算法的應(yīng)用范圍最廣，而且其參數(shù)“Kp、Ki、Kd”比較容易調(diào)整，并且可以根據(jù)不斷的試驗，一步步的進行調(diào)參，比較方便。而模糊控制是借鑒參考并利用了模糊數(shù)學中的一些理論，通過模糊和解模糊的步驟，對PID參數(shù)進行自行調(diào)整，使得控制更加的精確和快捷。

本文自行設(shè)計了控制系統(tǒng)，對于同一個控制對象，分別利用普通PID和模糊PID對系統(tǒng)進行仿真、得到仿真結(jié)果，最后對得到的仿真結(jié)果進行比較，得到結(jié)論。

2 基本原理

在普通PID控制器中， 包含三個主要參數(shù)（比例環(huán)節(jié)kp、積分環(huán)節(jié)ki、微分環(huán)節(jié)kd），其中，kp為比例增益;ki為積分增益;kd為微分增益。在設(shè)計控制器的過程中，主要問題便是不停地調(diào)整PID參數(shù)，以滿足所設(shè)計的控制系統(tǒng)的參數(shù)要求，從而，使的我們所選定的被控對象有更優(yōu)良的動態(tài)響應(yīng)和靜態(tài)響應(yīng)。而模糊PID則是通過所制定的模糊規(guī)則，把輸入?yún)?shù)和輸出量模糊化、解模糊，完成對kp、ki、kd的動態(tài)調(diào)整，實現(xiàn)更快速地完成對系統(tǒng)的調(diào)整。這兩種控制方式的Simulink仿真模型如圖2-1所示，圖中上半部分為模糊PID模型，下半部分為傳統(tǒng)PID模型。

3 被控對象的選擇以及控制結(jié)構(gòu)設(shè)計

本文選擇高頻高壓電源作為電路輸入，輸入一般為市電（380V交流電），輸入端加設(shè)三相交流電抗器，用來降低主電源諧波、吸收電網(wǎng)的浪涌和峰值電流。并且可以保護電路中的其它電力電子元件、改善功率因數(shù)。

并且，在高頻高壓電源前端的整流電路中，讓每個二極管都并聯(lián)著電阻和電容，組成串聯(lián)回路，RC阻容串聯(lián)后可以組成吸收回路，起到抑制反向峰值電壓（浪涌電壓）的作用。在電氣工程上稱這個回路的作用為阻容吸收作用。

最后在整流電路的中間部分加上了濾波電容（C），其主要作用是儲能濾波：當整流輸出端電壓為最大值時，在為負載供電的同時，還為其充電;當交流電換向時，整流輸出端電壓由最大值向最小轉(zhuǎn)變，此時，電容里儲存的電能向負載供電，如此反復(fù)，把脈動直流電變?yōu)橄鄬ζ交闹绷麟姟?/p>

之后是LLC諧振變換器，把直流電轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l高壓的交流電，再經(jīng)過高壓硅堆整流電路，變?yōu)楦哳l高壓的直流電，完成對輸入市電的轉(zhuǎn)換，其在MATLAB的Simulink仿真中搭建的控制模型如圖3-1所示。

4 仿真結(jié)果及結(jié)論

利用MATLAB的SIMULINK 仿真工具，分別用PID控制法和模糊PID控制法對對象進行了仿真，通過對圖4-1中兩條曲線的比較，得出了一些結(jié)論。

首先是藍色線（PID控制結(jié)果），在調(diào)節(jié)過程中，PID控制法所選用的各個環(huán)節(jié)的參數(shù)比較容易調(diào)得，但是調(diào)節(jié)時間稍長。然后是紅色線（模糊PID控制法），其所選用的各個環(huán)節(jié)的參數(shù)比較難以調(diào)得，不容易達到預(yù)計值。但是模糊控制法易去掉超調(diào)、調(diào)節(jié)時間較短。

綜上所述，模糊PID控制的時間比PID調(diào)節(jié)略微短些。雖然選用PID控制法較為簡單，其所需參數(shù)也相較比較容易調(diào)得，但就控制結(jié)果來看，還是模糊PID控制比較好。

參考文獻

[1]賀剛，蔡曉華，白陽，祝露，王德成，侯云濤.基于模糊PID的犢牛代乳粉奶液溫度控制技術(shù)[J/OL].農(nóng)業(yè)機械學報：1-12[2022-02-16]

[2]宿剛，劉浩，喬君豐，鄭偉，李德輝，石景龍.適用于溫度系統(tǒng)的預(yù)測自適應(yīng)PID控制方法[J].吉林大學學報（信息科學版），2022，40（01）：1-6.

[3]尹燕莉，黃學江，潘小亮，王利團，詹森，張鑫新.基于PID與Q-Learning的混合動力汽車隊列分層控制[J/OL].吉林大學學報（工學版）：1-11 [2022-02-16].

[4]王思孝，趙文軍，張浩，高永，李普森.基于微分跟蹤器的共軸反槳無人機串級TD-PID控制算法[J].浙江大學學報（工學版），2021，55（12）：2359- 2364.