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一种通用工业控制器的标准结构 |
| 发布时间:2006年5月20日 点击次数:319 |
| 来源: 作者:清华大学热能工程系(100084) 吴勇强 李东海 姜学智 李立勤 黎浩荣 |
摘 要 提出一种通用工业控制器的标准结构,解决了模糊控制与PI控制之间的无扰动切换问题,通过仿真验证该方案的有效性。 关键词 PID调节器 模糊控制 复合控制 1965年,美国加州大学著名控制论专家L.A．扎德发表了开创性论文“Fuzzy sets”以来,模糊控制技术大致经历了三个发展阶段。第一阶段是1965～1974年,这是模糊数学发展与成形的阶段。这一阶段,扎德开创了“模糊集”,并发表了“模糊算法”和语言与模糊逻辑相结合的系统建立方法。1974年Mamdani博士首次尝试利用模糊逻辑,成功地开发了世界上第一台模糊控制的蒸汽引擎。第二阶段大约为1974～1979年,这一阶段产生了简单模糊控制器。但这时的模糊控制器自适应能力和鲁棒性很有限,稳定性也不够理想。第三阶段是1979年至今,这是发展高性能模糊控制器的阶段。1979年T.J.Procky 和E.H.Mamdani共同提出了自学习的概念,使系统性能大为改善。 模糊数学70年代后期传入我国,不久在我国得到了飞速发展。80年代中期,我国在模糊理论研究的同时开始了模糊控制技术的研制开发工作。我国在模糊控制的研究和开发着重于通用模糊控制系统的开发工作。模糊控制与传统的控制相比,具有实时性好,超调量小,抗干扰力强,自动化程度高等优点。 然而,常用的模糊控制器也有自身的缺点,稳态精度较低,这与输出的离散控制量有关。在稳态较小的变化范围内,经典的线性控制技术能够较好地解决这一问题。PID控制器由于其结构简单,较好的鲁棒性而得到广泛应用,为控制工程师所熟悉。线性控制与模糊控制相结合的方案不是新概念,早在1987年就有庞富胜 ,这是 由实验曲线可以看出模糊控制调节时间短,超调量小,但由于输出量化导致有一定的稳态偏差;PI控制相对于模糊控制调节时间长,超调量大,但跟随性能较好,最终为无差输出;复合控制则综合了二者的优点,使得系统动态与稳态性能都较好。本次实验切换模块中K1=1;K2=50;常数为0.02;无扰切换次数为4次。实验曲线见图5。 总之,线性与模糊的复合控制不是最新的概念,但把这个想法实现成为像PID一样简单可靠,性能较高的标准化控制器是我们的目的。两种控制模块中的无扰切换是变结构控制中的关键问题。本文提出的PD-FC控制器的适用范围仍是一个需进一步研究的问题。
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比较常见的被控对象。取T=1,τ=10s进行仿真。PD参数K1=0.08,K2=0.06;模糊PD模块中Ke=6,Kc=30,Ki=0.01。|
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