模糊PID控制在液压伺服控制系统中的应用

摘要：本文就如何提高PID控制的控制效果，将模糊PID控制算法应用于液压伺服系统，通过模糊控制对PID的三个参数进行实时非线性调节，使该系统得到了快速稳定的输出。

关键词：液压伺服 压力控制 模糊PID 模糊控制

1 概述

液压伺服系统以其响应速度快、负载刚度大、控制功率大等独特的优点在工业控制中得到了广泛的应用。本文将模糊控制和PID控制有机结合起来，利用模糊控制对PID参数进行实时的修正，提高了系统的控制精度和鲁棒性，有较好的实用性。

2 模糊PID控制算法策略

2.1 算法策略概述

模糊自适应PID控制器是一种以常规数据调节器为基础，以误差e和误差变化de为输入数据的控制器，满足了各个时刻e和de对PID参数自整定的要求，其具体组成结构见图1：

根据系统在受控过程中的原则对应不同的E和EC，可将PID 参数整定的原则归纳如下三点：

①当|E|较大时，说明误差的绝对值较大，为使系统具有较好的跟踪性能，△Kp取较大值；为防止|EC|瞬时值过大，△Kd应取较小的值；同时为避免系统响应出现较大的超调应对积分加以限制，通常取△Ki=0。

②当|E|中等大小时，为使系统响应具有较小的超调，△Kp取较小些；在这种情况下，△Kd对系统响应影响较大，数值要取得适当；△Ki的数值也要取得适当。

③当|E|较小时，为了使系统具有很好的稳定性，△Kp、△Ki都取较大值，另外为避免系统在设定附近出现振荡，应该考虑抗干扰性能。

2.2 模糊控制器的设计

模糊PID自整定控制保证了控制器调节作用的最优化，它通过分析和判断实际系统环境，对比例系数Kp、积分系数Ki和微分系数Kd进行实时调整。

为进一步简化运算程序，保证运算质量，在调解时，控制器根据偏差e和偏差变化率ec进行自动调整，同时模糊部分分为Kp、Ki和Kd三部分，由其各自的子助推器来计算。

2.2.1 输入值的模糊化

由于模糊自整定PID控制器的整个讨论和计算活动主要集中在fuzzy集中，因此在实际计算中首先先要确定变量的论域，并将其及时调节和转换至正确的论域中，再将输入数据以语言集的形式表现出来，即对输入数据进行模糊化处理。

2.2.2 模糊控制规则表的建立

①Kp控制规则设计

在PID控制器中，调节初期应适当取较大的Kp值以提高响应速度，而在调节中期，Kp则取较小值，以使系统具有较小的超调并保证一定的响应速度；而在调节过程后期再将Kp值调到较大值来减小静差，提高控制精度。

②Ki控制规则设计

在调节过程的初期，为防止积分饱和，其积分作用应当弱一些，甚至可以取零；而在调节中期，为了避免影响稳定性，其积分作用应该比较适中；最后在过程的后期，则应增强积分作用，以减小调节静差。

③Kd控制规则设计

根据实际过程经验，在调节初期，应加大微分作用；而在中期，由于调节特性对Kd值的变化比较敏感，因此，Kd值应适当小一些并应保持固定不变；在调节后期，Kd值应减小，以减小被控过程的制动作用。

2.2.3 逆模糊化

在经过一系列计算后，我们可以通过模糊控制规则表得出Kp、Ki、Kd的最终值，并在此基础上借助重心法进行逆模糊化处理，以有效地实现求解多目标优化。

3 结论

经验证，在常规控制环节，只要及时调节PID三个

参数即可得出一个系统完善的数据响应图，提升控制效果。

但在实际操作过程中，由于三个参数的调解程序过于繁琐，且其调节结构的稳定性较差，因此目前工作人员多选择模糊PID控制方法来对PID进行参数整定，极大的提升了系统的稳定性，调整效果良好。