模糊PID控制方法及其仿真研究(2)
1 选题意义及背景介绍
1.1 模糊控制(Fuzzy Control)的发展和现状
模糊(Fuzzy)数学由美国著名控制论专家L.A.Zadeh教授1965年开创之后，模糊PID控制理论及其应用技术非常迅速得到了非常迅速的发展。1974—1979年，世界各国都先后做过对炼钢炉、蒸汽机、汽轮发电机组以及锅炉等模糊控制的计算机研究仿真，他们同时也进行了模糊控制算法和经典的传递函数算法之间的计算机研究仿真比较。所有结果表明，模糊控制比传统的经典要控制稳定，效果也更加的良好。世界各国科技工作者利用电子计算技术和模糊控制算法，对工业生产过程控制进行了大量的仿真研究试验。并且成功把仿真的内容应用于实际中去，研制出了很多成功的模糊控制应用开发系统。其中典型的代表有：1983年安信诚二首次的把模糊控制应用到工程实际中，研制出了列车自动停止的模糊控制装置；1984年安信诚二参照传统经典控制中的PID建模等概念与自适应系统辨识对模糊PID控制系统进行了深入的研究，完成对自来水厂净化药品注入的模糊控制系统；1984年安信诚二研究出基于预测的模糊PID控制原理对地下铁道中机车自动驾驶的模糊控制系统等[2]。尤其是,1988年营野道夫的专著《模糊控制》问世，从理论上对模糊控制器的设计、模糊自适应控制、模糊PID控制器的稳定性分析、和被控对象的模糊PID建模等进行了全面的总结和分析。
1979年我国开始研究模糊PID控制理论及其应用技术，在这方面获得了很高的成就。在随后的这些年里，关于模糊控制理论技术研究方面，我国同样取得了十分丰硕的研究成果。自始模糊理论问世以来，世界上的许多先进发达国家都曾对各种系统进行过试验性的模糊研究控制，其中有些成果已应用到了生产现场,已经取得了十分丰富的经验和非常可喜的成果。目前模糊控制与神经网络相结合，模糊算法和遗传算法相结合，模糊控制理论和技术的发展，现在已经在相当的一些领域中体现它更优于传统的控制的特点，特别是对一些相当比较复杂的系统，例如非线性、时变、大滞后等系统。模糊控制器具有很强的实时性和鲁棒性。
模糊控制是模糊数学在实际应用中最广泛的技术。其之所以能够应用得如此广泛，是由于它句有一下3个主要特点：(1)用模糊PID集来描述实际不确定性运行工况，要比用精确数字代表常变的工况数据直接进行计算更加的接近实际。而且模糊计算处理非常简易耗时短。(2)只需按专家的经验进行推理，不需要国语复杂庞大的数学模型，只需按经验推理，过程简单高效迅速。(3)用够在多条推理规则多变量复杂的运行条件下顺利运行。
1.2 传统PID与模糊PID的比较
1.2.1传统PID
PID控制器问控制器是一种线性控制器, 它将偏差的比例P积分I和微分D通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制[3]。在当被控制对象的结构和参数不能够被完全的掌握或者得不到精确的数学模型时，传统控制可以采用PID控制技术最为方便。其中PID控制器的参数整定就是控制系统中重要设计的核心。PID控制器的参数整定是根据被控过程的特性变化作为参考来确定PID控制器的参数大小。传统PID控制工作原理简单、且易于实现、适用面十分广泛，但PID控制器的参数得整定也是一件十分令人头痛的事。具体操作中合理的PID参数通常要有求丰富经验的技工在线来整定完成。并且在庞大复杂的控制对象和非线性复杂情况下往往远远不能够满足系统设计的要求。对此，我们要需要将模糊PID控制算法对此进行完善和提高。
1.2.2 模糊PID控制
模糊PID控制器：在特定的模糊规则下运用模糊逻辑算法，实时优化PID控制对象的比例P、积分I、微分D系数，使控制效果理想化。模糊PID控制重要的成部分：PID控制器、模糊规则推理、参数模糊化、参数解模糊等。根据系统设定的反馈和输入信号，计算具体偏差e以及当前的偏差变化ec，然后按模糊规则对被控对象模糊推理，最后再对模糊参数进行解模糊，结果就会输出PID控制器的比例P、积分I、微分D系数。在具体实际控制过程中，人们为提高系统调节的品质，可以根据系统的实际要求再对PID 控制进行相应的改进，改进的主要部分有不完全微分的PID 控制、PID控制器的参数整定积分分离的PID 控制和的积分分离的PID 控制参数整定等[4] 。
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