自适应模糊整定PID参数
参数自整定模糊PID控制器在模拟铝电解槽中的应用

参数自整定模糊PID控制器在模拟铝电解槽中的应用
在铝电解槽的生产过程中,控制铝液温度和浓度是非常重要的任务。
传统的PID控制器在这方面表现出局限性,因为它们难以应对复杂的非线性系统。
为了提高控制效果,研究人员开始探索新的控制算法,其中包括模糊PID控制器。
模糊PID控制器结合了模糊控制和PID控制的优点,能够更好地应对非线性系统的控制问题。
它能够自动调整控制参数,并且能够根据实际情况进行参数整定,提高系统的稳定性和鲁棒性。
在模拟铝电解槽中的实验中,我们使用了参数自整定模糊PID控制器来控制铝液温度和浓度。
首先,我们收集了铝液温度和浓度的实时数据,并将其输入到控制器中。
控制器根据这些数据进行模糊推理,得出相应的控制动作。
然后,控制器将控制信号发送给执行机构,调整铝液温度和浓度。
实验结果显示,参数自整定模糊PID控制器在控制铝液温度和浓度方面具有优越性能。
它能够快速地响应系统变化,使铝液温度和浓度保持在设定值附近。
与传统的PID控制器相比,模糊PID控制器具有更好的鲁棒性和适应性。
此外,参数自整定模糊PID控制器还具有自动整定参数的功能,能够根据系统的实际运行情况自动调整参数,使控制系统更
加稳定和可靠。
这对于长时间运行的铝电解槽来说尤为重要,因为系统参数可能会随着时间的推移而发生变化。
综上所述,参数自整定模糊PID控制器在模拟铝电解槽中的应用具有很大的潜力。
它能够有效地控制铝液温度和浓度,提高生产效率和产品质量。
未来,我们将进一步研究和改进这种控制器,以适应更复杂的工业控制系统。
自适应PID参数整定

PID参数的整定方法
衰减曲线法注意事项
1. 反应较快的控制系统要认定4:1衰减曲线和读出Ts比较困 难此时可用记录来回摆动两次就达到稳定作为4:1衰减过 程
2. 在生产过程中负荷变化会影响过程特性当负荷变化较大时 必须重新整定调节器参数值
现场工程整定法——条件:在工艺过程手操稳定的基础上进行
1临界比例度法 2衰减曲线法
3经验法
4响应曲线法
PID参数的整定方法
方法一:临界比例度法
操作方法
A. 将调节器的积分时间TI置于最大TI=∞微分时间置零 TD=0比例度δ适当平衡操作一段时间把系统投入自动 运行
B. 将比例度δ逐渐减小得到等幅振荡过程记下临界比例 度δk和临界振荡周期Tk值
比例积分PI控制器
PI控制器:是一种线性控制器它根据给定值与实际输出值构 成控制偏差将偏差的比例和积分通过线性组合构成控制量对 被控对象进行控制原理图如下:
PI控制器原理图
PI控制器优势:引入积分作用能消除余差弥补了纯比例控制 的缺陷获得较好的控制质量 适用范围:具有大惯性大滞后特性的被控对象如锅炉温度控 制风力发电机功率控制等
3. 若认为4:1衰减太慢宜应用10:1衰减过程对于10:1衰 减曲线法整定调节器参数的步骤与上述完全相同仅仅采用 计算公式有些不同
PID参数的整定方法
方法三:经验法
长期的生产实践中总结出来的参数表
方法: 根据经验先将控制器参数放在某些数值上直接在闭合的控制系统中通过 改变给定值以施加干扰看输出曲线的形状以δ%、TI、TD对控制过程的规律 为指导调整相应的参数进行凑试直到合适为止
模糊自适应PID参数自整定控制器的研究

2 模 糊 PD控 制器 的设 计 I 由 于 PD 控 制 器 的参 数 比较 难 整定 , 对 这一 问题 , 文 设 I 针 本
计 了模 糊 PD控 制 器 , 普 通 的 PD 控 制 相 比 , 具 有 易 于 对 I 与 I 它 不 确 定 系统 或 非 线 性 系统 进 行 控 制 、对 被 控 对 象 的 参 数 变 化 有 较 强 的鲁 棒 性 、对 外界 的干 扰 有 较 强 的抑 制 能 力 等 特 点 。 模 糊
张 燕 红 ( 州工 学院 电子信 息与 电气工程 学院 , 苏 常州 2 3 0 ) 常 江 1 0 2
摘
要
当控 制 系统 中的被 控 对 象存 在 纯 滞后 、 变 或 非 线 性 等 复 杂 因素 时 , 通 的 PD控 制 器 的 控 制 效 果 很 难 达 到 较 好 的 时 普 I
近年来 ,I PD控 制 及 其 相 应 的 改 进 型 的 PD 控 制 已经 被 广 I 泛 地 应用 于各 个 领 域 中 ,但 是 当控 制 系统 中 的被 控 对 象 存 在 非 线 性 、 变 性 和 不 确 定 性 等 因素 , 用 常 规 PD 控 制 , 难 达 到 时 采 I 很 较好 的控 制 效 果 , 且 在 PD控 制 器 中 , 数 的 整 定 也 一 直是 比 而 I 参 较 困 难 的 , 其 是 被 控 对 象 的 参数 发 生 变化 的 时候 , 前 的 PD 尤 之 I 控制 器 的参 数 很 难适 应 新 的变 化 的被 控 对 象模 型 , 因此 。 针对 这
控 制 效 果 , 对 这 一 问题 , 用模 糊控 制 和 自适 应 控 制 的知 识 , 计 了模 糊 自适 应 PD 参 数 自整 定控 制 器 , 控 制 器 的 比 针 应 设 I 此 例 系数 、 分 系数和 微 分 系数 可根 据 模 糊 推 理规 则进 行 在 线 调 整 。仿 真 结 果表 明 , 积 该控 制 方 法 提 高 了 系统 的 动 、 态特 性 , 静
基于simulink的模糊PID控制例子

1模糊P1D用命令FUZZy翻开模糊控制工具箱。
AnfiSedit翻开自适应神经模糊控制器,它用给定的输入输出数据建个一个模糊推理系统,并用一个反向传播或者与最小二乘法结合的来完成隶属函数的调节。
SUrfVieW(newfis)可以翻开外表视图窗口8.1模糊PID串联型新建一个SimUIink模型同时拖入一个fuzzy1ogiccontro11er模块,双击输入已经保存的fis模糊控制器的名字。
由于这个控制模块只有一个输入端口,需要用到I I1UX模块。
模糊结合PID,当输出误差较大时,用模糊校正,当较小时,用PID校正。
8.2模糊自适应PID[1)PID参数模糊自整定的原那么PID调节器的控制规律为:u(k)=Kpe(k)+Ki∑e(i)+Kdec(k)其中:KP为比例系数;Ki为积分系数;Kd为微分系数;e(k)、ec(k)分别为偏差和偏差变化率.模糊自整定P1D参数的目的是使参数Kp、Ki、Kd随着e和ec的变化而自行调整,故应首先建立它们间的关系.根据实际经验,参数KP、Ki、Kd在不同的e和ec下的自调整要满足如下调整原那么:(1)当e较大时,为加快系统的响应速度,防止因开始时e的瞬间变大可能会引起的微分溢出,应取较大的Kp和较小的Kd,同时由于积分作用太强会使系统超调加大,因而要对积分作用加以限制,通常取较小的Ki值;(2)当e中等大小时,为减小系统的超调量,保证一定的响应速度,Kp应适当减小;同时Kd 和Ki的取值大小要适中;(3)当e较小时,为了减小稳态误差,Kp与Ki应取得大些,为了防止输出响应在设定值附近振荡,同时考虑系统的抗干扰性能,Kd值的选择根据IeC1值较大时,Kd取较小值,通常Kd为中等大小。
同时按照需要,将输入语言变量E和EC分为7个模糊子集,分别用语言值正大(PB)、正中(PM)、正小(PS)、零(Z)、负小(NS)、负中(NM)、负大(NB)来表示,它们的隶属函数为高斯型(gaussmf),输出语言变量Kp/、Ki,、Ker用语言值小正大(PB)、正中(PM)、正小(PS)、零(Z)、负小(NS)、负中(NM)、负大(NB)来表示隶属函数为三角型(trimf),方法二:图-1模糊自适应Simu1ink模型根据各模糊子集的隶属度赋值表和各参数模糊控制模型,应用模糊合成推理设计分数阶PID参数的模糊矩阵表,算出参数代入下式计算:Kp=KpO+(E,EOpjKi=KiO+(E,EC)I;Kd=KdO+(E,EC)d式中:KpO.KiO.KdO为P1D参数的初始设计值,由传统的PID控制器的参数整定方法设计。
pid控制参数的模糊整定方法

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模糊参数自整定PID控制在ASM测控中的应用

Ab ta t sr c :Ba e n t e c a a trs c f M s c n i o ,a ec n t n p e tg h c e u rd v h ce St r u r r s d o h h rce t so i i AS t t o d t n t h o sa t e d sa ew i h r q ie e i l q e er e i t s o o ls h n ±5 c mp r t h oq e s t n s h s p p rd s u s d t e a p c t n o u z e —t n n I c nr li e st a % o ae wi t e tr u et g .T i a e i se h p h ai ff zy s r h i c o f u ig P D o t n o c n tn o q e c n rlo h s i d n mo tr c mb n d f zy c n rla d c n e t n l I o t l t o h i l t n o sa ttr u o to n c a s y a mee , o ie u z o t n o v ni a D c n r h d i te smuai s o o P o me n o
=
A M 工况污 染排放 测试 是 通 过汽 车底 盘测 功 机 S
上 来实现 的 , 功机通 过模 拟道路行 驶工况 的方法 来 测 检 测汽 车动力 性 , 一 个具 有 大 滞后 特 点 的系 统 , 是 它 具 有体积 小 、 量轻 、 构 简 单 、 重 结 转动 惯 量低 、 用 维 使 护 方便等 优点 , 特别 适 用 于 自动 控制 与 远距 离操 作 。
2 u m teegne n eat et Qnh ir cvct n l n cn a a u Xnn , .A t oi ni r gd r n iga a oai a dt h i lnt  ̄, ii o v ei p m o f tf i o a e c i # g
PID控制器参数模糊自整定研究

PID控制器参数模糊自整定研究PID控制器是一种广泛使用的工业控制系统组件,它可以根据设定值和实际输出值之间的误差来调整控制系统的增益,以实现系统的稳定性和性能优化。
然而,传统的PID控制器参数整定方法通常需要手动调整,这不仅需要丰富的经验,而且也难以保证参数的最优性。
因此,研究PID控制器参数的自动整定方法具有重要意义。
在过去的几十年中,模糊自整定技术成为了一种流行的PID控制器参数自动整定方法。
该技术结合了模糊逻辑和参数辨识,通过不断监测系统的运行状态,以及根据系统性能指标的变化来自动调整PID控制器的参数。
目前,关于PID控制器参数模糊自整定的研究已经取得了一定的进展。
在理论研究方面,研究者们已经提出了一些有代表性的模型和算法,如基于规则的模糊自整定、基于人工神经网络的模糊自整定等。
在实验研究方面,研究者们已经在各种实际应用场景中验证了模糊自整定技术的有效性和优越性,如电机控制、化工过程控制等。
模糊自整定技术的原理是基于模糊逻辑和参数辨识。
通过参数辨识算法来识别控制系统的参数,以确定PID控制器的最佳参数组合。
然后,利用模糊逻辑推理来确定PID控制器的输出,以实现对控制系统的有效控制。
根据系统的性能指标,如超调量、调节时间等,来反馈调节PID控制器的参数,以实现控制效果的优化。
在PID控制器中应用模糊自整定技术时,需要设置一些模糊参数,如输入输出变量的模糊化程度、模糊规则等。
这些参数的选择对控制效果有着重要影响。
因此,在实际应用中,需要根据具体系统和控制要求来合理设置这些参数,以达到最佳的控制效果。
通过分析实际案例,我们发现模糊自整定技术在PID控制器中的应用取得了显著的成果。
例如,在电机控制系统中,模糊自整定技术成功地提高了系统的稳定性和响应速度。
在化工过程控制中,该技术有效降低了系统的误差和超调量,提高了控制精度。
模糊自整定技术在PID控制器参数整定中具有重要意义和应用价值。
通过将模糊逻辑和参数辨识相结合,它可以实现PID控制器参数的自动调整和优化,从而提高控制系统的性能。
模糊自适应整定PID控制课件

模糊自适应整定PID控制技术能够有效地解决非线性、时变性 、不确定性和复杂工业过程的控制问题,具有重要的理论意 义和实际应用价值。
相关工作与研究现状
相关工作
回顾PID控制技术的发展历程,重 点介绍PID控制技术的优缺点以及 研究现状。
研究现状
介绍当前模糊自适应整定PID控制 技术的研究热点和最新进展,并 指出研究中存在的问题和未来发 展方向。
通过实验或仿真验证控制 器的性能,评估其稳定性 和鲁棒性。
参数整定方法
01
02
03
手动整定
根据经验手动调整PID控 制器的参数,以达到较好 的控制效果。
自动整定
通过一定的算法自动调整 PID控制器的参数,例如 基于模糊逻辑、神经网络 等方法的自动整定。
智能整定
结合人工智能和机器学习 等技术,实现PID控制器 的参数自动学习和优化, 以达到更好的控制效果。
控制算法实现
01
02
03
04
模糊化处理
将输入变量进行模糊化处理, 以便于模糊逻辑系统的推理和
决策。
规则库建立
根据被控对象特性和控制目标 建立合适的规则库,用于模糊
逻辑系统的推理和决策。
参数调整
根据推理结果和规则库,自动 调整PID控制器的参数,实现
自适应控制。
控制输出
根据调整后的参数,计算PID 控制器的输出,实现对被控对
06
参考文献
参考文献
《模糊自适应整定 pid控制——理论与 应用》
《模糊自适应整定 pid控制理论及实现 》
《模糊自适应整定 pid控制算法设计与 应用》
THANKS
感谢观看
制器
统
参数自适应整定
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0 .3
T
2
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。
1 G c s K p 1 Td s Ti s 1 s s
2
2013-6-30
1 .2
T 1 0 . 5 s 0 . 6 T 1 2 s
k i k k i 0 k i k
k d k k d 0 k d k
2013-6-30 22
入口
取当前采样值
模糊自适应整定PID控制
工作流程图:
ek r k y k
eck ek ek 1
ek 1 ek
ZO PM PS PS ZO NS NM NM
PS PS PS ZO NS NS NM NM
PM ZO ZO NS NM NM NM NB
PB ZO NS NS NM NM NB NB
19
NB NM NS ZO PS PM
2013-6-30
PB
模糊自适应整定PID控制
ki:
e
k i ec
NB NB NB NB NM NM ZO ZO
模糊自适应整定PID控制
在工业生产过程中,许多被控对象受负荷变化或干扰因素 影响,其对象特性参数或结构易发生改变。自适应控制运用现 代控制理论在线辨识对象特征参数,实时改变其控制策略,使 控制系统品质指标保持在最佳范围内,但其控制效果的好坏取 决于辨识模型的精确度,这对于复杂系统是非常困难的。因 此,在工业生产过程中,大量采用的仍然是PID算法。PID参 数整定方法很多,但大多数都以对象特性为基础。 随着计算机技术的发展,人们利用人工智能的方法将操作 人员的经验作为知识存入计算机中,根据现场实际情况,计算 机能自动调整PID参数,这样就出现了专家PID控制器。
2013-6-30
3
模糊自适应整定PID控制
② 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。 ③ 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。
2013-6-30
模糊自适应整定PID控制
kd:
e
k d ec
NB PS PS ZO ZO ZO PB PB
NM NS NS NS NS ZO NS PM
NS NB NB NM NS ZO PS PM
ZO NB NM NM NS ZO PS PM
PS NB NM NS NS ZO PS PS
PM NM NS NS NS ZO PS PS
0.5 T c
2013-6-30
9
模糊自适应整定PID控制
求得相应的PID控制器的传递函数:
1 G c s K p 1 Td s Ti s
2
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。
Tc
4这种PID控制器有一个极点在坐标原点,两个零点均位于
2013-6-30
13
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
G c s 18 1 0 . 3514 s 1 . 405 s 1
r t et
6.3223s 1.42352 s
6 . 3223 s 1 . 4235 s
PB PS ZO ZO ZO ZO PB PB
21
NB NM NS ZO PS PM PB
2013-6-30
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:
e , ec 3 , 2 , 1, 0 ,1, 2 , 3
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: k p k k p 0 k p k
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18
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:
k
ec
p
e
NB PB PB PM PM PS PS ZO
NM PB PB PM PM PS ZO ZO
NS PM PM PM PS ZO NS NM
17 . 9998 s 5 . 849935
2
6 s 18 . 846 s
17 . 9998 s 5 . 849935
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。
2013-6-30 16
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:
模糊推理
kp
ki
kd
rin
e
-
de dt
PID 调节器
u
对象
y out
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NM NB NB NM NM NS ZO ZO
NS NM NM NS NS ZO PS PS
ZO NM NS NS ZO PS PS PM
PS NS NS ZO PS PS PM PM
PM ZO ZO PS PM PM PB PB
PB ZO NS PS PM PB PB PB
20
NB NM NS ZO PS PM PB
C s 18 1 0 . 7692 s 13 . 846 R s 3 . 077 s 1
2013-6-30
s 0 . 65 2
s
15
例:用Z-N法则确定PID控制器参数
C s R s s 13 . 846 s
4 3 2
4 s Tc 1 0 .6 K c 1 0 . 125 T c s 0 . 075 K c T c 0 . 5T c s s
2013-6-30
10
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。
2013-6-30
11
例:用Z-N法则确定PID控制器参数
r t et
-
Gc s
mt
ct
1 ss 1s 5
PID
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 T i ,Td=0,则系统 的闭环传递函数为
C s R s
模糊自适应整定PID控制
r t et
1 K p 1 Td s Ts i
mt
-
G s
ct
具有PID控制器的闭环系统
2013-6-30
6
模糊自适应整定PID控制
控制器的类型 P PI PID
K
p
KHale Waihona Puke iKdT
T
0 0 0.5
0.9 1.2
自适应模糊控制器结构
17
模糊自适应整定PID控制
离散PID控制算法为:
u k k p e k k iT
e j k
j0
k
e k e k 1
d
T
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。
2013-6-30 1
模糊自适应整定PID控制
该控制器把古典的PID控制与先进的专家系统相结合,实 现系统的最佳控制。这种控制方法必须精确地确定对象模型, 将操作人员(专家)长期实践积累的经验知识用控制规则模型 化,并运用推理对PID参数实现最佳调整。 由于操作者经验不易精确描述,控制过程中各种信号量及 评价指标不易定量表示,专家PID方法受到局限。模糊理论是 解决这一问题的有效途径,所以人们运用模糊数学的基本理论 和方法,把规则的条件、操作用模糊集表示,并把这些模糊规 则及有关信息(如评价指标、初始PID参数)作为知识存入计 算机知识库中,然后计算机根据控制系统的实际响应情况(即 专家系统的输入条件),运用模糊推理,即可实现对PID参数 的最佳调整。 2013-6-30 2
2013-6-30
4
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。 s C s Ke M s 1 Ts 2013-6-30 5