模糊-PID控制讲解VIP免费

第五章交流伺服系统控制方式5.1PID控制简介PID控制器具有通用性强与鲁棒性好的特点，所以在己有的各种控制手段中，它仍然占有重要地位。常规PID控制器系统原理框图如图5－2所示，系统主要由PID控制器和被控对象组成。PID控制器原理框图PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值和实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。其控制规律为：tDIpdttdeTdtteTteKtu0])()(1)([)(式中：e(t)=r(t)-c(t),pK为比例系数，IT为积分时间常数，DT为微分时间常数。由于计算机的发展，实际应用中大多数采用数字PID控制器，数字PID控制算法又分为位置式PID控制算法和增量式PID控制算法。在这两种算法中，增量式PID有较大的优点：(1)由于计算机输出增量，所以误动作时影响小。(2)手动/自动切换时冲击小，便于实现无扰动切换。此外，当计算机发生故障时，由于输出通道或执行装置具有信号的锁存作用，故能仍然保持原值。(3)算式中不需要累加。控制增量的确定仅与最近K次的采样值有关。所谓增量式PID是指数字控制器的输出只是控制量的增量)(tu。当执行机构需要的是控制量的增量时，可由式导出提供增量的PID控制算式。根据递推原理可得式kjDjpkekeKjeKkeKku0)]1()([)()()(10)]2()1([)()1()1(kjDFpkekeKjeKkeKku用6.8减6.9，可得)]1()([)()()]2()1(2)([)()]1()([)(kekeKkeKkeKkekekeKkeKkekeKkuDIPDFp式中：)1()()(kekeke式6.10称为增量式PID控制算法。可以看出，由于一般计算机控制系统采用恒定的采样周期T，一旦确定了pK，IK，DK只要使用前三次测量值的偏差，即可由式6.10求出控制增量。下面从系统稳定性、相应速度、超调量和控制精度等各方面特性来分析PID三个参数对PID控制品质的影响：（1）pK参数分析：比例系数pK的作用在于加快系统的响应速度。提高系统调节精度。pK越大，系统的响应速度越快，但会产生超调和振荡甚至导致系统不稳定，因此pK不能取的过大；如果pK值取得较小，则会降低调节精度，使系统响应速度变慢，从而延长调节时间，使稳态误差增大。（2）IK参数分析：积分环节的作用在于消除系统的稳态误差。IK越大，积分速度越快，系统静差消除越快，但过大，在响应过程的初期以及系统在过渡过程中会产生积分饱和现象，从而引起响应过程出现较大的超调，使动态性能变差；若IK过小，使积分作用变弱，使系统的静差难以消除，使过渡过程时间加常，不能较快的达到稳定状态，影响系统的调节精度和动态性能。（3）DK参数分析：微分环节的作用在于改善系统的动态性能。因为PID控制器的微分环节只影响系统偏差的变化率，其作用主要是在响应过程中抑制偏差向任何方向的变化，对偏差的变化进行提前行动，降低超调，增加系统的稳定性。但DK过大，则会使响应过分提前制动，从而延长调节时间，而且系统的抗干扰性较差。5.2模糊控制简介5.2.1模糊控制系统的组成模糊控制是一种新型的计算机数字控制，因此，模糊控制系统具有数字控制系统的一般结构形式，其系统组成如图4-1所示。图4-1模糊控制系统的方框图Fig.4-1Panechartoffuzzycontrolsystem由上图可见，模糊控制系统由以下四大部分组成：(1)模糊控制器它是整个系统的核心，实际上是一台微计算机，主要完成输入量的模糊化、模糊关系运算、模糊决策以及决策结果的非模糊化处理（精确化）等重要过程。可以说，一个模糊控制系统性能指标的优劣在很大程度上取决于模糊控制器的“聪明”程度。根据控制系统的需要，即可选用系统机，又可选用单板机或单片机。(2)输入/输出接口装置该接口电路主要包括前向通道中的A/D转换电路以及后向通道的D/A转换电路等两个信号转换电路。前向通道的A/D转换把传感器检测到的反映被控对象输出量大小的模拟量（一般为电压信号，且为-10V至+10V之间）转换成微机可以接受的数字量（0或1的组合），送到模糊控制器进行运算；D/A转换把模糊控制器输出的数字量转换成与之成比例的模拟量（一般为电流信号，通常是在0-10mA或4-20mA），控制执行机构的动作。在实际控制系统中，选择A/D和D/A转换器主要应该考虑转换精度，转换时间以及性能价格等三个因素。也就是，模糊控制器通过输入/输...