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基于双模糊控制的温度控制系统研究

作者:时间:2011-07-12来源:网络收藏

摘要:针对系统的大滞后特点,介绍一种双方法。通过Matlab/Simulink仿真,其结果表明,与传统PID和普通控制相比较,双控制对大滞后、时变、非线性、无法精确获得数学模型的控温系统具有良好的控制效果。该控制方式在快速性、稳态性及准确性方面都有较大提高,较好地解决了快速性与小超调量之间的矛盾。
关键词:双模糊控制;;PID控制;模糊控制

0 引言
PID控制是最早发展起来的控制策略之一,以其算法简单,鲁棒性好及可靠性高的优势,被广泛应用于、压力、流量等工业过程控制中。但传统PID控制适用于建立精确的数学模型的确定性。当受控对象的数学模型动态变化时,系统的参数和模型变化,具有非线性时,传统PID控制很难达到理想的控制效果。近年来,智能控制作为一门新兴的理论和技术发展很快,许多学者进行了大量的工作。其中,模糊控制不要求被控对象的模型精确,具有较强的鲁棒性且适应性强而被广泛应用。但在一般的模糊控制中,没有考虑常规模糊控制器不同时具备在偏差大时快速跟踪,在偏差小时精确定位的问题,而且这两个要求是相互矛盾的,并发生在不同的时域。另外,也没有考虑常规模糊控制稳态精度不高且稳定性难以保证的问题。以上分析,本文在分析常规PID控制和模糊控制算法的基础上,设计了带有自调整因子的双模糊控制器。根据设定值与输出值间的偏差及偏差的变化,切换模糊控制器1和模糊控制器2,完成两组控制器的平稳过渡,并结合Ma-tlab环境下的模糊逻辑工具箱对其进行了仿真

1 双模糊控制系统结构
双模糊控制系统由模糊控制器FC1和模糊控制器FC2并联组成,并由控制开关进行模式选择,其结构如图1所示。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/161835.htm

a.JPG


其工作原理是当系统误差较大,落在某个阈值以外时,就采用模糊控制器FC1进行控制,以达到快速响应,消除误差的目的;当系统误差较小,落在阈值以内时,采用模糊控制器FC2进行控制,由于此控制器已将零域进一步细分,因此可以大大改善模糊控制器对于系统小误差的控制效果,从而达到极大地消除静态误差的目的,进而取得满意的控制效果。
判断电路的控制规则可以描述为:
b.JPG

2 双模糊控制系统的设计
2.1 被控对象的选取
在控制工程实践中,温度控制具有典型的时间滞后特点,现选取温度控制系统为带有纯延迟的一阶过程模型,设被控对象的传递函数为:
c.JPG
2.2 PID控制器设计
为获得较好的稳态控制效果,普遍采用PID控制,也就是在系统中加入一个比例放大器、一个积分器和一个微分器。通过参数整定得到PID控制器的参数为KP=1.5,KI=1,KD=0.8,单位阶跃响应曲线如图2所示。

d.JPG


PID控制器是一种线性控制器,鲁棒性不够强,具有对负载变化适应能力差,抗干扰能力弱和控制性容易受模型参数变化影响等弱点。所以在控制系统中难以达到令人满意的调速性能,尤其是在对系统性能和控制精度要求较高的场合,这就需要对PID算法进行改进,以达到更好的控制性能。


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