基于智能控制的PID控制方式研究

黎永浩 曾憲榮

摘要：本文用PID控制來當作核心，聯合并運用智能控制技術，針對智能控制的PID控制方式進行研究，并解析了PID控制以及智能控制的特點，進而提出了一種新型的智能PID控制方式。

關鍵詞：智能控制；PID控制；控制方式

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）05-0025-01

近幾年，伴隨控制科學的快速進展，同時控制理論也已通過了經典控制以及現代控制這兩個擁有十分關鍵意義的進展階段，現在它的理論與技術已經十分完善，并且還獲得了非常普遍的運用。可是，在經典控制和現代控制這兩個理論當中擁有一個相同的特點，那便是：基于被控制對象的清楚、有效的數學模型，也便是被控制對象以及干擾都可以運用較為嚴格的數學方程與函數來進行表現，通常控制目標與任務都會十分直接、明晰，被控制對象的不明確性以及外界所產生的干擾至能夠從非常小范疇內產生。而對那些較為繁瑣、巨大的被控制對象以及外界環境，有的時候卻很難設立較為清楚、有效的數學模型，進而不能運用傳統的控制理論來針對它實行定量的解析、測算與控制。所以，便產生了智能控制，并且其也獲得了快速進展，現在已經進到了工程化、實用化階段當中。

1 常規PID控制

常規PID控制在針對工業經過方面進行控制中，其擁有原理簡潔、便于完成、運用便捷、穩定可靠以及穩態沒有靜差等許多優點。所以，盡管現在控制理論與技術都獲得了快速的進展，可以依然擁有差不多90%的控制還是在運用PID控制，其從工業控制領域當中依然擁有非常強的生命力[1]。

1.1 PID控制的基本原理

PID控制也可以稱作PID調節，它的控制規律是比例、積分以及微分控制，便是依照系統所產生的誤差量，然后運用比例、積分以及微分算法，然后測算出控制調節量，進而針對系統進行良好的控制。

1.2 PID控制的特點

（1）比例控制。在PID控制當中比例（P）控制是最基礎的一種形式，它控制器的輸進和輸出之間所形成的誤差為比例關系。只要系統出現誤差，那么控制器便會形成控制效用，進而讓被掌控的對象不斷往縮減誤差的方向不斷轉變，控制效用的強弱是通過比例系統Kp來進行決定。可是對擁有自平衡（便是系統階躍響應最終數值是一有限值）能力的被掌控對象來說，系統便會產生靜態誤差（Steady-state error）。經過調節Kp可以讓其加大，這樣便能夠縮減靜態的誤差，可是若Kp過于大的話，又會致使系統超調量加大，從而致使系統動態性能遭到損壞。（2）積分控制。積分（I）控制的輸進和輸出之間所形成誤差的積分為正比關系。若是系統出現誤差，那么控制器便會針對所出現的誤差實行記憶并積分，哪怕是很小的誤差，積分量也會伴隨時間的加長而不斷加大，進而讓系統靜態的誤差得到縮小，直至零，清除靜態誤差。可是，積分效用擁有一定的滯后性，若是積分效用過于強的話，會讓被控制對象的動態品質遭到損壞，進而致使系統出現不穩定狀況。（3）微分控制。微分（D）控制器的輸進和輸出之間所形成誤差的微分為正比關系。若是系統出現了誤差，那么控制器便會針對誤差實行微分，進而估測出誤差轉變的規律，這樣可以提前進行預防，進而從很大程度上避免出現被控制量嚴重超調的狀況。可是，微分控制對干擾也十分敏感，會致使系統對干擾的抑制能力得到下降。

2 智能控制

2.1 智能控制的概念

在二十世紀七十年代早期，美國普渡大學（Purdue University）電氣工程系國際知名華裔科學家傅京孫（K.S.Fu）教授提出了智能控制。因為它是將人工智能、計算機、訊息處置以及自動控制、運籌學等各個領域知識進行結合的交叉學科，因此其在許多領域當中都獲得了普遍運用。智能控制便是經過運用定性和定量進行聯合的方式，從而針對被掌控對象環境以及任務的繁瑣性、不穩定性和多變性，有效地完成繁瑣訊息的處置、優化、判定以及決策，進而實現對被掌控對象進行掌控的目的。

2.2 智能控制的結構特點

智能控制從解析方式上面擁有定性和定量兩個聯合的特點，而從構造上面也擁有非常顯著的交叉學科（多元化）特點。依照它的進展經過可知，已經提出了智能控制的二元結構（榮功智能與自動控制學科進行聯合的結果）、三元結構（人工智能、運籌學以及控制論三者進行聯合的結果）、四元結構（人工智能、系統論、運籌學以及控制論四者進行聯合的結果）[2]。他們也能夠運用交集方式來進行展示，便是：

二元結構：IC=AI∩AC；三元結構：IC=AI∩CT∩OR四元結構：IC=AI∩CT∩ST∩OR。

當中，IC是指智能控制（Intelligent Control）；AC是指自動控制（Artificial Intelligence）；CT是指控制論（Control Theory）；OR是指運籌學（Operations Research）；ST是指系統論（System Theory）。

在智能控制結構進展中能夠看出：（1）因為人工智能理論及技術的進展和其往控制領域當中的不斷滲入，與運籌學的定量改進方式（比如線性籌劃、網絡籌劃、改進決策以及多目標改進等各種方式）逐漸和控制系統問題進行聯合，從理論和實踐方面維控制理論打開了新進展方向，提供了新思維與方式，進而為智能控制的出現打下了堅實的基礎；（2）智能控制便是把人工智能的理論及技術與運籌學的改進方式，和控制理論及技術與系統問題進行聯合，從未知的環境（其是指廣義的被控制對象或者是經過與其外界環境）中，模仿人類的智能，從而完成對系統的抑制。

3 基于智能控制的PID控制方式

如前面所說，盡管常規PID控制當中擁有一些不足的地方，可是因為其擁有非常明顯的優點，所以其從工業經過抑制領域當中始終都占據著主導位置。可是，從現實運用過程中，因為很多被控制過程機理都非常繁瑣，擁有非常強的非線性、不穩定性以及滯后性等特征，所以致使PID控制參數的整定達不到預定的成效；從噪聲以及負載干擾等眾多因素的影響下，過程參數乃至是模型構造都會伴隨時間以及工作環境的改變而不斷轉變，這便需要從PID控制當中，不但PID參數的整定不能依附系統數學模型，同時PID參數還要進行在線調節，進而可以讓實時控制的需求得到滿足。所以，用PID控制來當作核心，并聯合應用智能控制技術，進而逐漸產生了多個基于智能控制的PID控制方式，比如專家PID控制、神經網絡PID控制以及遺傳PID控制等。

4 結語

綜合上面所說，將傳統PID控制和智能控制充分聯合在一起，進而所產生的智能PID控制，能夠非常好的抑制較為繁瑣的非線性系統，同時其還兼顧了各個方式的優點。伴隨對智能控制理論的不斷鉆研，過程智能控制和其應用一定會得到更大的進展，并且還會產生更多新的PID智能控制方法，進而讓PID控制的性能變得更為完備，同時控制的效果也會得到大幅度增加。

參考文獻

[1]劉莉宏.基于智能控制的PID控制方式的研究[J].北京工業職業技術學院學報，2012，（2）：33-38.

[2]王威，楊平.智能PID控制方法的研究現狀及應用展望[J].自動化儀表，2008，（10）：1-3.