MATLAB模糊-PID的电锅炉温度控制及仿真+文献综述(4)
1.3 本文的工作
基于以上所述日前国内外的温控方法的各自特点，以及温度这一物理参数变化缓慢，大惯性和大滞后的特点，本论文考虑采用模糊控制与PID控制相结合的参数模糊自整定PID控制方法。
本文首先介绍常规PID控制，模糊控制和自适应模糊PID控制的基础，然后对电锅炉温度这一控制对象，选择了纯PID控制、纯模糊控制和参数模糊自整定PID控制三种控制方案，并给出了仿真与比较。
2 模糊PID控制基础
2.1 常规PID控制
2.1.1 模拟PID控制
PID控制是偏差比例(P)、偏差积分(I)、偏差微分(D)控制的简称。在模拟控制系统中，常规模拟PID控制系统原理框图如图2.1所示。系统由模拟PID控制(虚框内部分)和被控对象组成。
图2.1 模拟PID控制器系统框图
PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值r (t)与实际输出值y (t)构成偏差:
(2.1)
将偏差比例、积分和微分控制，通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，故称PID控制器。其控制规律为
(2.2)
其传递函数形式为:
(2.3)
式中： KP----为比例系数；
TI-----为积分时间常数；
TD-----为微分时间常数
1、比例控制（P）
在比例调节器中，调节器的输出信号u与偏差信号e成正比例，即
（2.4）
其中KP为比例系数。比例调节即及时成比例地反映控制系统的偏差信号e，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。其特点是简单、快速，对于具有自平衡性的控制对象可能产生静差（自平衡性是指系统阶跃响应终值为一有限值）；而对于带有滞后的系统，可能产生振荡，系统的动态特性也随之降低 。
2、积分调节（I）
在积分调节中，调节器的输出信号u的变化速度du /dt与偏差信号e成正比，即：
（2.5）
其中：TI称为积分时间常数可见偏差一旦产生，控制信号不断增大，偏差信号消失后，控制信号保持原值，显然，在已知TI为常数的情况下，控制信号为常数当且仅当e=0，即对于一个带积分作用的控制器而言，如果它能够使闭环系统达到内稳，并存在一个稳定状态，则此时对设定值r的跟踪必然是无静差的。积分调节主要用于提高系统的抗干扰能力，消除静差，提高系统的无差度。其特点是，它相当于滞后校正环节，因此如相位滞后，使系统的稳定性变差。积分作用虽然可以消除静差，但不能及时克服静差，偏差信号产生后有滞后现象，使调节过程缓慢，超调量变大，并可能产生振荡。
3、微分调节（D）
在微分调节器中，调节器的输出u与被调量或其偏差对于时间的导数成正比，即
（2.6）
可见微分作用输出只与偏差变化有关，偏差无变化就无控制信号输出，所以不能消除静差。调节器中增加微分作用相当于使控制输出超前了TD时间，TD为零时，相当于没有微分作用。其特点是，针对被控对象的大惯性改善动态特性，它能给出响应过程提前制动的减速信号，相当于其具有某种程度的预见性。它有助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定，同时加快系统的响应速度，减小调整时间，从而改善了系统的动态特性。