一種基于模糊-PI雙模控制器設計方法

摘要： 為了提高系統的控制性能，綜合了模糊控制和PID控制的優點，提出一種基于模糊-PI雙模控制器設計方法。典型的二維模糊控制器因缺少積分環節，難以消除穩態誤差，控制的精度常常不能滿足系統要求；而PI控制器具有良好的消除穩態誤差的作用，所以將其與模糊控制器結合構成復合控制器。通過Matlab/Simulink仿真，結果表明，與經典的PID控制方式相比較，該控制方式在快速性、穩態性及準確性方面都有較大提高。

　　PI控制作為PID控制的典型代表，以其算法簡單、魯棒性好及可靠性高，被廣泛應用于工業過程控制和運動控制中。但傳統PI控制適用于建立精確的數學模型的確定性控制系統，而大多數工業過程不同程度地存在非線性、大滯后、參數時變性和模型不確定性，因此普通的PI控制器難以獲得滿意的控制效果。模糊控制不要求被控對象的精確模型且適應性強，能夠克服傳統PI控制器的缺點，可以將模糊控制器與PI控制器結合起來構成復合控制器，模糊-PI雙模控制同時具備PI控制的穩態性能和模糊控制的動態性能，起到良好的控制效果。

　　1 模糊-PI雙模控制系統結構

　　模糊-PI雙模控制系統由模糊控制器（FC）和PI控制器并聯組成，并由控制開關進行模式選擇，其結構如圖1所示。

圖1 模糊-PI雙模控制系統結構圖

　　其工作原理是當系統偏差較大，落在某個閾值A以外時，就采用模糊控制以獲得良好的動態性能；當系統偏差較小，落在閾值以內時，就采用PI控制以獲得較好的穩態性能。

　　控制開關的控制規則可以描述為：

　　2 模糊-PI雙模控制系統的設計

　　2.1 被控對象的選取

　　在控制工程實踐中，典型的二階系統很常見，即便對于許多高階系統，在一定條件下也可近似作為二階系統來研究。廣義對象系統的傳遞函數可近似看為：

　　其中K1、K2是根據控制對象的變化可以取不同的數值來模擬系統的非線性特征。

　　2.2 PI控制器設計

　　為獲得較好的穩態控制效果，普遍采用PI控制，也就是在系統中加入1個比例放大器和1個積分器。通過參數整定得到PI控制器的參數為Kp=0.5，Ki=8，單位階躍響應曲線如圖2所示。

圖2 單位階躍響應曲線