Word版本下载可任意编辑】 一种模糊-PI双模控制器设计方法 为了提高系统的控制性能，综合了模糊控制和PID控制的优点，提出一种基于模糊-PI双模控制器设计方法典型的二维模糊控制器因缺少积分环节，难以消除稳态误差，控制的精度常常不能满足系统要求；而PI控制器具有良好的消除稳态误差的作用，所以将其与模糊控制器结合构成复合控制器通过Matlab/Simulink仿真，结果说明，与经典的PID控制方式相比较，该控制方式在快速性、稳态性及准确性方面都有较大提高 PI控制作为PID控制的典型代表，以其算法简单、鲁棒性好及可靠性高，被广泛应用于工业过程控制和运动控制中但传统PI控制适用于建立的数学模型确实定性控制系统，而大多数工业过程不同程度地存在非线性、大滞后、参数时变性和模型不确定性，因此普通的PI控制器难以获得满意的控制效果模糊控制不要求被控对象的模型且适应性强，能够克服传统PI控制器的缺点，可以将模糊控制器与PI控制器结合起来构成复合控制器，模糊-PI双模控制同时具备PI控制的稳态性能和模糊控制的动态性能，起到良好的控制效果 1 模糊-PI双模控制系统构造 模糊-PI双模控制系统由模糊控制器（FC）和PI控制器并联组成，并由控制开关开展模式选择，其构造如图1所示。
图1 模糊-PI双模控制系统构造图 其工作原理是当系统偏差较大，落在某个阈值A以外时，就采用模糊控制以获得良好的动态性能；当系统偏差较小，落在阈值以内时，就采用PI控制以获得较好的稳态性能 控制开关的控制规则可以描述为： 2 模糊-PI双模控制系统的设计 2.1 被控对象的选取 在控制工程实践中，典型的二阶系统很常见，即便对于许多高阶系统，在一定条件下也可近似作为二阶系统来研究广义对象系统的传递函数可近似看为： 其中K1、K2是根据控制对象的变化可以取不同的数值来模拟系统的非线性特征 2.2 PI控制器设计 为获得较好的稳态控制效果，普遍采用PI控制，也就是在系统中参加1个比例放大器和1个积分器通过参数整定得到PI控制器的参数为Kp=0.5，Ki=8，单位阶跃响应曲线如图2所示 图2 单位阶跃响应曲线 2.3 模糊控制器设计 2.3.1 确定输入、输出隶数度函数 模糊控制器采用二维构造，以偏差e和偏差变化率ec作为模糊控制器的输入信号，将模糊控制器开展模糊化、模糊逻辑推理、解模糊化等一系列操作，得到模糊控制器输出控制量信号u。
模糊推理输入的语言变量为E和EC，模糊论域为，输出模糊论域变量为U，模糊论域为实际偏差e的变化范围是，实际偏差变化率ec的变化范围是，实际输出控制量u的变化范围是因此可确定偏差e的量化因子Ke=12，偏差变化率ec的量化因子Kec=6，控制量u的量化因子Ku=1变量E的语言值设定为6个，即{负大（NB）、负中（NM）、负小（NS）、正小（PS）、正中（PM）、正大（PB）}；将变量EC的语言值设定为5个，即{负大（NB）、负小（NS）、零（Z）、正小（PS）、正大（PB）}；输出变量U的语言值设定为5个，即{负大（NB）、负小（NS）、零（Z）、正小（PS）、正大（PB）}，并设定好隶属函数，如图3、图4和图5所示 图3 E隶属度函数图 图4 EC隶属度函数图 图5 U隶属度函数图 2.3.2 模糊规则设计 模糊-PI双模控制中的模糊控制器主要工作在过渡过程，希望模糊控制能加快系统响应速度，根据偏差和偏差变化率的不同状态、工程设计人员的技术知识和实际操作经验，建立合适的模糊规则表，得到模糊控制规则如下表1所示 表1 模糊-PI双模控制的模糊控制规则 3 模糊-PI双模控制系统的仿真 3.1 建立模糊推理系统构造 在MATLAB命令窗口键入fuzzy研命令进入模糊逻辑工具箱，在FISEditor窗口的Edit菜单下确定输入、输出变量的论域范围和各个语言变量的隶属函数形状等参数，双击每个图标就可以开展编辑，得到模糊控制器的文件。
3.2 建立模糊控制规则 用Edit菜单下的rules打开模糊规则编辑器确定“IF…THEN”形式的模糊控制规则u共有控制规则30条，每条规则的加权值都缺省为1，推理算法为max-min合成法，解模糊方法采用取中位数法将设计好的模糊控制器保存在一个用户自己定义的文件，后缀为fis 3.3 创立仿真框图 在Simulink环境下，建立模糊-PI双模控制器仿真系统构造，如图6所示，仿真结果如图7所示 图6 双模控制器在Simulink环境模型 图7 模糊-PI双模控制器仿真结果 双模系统稳定且消差的关键在Kp、Ki两个参数的选择上，A的主要作用是用来改善仿真曲线前端的形态，即调节超调量和上升时间的从仿真结果可以看出，模糊-PI双模控制系统的上升时间和超调量都有所减少，系统性能更好 4 结束语 本文提出的模糊-PI双模控制器，当系统偏差较大，采用模糊控制以获得良好的动态性能；当系统偏差较小，采用PI控制以获得较好的稳态性能通过在Matlab／Simulink环境下的仿真研究，从仿真结果可以看出，与典型PI控制器相比，模糊-PI双棋控制器能很好地解决前者上升时间长、超调量大缺点。
模糊-Pl双模控制系统在快速性、稳定性及准确性方面都有较大的改善 :4 / 4。