一種模糊-PI雙模控制系統的仿真與設計

2020-12-25 電子產品世界

PI控制作為PID控制的典型代表，以其算法簡單、魯棒性好及可靠性高，被廣泛應用於工業過程控制和運動控制中。但傳統PI控制適用於建立精確的數學模型的確定性控制系統，而大多數工業過程不同程度地存在非線性、大滯後、參數時變性和模型不確定性，因此普通的PI控制器難以獲得滿意的控制效果。模糊控制不要求被控對象的精確模型且適應性強，能夠克服傳統PI控制器的缺點，可以將模糊控制器與PI控制器結合起來構成複合控制器，模糊-PI雙模控制同時具備PI控制的穩態性能和模糊控制的動態性能，起到良好的控制效果。

1 模糊-PI雙模控制系統結構
模糊-PI雙模控制系統由模糊控制器(FC)和PI控制器並聯組成，並由控制開關進行模式選擇，其結構如圖1所示。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/162306.htm


其工作原理是當系統偏差較大，落在某個閾值A以外時，就採用模糊控制以獲得良好的動態性能；當系統偏差較小，落在閾值以內時，就採用PI控制以獲得較好的穩態性能。
控制開關的控制規則可以描述為：


2 模糊-PI雙模控制系統的設計
2．1 被控對象的選取
在控制工程實踐中，典型的二階系統很常見，即便對於許多高階系統，在一定條件下也可近似作為二階系統來研究。廣義對象系統的傳遞函數可近似看為：

其中K1、K2是根據控制對象的變化可以取不同的數值來模擬系統的非線性特徵。
2．2 PI控制器設計
為獲得較好的穩態控制效果，普遍採用PI控制，也就是在系統中加入1個比例放大器和1個積分器。通過參數整定得到PI控制器的參數為Kp=0．5，Ki=8，單位階躍響應曲線如圖2所示。


2．3 模糊控制器設計
2．3．1 確定輸入、輸出隸數度函數
模糊控制器採用二維結構，以偏差e和偏差變化率ec作為模糊控制器的輸入信號，將模糊控制器進行模糊化、模糊邏輯推理、解模糊化等一系列操作，最後得到模糊控制器輸出控制量信號u。模糊推理輸入的語言變量為E和EC，模糊論域為[-6，6]，輸出模糊論域變量為U，模糊論域為[0，10]。實際偏差e的變化範圍是[-0.5，0.5]，實際偏差變化率ec的變化範圍是[-1，1]，實際輸出控制量u的變化範圍是[0，10]。因此可確定偏差e的量化因子Ke=12，偏差變化率ec的量化因子Kec=6，控制量u的量化因子Ku=1。變量E的語言值設定為6個，即{負大(NB)、負中(NM)、負小(NS)、正小(PS)、正中(PM)、正大(PB)}；將變量EC的語言值設定為5個，即{負大(NB)、負小(NS)、零(Z)、正小(PS)、正大(PB)}；輸出變量U的語言值設定為5個，即{負大(NB)、負小(NS)、零(Z)、正小(PS)、正大(PB)}，並設定好隸屬函數，如圖3、圖4和圖5所示。

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