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《智能控制及其应用》课程设计报告

3.1.1.2模糊PID控制器的结构

图 4模糊PID控制器结构

3.1.1.3模糊PID的实现

由模糊PID控制器结构图4可知，PID参数的校正部分实质是一个模糊控制器。磁悬浮实验系统控制的目的是使小球悬浮在某一期望值，因此这里选择模糊控制器的输入变量为小球的位置（V）偏差e和偏差变化率e c，输出量为PID参数的修正量，K p 、K i 和K d。它们的语言变量、基本论域、模糊子集、模糊论域及量化因子如表1所示。

表1 模糊PID参数表

变量 语言变量 基本论域 模糊子集 模糊论域 量化因子 选择各变量的隶属度函为均匀三角形，则根据表1作出各个变量的隶属度函数如下图所示。

[-3,-3] 1.5 e E [-2,2] e c EC [-1,1] △K p △K p △K i △K i △K d △K d [-3,-3] [-0.2,0.2] [-0.001,0.001] [NB NM NS ZO PS PM PB] [-3,-3] 3 [-0.2,0.2] [-0.001,0.001] 1 1 [-3,-3] 1 - 11 -

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参数模糊自调整PID控制器就是找处在不同时刻PID三个参数与e和ec之间的模糊关系，在运行中通过不断检测e和ec，根据模糊控制原理来对三个参数进行在线修改，以满足不同e和ec对控制参数的不同要求，而使被控对象有良好的动、静态性能。由前人的经验得知被控过程对参数Kp，Ki，Kd的自整定要求如下：

1.当偏差|e|较大时，为了加快系统的响应速度，应取较大的Kp；同时为了避免由于开始时偏差e的瞬时变大可能出现的微分过饱和而使控制作用超出许可的范围，应取较小的Kd；同时为了防止系统响应出现较大的超调，产生积分饱和，应对积分作用加以限制，通常取Ki=0，去掉积分作用。

2.当|e|和|ec|处于中等大小时，为使系统响应具有较小的超调，Kp应取的小一些，Ki的取值要适当，这种情况Kd的取值对系统响应的影响较大，取值要大小适中，以保证系统响应速度。

3.当|e|较小即接近于设定值时，为使系统有良好的稳态性能，应增加Kp和Ki的取值，同时为避免系统在设定值附近出现振荡，并考虑系统的抗干扰性能，Kd的取值是相当重要的。一般是当|ec|较小时，Kd可取大一些；当|ec|较大时，Kd应取小一些。

4.偏差变化量|ec|的大小表明偏差变化的速率，|ec|值越大，Kp的取值越小，Ki

取值越大。

根据上述PID参数的作用以及在不同的偏差及偏差变化下对PID参数的要求，总结工程设计人员的技术知识和实际操作经验，得到针对Kp，Ki，Kd三个参数分别整定的模糊控制表。 (1) K p的模糊规则表

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(2) K i的模糊规则表

(3) K d的模糊规则表

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