模糊PID控制在液壓伺服控制系統中的應用

摘要：本文就如何提高PID控制的控制效果，將模糊PID控制算法應用于液壓伺服系統，通過模糊控制對PID的三個參數進行實時非線性調節，使該系統得到了快速穩定的輸出。

關鍵詞：液壓伺服 壓力控制 模糊PID 模糊控制

1 概述

液壓伺服系統以其響應速度快、負載剛度大、控制功率大等獨特的優點在工業控制中得到了廣泛的應用。本文將模糊控制和PID控制有機結合起來，利用模糊控制對PID參數進行實時的修正，提高了系統的控制精度和魯棒性，有較好的實用性。

2 模糊PID控制算法策略

2.1 算法策略概述

模糊自適應PID控制器是一種以常規數據調節器為基礎，以誤差e和誤差變化de為輸入數據的控制器，滿足了各個時刻e和de對PID參數自整定的要求，其具體組成結構見圖1：

根據系統在受控過程中的原則對應不同的E和EC，可將PID 參數整定的原則歸納如下三點：

①當|E|較大時，說明誤差的絕對值較大，為使系統具有較好的跟蹤性能，△Kp取較大值；為防止|EC|瞬時值過大，△Kd應取較小的值；同時為避免系統響應出現較大的超調應對積分加以限制，通常取△Ki=0。

②當|E|中等大小時，為使系統響應具有較小的超調，△Kp取較小些；在這種情況下，△Kd對系統響應影響較大，數值要取得適當；△Ki的數值也要取得適當。

③當|E|較小時，為了使系統具有很好的穩定性，△Kp、△Ki都取較大值，另外為避免系統在設定附近出現振蕩，應該考慮抗干擾性能。

2.2 模糊控制器的設計

模糊PID自整定控制保證了控制器調節作用的最優化，它通過分析和判斷實際系統環境，對比例系數Kp、積分系數Ki和微分系數Kd進行實時調整。

為進一步簡化運算程序，保證運算質量，在調解時，控制器根據偏差e和偏差變化率ec進行自動調整，同時模糊部分分為Kp、Ki和Kd三部分，由其各自的子助推器來計算。

2.2.1 輸入值的模糊化

由于模糊自整定PID控制器的整個討論和計算活動主要集中在fuzzy集中，因此在實際計算中首先先要確定變量的論域，并將其及時調節和轉換至正確的論域中，再將輸入數據以語言集的形式表現出來，即對輸入數據進行模糊化處理。

2.2.2 模糊控制規則表的建立

①Kp控制規則設計

在PID控制器中，調節初期應適當取較大的Kp值以提高響應速度，而在調節中期，Kp則取較小值，以使系統具有較小的超調并保證一定的響應速度；而在調節過程后期再將Kp值調到較大值來減小靜差，提高控制精度。

②Ki控制規則設計

在調節過程的初期，為防止積分飽和，其積分作用應當弱一些，甚至可以取零；而在調節中期，為了避免影響穩定性，其積分作用應該比較適中；最后在過程的后期，則應增強積分作用，以減小調節靜差。

③Kd控制規則設計

根據實際過程經驗，在調節初期，應加大微分作用；而在中期，由于調節特性對Kd值的變化比較敏感，因此，Kd值應適當小一些并應保持固定不變；在調節后期，Kd值應減小，以減小被控過程的制動作用。

2.2.3 逆模糊化

在經過一系列計算后，我們可以通過模糊控制規則表得出Kp、Ki、Kd的最終值，并在此基礎上借助重心法進行逆模糊化處理，以有效地實現求解多目標優化。

3 結論

經驗證，在常規控制環節，只要及時調節PID三個

參數即可得出一個系統完善的數據響應圖，提升控制效果。

但在實際操作過程中，由于三個參數的調解程序過于繁瑣，且其調節結構的穩定性較差，因此目前工作人員多選擇模糊PID控制方法來對PID進行參數整定，極大的提升了系統的穩定性，調整效果良好。

參考文獻：

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