一種基于模糊-PI雙模控制器設(shè)計(jì)方法

摘要： 為了提高系統(tǒng)的控制性能，綜合了模糊控制和PID控制的優(yōu)點(diǎn)，提出一種基于模糊-PI雙模控制器設(shè)計(jì)方法。典型的二維模糊控制器因缺少積分環(huán)節(jié)，難以消除穩(wěn)態(tài)誤差，控制的精度常常不能滿(mǎn)足系統(tǒng)要求；而PI控制器具有良好的消除穩(wěn)態(tài)誤差的作用，所以將其與模糊控制器結(jié)合構(gòu)成復(fù)合控制器。通過(guò)Matlab/Simulink仿真，結(jié)果表明，與經(jīng)典的PID控制方式相比較，該控制方式在快速性、穩(wěn)態(tài)性及準(zhǔn)確性方面都有較大提高。

　　PI控制作為PID控制的典型代表，以其算法簡(jiǎn)單、魯棒性好及可靠性高，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程控制和運(yùn)動(dòng)控制中。但傳統(tǒng)PI控制適用于建立精確的數(shù)學(xué)模型的確定性控制系統(tǒng)，而大多數(shù)工業(yè)過(guò)程不同程度地存在非線(xiàn)性、大滯后、參數(shù)時(shí)變性和模型不確定性，因此普通的PI控制器難以獲得滿(mǎn)意的控制效果。模糊控制不要求被控對(duì)象的精確模型且適應(yīng)性強(qiáng)，能夠克服傳統(tǒng)PI控制器的缺點(diǎn)，可以將模糊控制器與PI控制器結(jié)合起來(lái)構(gòu)成復(fù)合控制器，模糊-PI雙模控制同時(shí)具備PI控制的穩(wěn)態(tài)性能和模糊控制的動(dòng)態(tài)性能，起到良好的控制效果。

　　1 模糊-PI雙模控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　模糊-PI雙模控制系統(tǒng)由模糊控制器（FC）和PI控制器并聯(lián)組成，并由控制開(kāi)關(guān)進(jìn)行模式選擇，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 模糊-PI雙?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　其工作原理是當(dāng)系統(tǒng)偏差較大，落在某個(gè)閾值A(chǔ)以外時(shí)，就采用模糊控制以獲得良好的動(dòng)態(tài)性能；當(dāng)系統(tǒng)偏差較小，落在閾值以?xún)?nèi)時(shí)，就采用PI控制以獲得較好的穩(wěn)態(tài)性能。

　　控制開(kāi)關(guān)的控制規(guī)則可以描述為：

　　2 模糊-PI雙模控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　2.1 被控對(duì)象的選取

　　在控制工程實(shí)踐中，典型的二階系統(tǒng)很常見(jiàn)，即便對(duì)于許多高階系統(tǒng)，在一定條件下也可近似作為二階系統(tǒng)來(lái)研究。廣義對(duì)象系統(tǒng)的傳遞函數(shù)可近似看為：

　　其中K1、K2是根據(jù)控制對(duì)象的變化可以取不同的數(shù)值來(lái)模擬系統(tǒng)的非線(xiàn)性特征。

　　2.2 PI控制器設(shè)計(jì)

　　為獲得較好的穩(wěn)態(tài)控制效果，普遍采用PI控制，也就是在系統(tǒng)中加入1個(gè)比例放大器和1個(gè)積分器。通過(guò)參數(shù)整定得到PI控制器的參數(shù)為Kp=0.5，Ki=8，單位階躍響應(yīng)曲線(xiàn)如圖2所示。

圖2 單位階躍響應(yīng)曲線(xiàn)