自適應(yīng)模糊PID控制器的研究與應(yīng)用.pdf

1、常規(guī)PID控制性能依賴于系統(tǒng)模型的精確性，難以滿足機(jī)理復(fù)雜、非線性、時(shí)變的復(fù)雜對(duì)象的控制需求。模糊PID控制融合了模糊控制動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能好，PID控制穩(wěn)態(tài)精度高的特點(diǎn)，近年來成為智能控制、先進(jìn)PID研究的重要技術(shù)之一。模糊PID控制器設(shè)計(jì)很大程度上依賴于設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)，缺乏定量定性的系統(tǒng)化方法，而且控制規(guī)則建立后一般便固定不變，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行工況變化的適應(yīng)能力、抗擾動(dòng)的能力仍有不足。
　　 針對(duì)模糊PID控制器設(shè)計(jì)所面臨的問題，本文提出一

2、種自適應(yīng)模糊PID控制策略并給出設(shè)計(jì)的具體細(xì)節(jié)，將所設(shè)計(jì)的自適應(yīng)模糊PID控制器，分別應(yīng)用于LED源-表測(cè)量系統(tǒng)和太陽(yáng)電池最大功率點(diǎn)跟蹤的模擬仿真實(shí)驗(yàn)中。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　 (1)模糊控制器存在動(dòng)態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)精度之間固有的矛盾，采用PD和PI的線性組合方式，構(gòu)建模糊PID控制器(FPID)。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：FPID可有效消除穩(wěn)態(tài)誤差，并保留模糊控制良好的動(dòng)態(tài)性能。
　　 (2)在系統(tǒng)響應(yīng)過程中，F(xiàn)PID的比例、積

3、分和微分控制參數(shù)相互關(guān)聯(lián)、相互影響，使控制規(guī)則的提取和控制參數(shù)的整定復(fù)雜化，本文采用變論域設(shè)計(jì)思想，在FPID中引入一種自組織調(diào)整機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種自適應(yīng)模糊PID控制器(SFPID)。SFPID自組織調(diào)整機(jī)構(gòu)采用歸一化誤差加速度參量作為自調(diào)整因子，能夠依據(jù)系統(tǒng)響應(yīng)過程的不同階段，在線調(diào)整FPID的控制參數(shù)。以工業(yè)過程中常見二階系統(tǒng)為仿真對(duì)象，綜合考察了SFPID的伺服跟隨、動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能力、對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變化適應(yīng)能力以及抗干擾能力。仿真結(jié)果表明

4、：SFPID具有較大動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)范圍，控制性能和魯棒性均優(yōu)于FPID和常規(guī)PID控制。
　　 (3)SFPID是一個(gè)多參數(shù)強(qiáng)耦合系統(tǒng)，相關(guān)的參數(shù)優(yōu)化需要較大的搜索空間。本文采用自適應(yīng)遺傳算法優(yōu)化設(shè)計(jì)SFPID的控制規(guī)則和隸屬度函數(shù)：首先，針對(duì)SFPID優(yōu)化參數(shù)多，給出了縮減SFPID優(yōu)化參數(shù)編碼的相應(yīng)措施；其次，提出遺傳進(jìn)化前期采用錦標(biāo)賽精英保留法，后期采用基于輪盤賭的非線性排序選擇方法，根據(jù)個(gè)體適應(yīng)度的集中程度，自適應(yīng)調(diào)整交叉變異

5、算子；最后，進(jìn)行仿真對(duì)比實(shí)驗(yàn)。仿真結(jié)果表明：優(yōu)化后的SFPID在相同控制精度下，響應(yīng)速度加快，穩(wěn)態(tài)響應(yīng)時(shí)間縮短。
　　 (4)LED是一種具有高度非線性電流型PN結(jié)功率器件，種類繁多。LED光電特性測(cè)試需要適應(yīng)不同的LED產(chǎn)品，具有大的動(dòng)態(tài)測(cè)量與控制范圍。本文利用SFPID實(shí)現(xiàn)LED測(cè)試條件的設(shè)置與控制：首先，采用遞推最小二乘方法辨識(shí)LED測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)量回路，在綜合考察不同型號(hào)的LED產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，確定SFPID的模糊控制參數(shù)；

6、其次，分別對(duì)LED測(cè)試系統(tǒng)源恒流定值輸出控制、源恒壓定值輸出控制進(jìn)行SFPID的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明SFPID控制算法具有較好的控制性能和魯棒性。
　　 (5)太陽(yáng)電池輸出特性具有典型的非線性特性，難以用解析法求取最大功率，采用SFPID控制算法自動(dòng)調(diào)整電子負(fù)載的工作點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)電池的最大功率點(diǎn)跟蹤。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：光照強(qiáng)度、溫度條件變化時(shí)，控制算法能夠很好的跟蹤最大功率點(diǎn)的變動(dòng)，跟蹤曲線平滑，具有較好的精度。