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参数模糊自整定PID控制器的研制.pdf

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华侨大学 硕士学位论文 参数模糊自整定PID控制器的研制 姓名：宁海峰 申请学位级别：硕士 专业：@ 指导教师：王永初 20060601 论文摘要 在实际的工业控制中，PID控制依然是最主要的一种控制方式，所以如何简单、 有效的实现PID参数的整定有着重要的工业意义；对于工业过程中常出现的非线性、 时变的系统来讲，如何实现PID参数的自整定显得犹为重要。 PID的参数整定多依赖于人工经验和具体的对象模型，整定结果往往不能令人 满意。另外，即使PID参数调整的很好，当控制对象参数变化后，系统的性能必然 也会受到影响。模糊控制作为智能控制一个新型领域，已经广泛应用到工业生产过 程中，模糊控制事先不需要获知对象的精确数学模型，而是基于人类的思维以及生 产经验，用语言规则描述控制过程，并根据规则去调整控制算法或控制参数。本论 文分析了工程中常用的PID参数整定方法，通过研究将模糊控制与PID不同的结合 方法，实现了无须精确确定对象模型，只须将操作人员和专家长期实践积累的经验 知识用控制规则模型化，然后用模糊推理在线辨识对象特征参数，实时改变控制策 略，便可对PID参数实现最佳调整。 在研究模糊技术与PID控制相结合的基础上，提出了微分剥离法和将不完全微 分引入法这两种参数模糊自整定PID控制器，并设计出一种参数模糊自整定PID控 制器。该控制器硬件系统选用MCS-51系列单片机，完成数据采集、参数整定、LED 显示、声光报警等功能，软件采用单片机常用的编程语言C51编制。论文中结合典 型工业控制过程的例子对不同的设计结构进行了仿真试验。仿真结果表明，对在实 际复杂工业对象中存在的非线性、时变性等特点，所设计的模糊自整定PID控制策 略具有较好的控制效果和品质，具有一定的自适应能力，能够对对象变化以及外来 的扰动做出及时调整，保证整个系统的平稳运行。 关键词：自整定PID控制器模糊控制单片机Matlab仿真 ABSTRACT Intherealindustryprocess,PIDControlisstilloneoftheimportantways.Sohow tofindasimpleandeffectivewaytoachieveadjustmentismeaningful.Tothose nonlinearityandtime-varyingsystem,itissignificanttoachievePIDparameters auto-tuning. Theparameters’adjustmentofthePIDmainlydependsonthehuman’sexperience andtheobjectmodel,theresultisnormallydissatisfying.Fuzzycontrolwhichwas outstandinginthefieldoftheintelligentcontrollerhasalreadyappliedwidelyinindustry productionprocess.Fuzzycontroldonotneedtoknowaccuratemathematicmodelof object.Butitisbasedonhumanthinkingandproducingexperience;anditapplies languageruletodescribecontrollingprocessandbasesruletomodifythecontrolling arithmeticandparameter.Thepaperstudiesthemethodsofcombingfuzzycontroland PIDcontrol,achievesthebestparametertuningwhichonlyusetheexperienceknowledge ofmanipulatorandfuzzycontrolruleofexpert,andusethefuzzyreasoningidentifying thecharacteristicparameterofobjecton-line,changingcontrolruleintime,needn’tthe identifythemodel. Onthebasisofthis,workoutaparameters’fuzzyauto-tuningPIDcontroller.The firmwareoftheproductbasedontheMCS-51series’singlechipmicroprocessor.Itcan accomplishdatasampling,paramete