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，難以滿足機理復(fù)雜、非線性、時變的復(fù)雜對象的控制需求。模糊PID控制融合了模糊控制動態(tài)響應(yīng)性能好，PID控制穩(wěn)態(tài)精度高的特點，近年來成為智能控制、先進PID研究的重要技術(shù)之一。模糊PID控制器設(shè)計很大程度上依賴于設(shè)計者經(jīng)驗，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，對系統(tǒng)運行工況變化的適應(yīng)能力、抗擾動的能力仍有不足。
　　 針對模糊PID控制器設(shè)計所面臨的問題，本文提出一

2、種自適應(yīng)模糊PID控制策略并給出設(shè)計的具體細(xì)節(jié)，將所設(shè)計的自適應(yīng)模糊PID控制器，分別應(yīng)用于LED源-表測量系統(tǒng)和太陽電池最大功率點跟蹤的模擬仿真實驗中。主要研究內(nèi)容如下：
　　 (1)模糊控制器存在動態(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)。仿真實驗結(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)計思想，在FPID中引入一種自組織調(diào)整機構(gòu)，設(shè)計了一種自適應(yīng)模糊PID控制器(SFPID)。SFPID自組織調(diào)整機構(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)為仿真對象，綜合考察了SFPID的伺服跟隨、動態(tài)調(diào)節(jié)能力、對系統(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是一個多參數(shù)強耦合系統(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SFPID的控制規(guī)則和隸屬度函數(shù)：首先，針對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，進行仿真對比實驗。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光電特性測試需要適應(yīng)不同的LED產(chǎn)品，具有大的動態(tài)測量與控制范圍。本文利用SFPID實現(xiàn)LED測試條件的設(shè)置與控制：首先，采用遞推最小二乘方法辨識LED測試系統(tǒng)的測量回路，在綜合考察不同型號的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LED測試系統(tǒng)源恒流定值輸出控制、源恒壓定值輸出控制進行SFPID的應(yīng)用實驗。實驗結(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控制算法自動調(diào)整電子負(fù)載的工作點，實現(xiàn)對太陽電池的最大功率點跟蹤。仿真實驗結(jié)果表明：光照強度、溫度條件變化時，控制算法能夠很好的跟蹤最大功率點的變動，跟蹤曲線平滑，具有較好的精度。