自适应模糊整定PID参数..讲课稿.ppt

自适应模糊整定PID参数.模糊自适应整定PID控制 从系统的稳定性、响应速度、超调量和稳态精度等各方面考虑，Kp、Ki、Kd的作用如下：比例系数Kp的作用是加快系统的响应速度，提高系统的调节精度。Kp越大，系统的响应速度越快，系统的调节精度越高，但易产生超调，甚至会导致系统不稳定。Kp越小，则会降低系统的调节精度，使响应速度缓慢，从而延长调节时间，使系统静态、动态特性变坏。11/21/20222模糊自适应整定PID控制 积分作用系数Ki的作用是消除系统的稳态误差。Ki越大，系统的静态误差消除越快，但Ki过大，在响应过程的初期会产生积分饱和现象，从而引起响应过程的较大超调。若Ki过小，将使系统静态误差难以消除，从而影响系统的调节精度。微分作用系数Kd的作用是改善系统的动态性能，其作用主要是在响应过程中抑制偏差向任何方向的变化，对偏差变化进行提前预报。但Kd过大，会使响应过程提前制动，从而延长调节时间，而且会降低系统的抗干扰能力。11/21/20223模糊自适应整定PID控制 为了设计控制器，需要用到一些方法去调整PID控制器的参数。齐格勒-尼克尔斯法则（Z-N法则）Z-N法则有两种实施方法，共同的目标都是使控制系统的阶跃响应具有25%的超调量。第一种方法是在对象的输入端加一单位阶跃信号，测量其输出响应曲线，如果被测对象中既无积分环节，又无复数主导极点，则相应的阶跃响应曲线可视为是S形曲线。11/21/20224模糊自适应整定PID控制具有PID控制器的闭环系统11/21/20225模糊自适应整定PID控制 齐格勒和尼克尔斯给出了上表的公式，用以确定Kp、Ki和Kd，据此得出PID控制器的传递函数。11/21/20226模糊自适应整定PID控制 这种PID控制器有一个极点在坐标原点，两个极点都在 处。故这种方法仅适用于对象的阶跃响应曲线为S形的系统。第二种方法是先假设 ，Td=0，即只有比例控制Kp。具体方法是：将比例系数Kp值由零逐渐增大到系统的输出首次呈现持续的等幅震荡，此时对应的Kp值称为临界增益，用Kc表示，并记下震荡的周期Tc。11/21/20227模糊自适应整定PID控制 齐格勒和尼克尔斯给出了左表的公式，用以确定Kp、Ki和Kd，据此得出PID控制器的传递函数。具有比例控制器的闭环系统11/21/20228模糊自适应整定PID控制 求得相应的PID控制器的传递函数：这种PID控制器有一个极点在坐标原点，两个零点均位于 处。故这种方法仅适用于系统的输出能产生持续震荡的场合。11/21/20229模糊自适应整定PID控制 必须指出，用上述法则确定PID控制器的参数，使系统的超调量在10%60%之间，其平均值约为25%（通过对许多不同对象试验的结果），这是易于理解的，因为上述两个表中的参数值也是在平均值的基础上得到的。由此可知，齐格勒-尼克尔斯法则仅是PID控制器参数调整的一个起点。若要进一步提高系统的动态性能，必须在此基础上对相关参数做进一步调整。11/21/202210例：用Z-N法则确定PID控制器参数 由于被控对象的传递函数中含有积分环节，因而只能用第二种方法确定PID的参数。假设 ，Td=0，则系统的闭环传递函数为11/21/202211例：用Z-N法则确定PID控制器参数 则闭环特征方程为 令s=jw代入上式，并根据Re和Im分别为零，得到 K=Kc=30，s。根据Kc和Tc的值，利用表二，得到 Kp=0.6Kc=18 Ti=0.5Tc=1.405 Td=0.125Tc=0.3514 11/21/202212例：用Z-N法则确定PID控制器参数因而所求PID控制的传递函数为11/21/202213例：用Z-N法则确定PID控制器参数可以看到，系统的超调量达到62%，显然这个数太大了，为此必须对PID控制器的参数进一步调整。若保持Kp=18，把PID的双重零点移至s=-0.65处，使其传递函数变为11/21/202214例：用Z-N法则确定PID控制器参数可以看到，系统的超调量降到18%，这说明Z-N法则是精确调整PID参数的一个起点。为了使系统获得满意的动态性能，必须在Z-N法则的基础上，对PID参数作进一步的调整，这个工作一般在计算机上进行。11/21/202215模糊自适应整定PID控制 自适应模糊PID控制器以误差e和误差变化ec作为输入（利用模糊控制规则在线对PID参数进行修改），以满足不同时刻的e和ec对PID参数自整定的要求。其结构为：自适应模糊控制器结构11/21/202216模糊自适应整定PID控制 离散PID控制算法为：式中，k为采样序号，T为采样时间。PID参数模糊自整定是找出PID的3个参数kp，ki和kd与e和ec之间的模糊关系，在运行中通过不断检测e和ec，根据模糊控制原理来对3个参数进行在线修改，以满足不同e和ec对控制参数的要求，从而使被控对象有良好的动、静态性能。11/21/202217模糊自适应整定PID控制 模糊控制的核心是总结工程设计人员的技术知识和实际操作经验，建立合适的模糊规则表。以下给出一种针对上述三个参数分别整定的模糊控制规则表：11/21/202218模糊自适应整定PID控制 ki：11/21/202219模糊自适应整定PID控制 kd：11/21/202220模糊自适应整定PID控制 误差e和误差变化ec变化范围定义为模糊集上的论域，即：其模糊子集为e,ec=NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB，应用模糊合成推理设计PID参数的整定算法。第k个采样时间的整定为：11/21/202221模糊自适应整定PID控制 工作流程图：11/21/202222例：模糊自适应整定PID控制仿真实例 被控对象传递函数：采样时间为1ms，位置指令为幅值为1.0的方波信号，r(k)=sgn(sin(2t)。11/21/202223例：模糊自适应整定PID控制仿真实例 模糊系统fizzpid.fis结构11/21/202224例：模糊自适应整定PID控制仿真实例 模糊系统fizzpid.fis结构11/21/202225例：模糊自适应整定PID控制仿真实例 模糊推理系统的动态仿真环境11/21/202226例：模糊自适应整定PID控制仿真实例 模糊PID控制阶跃响应模糊PID控制误差响应11/21/202227例：模糊自适应整定PID控制仿真实例 控制器输入uKp的自适应调整11/21/202228例：模糊自适应整定PID控制仿真实例 Ki的自适应调整Kd的自适应调整11/21/202229此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢