模糊PID控制在雙容水箱中的應用

常規PID控制器要求控制系統模型精確，而大多數的工業控制系統都存在著不同程度的非線性、時變和滯后現象，數學模型不好建立。模糊控制則不依賴于系統的數學模型，它主要以經驗進行推理控制。本文將模糊控制器和傳統的PID控制器相結合實現對于雙容水箱液位系統的控制，控制系統框圖如圖2所示。圖中e是液位給定值和測量值之間的誤差，誤差變化率ec=de/dt，通過A/D轉換器得到數字信號，送給模糊PID控制器進行處理，處理完后的預調整結果送給D/ A進行數字量和模擬量的轉換，交給執行機構去推動上下水箱進行泄水或進水操作，最終實現使下水箱的液位等于給定值。

模糊PID控制器是以誤差e和誤差變化率ec作為模糊PID控制的輸入，利用模糊控制規則在線對PID的參數進行修改，以滿足不同時刻e和ec對PID參數整定的要求。模糊PID控制器結構如圖3所示[3-4]。

圖中，誤差e和誤差的變化率ec為輸入，通過找出PID的三個參數與

圖1 雙容水箱液位系統

ec較大時，Kd應取小些。得到模糊PID控制規則查詢表見表1。

經過前述模糊推理后，模糊控制器輸出的三個調整參數為模糊量，要對其進行去模糊化，以取得精確量以計算輸入到PID控制器的三個參數Kp、Ki、Kd。本控制器采用的去模糊化方法是最大平均隸屬度法，即計算出模糊集合中具有最大隸屬度點的平均值作為去模糊化的結果。可根據基本論域和模糊論域確定三個輸出量的比例因子：Up=1，Ui=0.2， Ud=50。

三個參數的去模糊化結果乘以比例因子，即可得出三個參數的修正量，與初始值相加后進入PID控制器。模糊PID控制器輸出的控制信號，經D/A轉換器轉換成模擬信號，經執行機構實現對雙容水箱液位的控制。