英文翻译_基于参数自整定模糊PID算法的激光热脱附系统

1、基于参数自整定模糊PID算法的激光热脱附系统摘要 鉴于高功率激光可以使样品的温度升高，本文提出了一种基于参数自整定模糊PID算法的控制器。根据PID参数在线校正，该控制器不仅仅运用于基于模糊经验公式的单个控制对象，还可以有效地处理激光目标指示系统温度控制模型的不确定性、非线性、时变性、滞后性等等性质。在本文中，借助于MATLAB Simulink工具箱，我们进行了一个传统PID控制和模糊自适应PID控制的仿真对比实验。实验结果表明，模糊自适应PID在超调量、建立时间等性能指标上优于传统控制算法，模糊自适应PID可以有效地提高温度控制系统的控制精度。关键词：激光热脱附系统，温度控制，模糊自适应P

2、ID控制器，MATLAB仿真1引言在激光热脱附系统（LTDS）中，激光束依靠电能高度集中，并在此过程中迅速产生大量的热量。由于温控系统具有非线性、时变性和滞后性的性质，建立一个精准数学模型是不可能的，同时常规PID控制算法的控制效果很难达到理想效果。然而，相比于传统PID算法，模糊自适应PID算法拥有响应速度快、超调量小、抗干扰能力强和可操作性好的优势。模糊自适应控制不需要建立精确的数学模型，因为该控制根据模糊规则库利用模糊逻辑推理来完成控制决策过程，而模糊规则库又是基于专家知识和操作者的经验。考虑到温度是激光热脱附系统的主要监测参数，本文所设计的模糊自适应PID控制器可以用最有效的方式响应以

3、及适应各种复杂的情形（图1）。针对LTDS稳定性和可靠性的高要求，本文提出使用红外温度传感器、高灵敏度的信号调理电路和STC12C5A60S2单片机，完成A/D转换功能和改进型参数自整定模糊PID算法，保证系统性能指标。2模糊自适应PID控制器设计模糊自适应PID控制器的性质是根据模糊控制规则在线调整PID控制器参数。从图2中，我们可以看出误差E和误差变化率EC是输入变量，DKp，DKi和DKd是输出变量。本文中，变量的模糊子集都是负大，负中，负小，零，正小，正中，正大（简称NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB），模糊子集的基本论域都是-6,6。我们选择高斯函数定义输入变量的隶属度函数，同

4、时选择三角形函数作为输出变量的隶属度函数。PID控制参数整定原则：1) 比例系数Kp的作用是加快响应速度和提高调节精度。增加Kp，系统会显示更快的反应速度和更高的调节精度，然而这也很容易引起超调甚至系统不稳定。如果Kp值过小的话，将会降低调节精度和减慢响应速度，使得系统性能劣化。2) 积分系数Ki用于消除稳态误差。Ki越大，稳态误差消除率越快。然而当Ki过大，响应过程将产生积分饱和现象，继而产生一个过大超调。3) 微分系数Kd在提高系统的动态特性上有很重要的作用。然而给定的值过大可能导致调节时间的延长和系统抗扰能力的减弱。根据上述规则和专家知识，如表1,2,3给出的，我们可以得到模糊控制器的

5、控制规则。图1 激光热脱附系统框图（LTDS）图2 模糊自适应PID理论框图表1 的模糊控制规则ECENBNMNSZOPSPMPBNBPBPBPMPMPSZOZONMPBPBPMPSPSZONSNSPMPMPMPSZONSNSZOPMPMPSZONSNMNMPSPSPSZONSNSNMNMPMPSZONSNMNMNMNBPBZOZONMNMNMNBNB表2 的模糊控制规则ECENBNMNSZOPSPMPBNBNBNBNMNMNSZOZONMNBNBNMNSNSZOZONSNBNMNSNSZOPSPSZONMNMNSZOPSPMPMPSNMNSZOPSPSPMPBPMZOZOPSPSPMPBPB

6、PBZOZOPSPMPMPBPB表3 的模糊控制规则ECENBNMNSZOPSPMPBNBPSNSNBNBNBNMPSNMPSNSNBNMNMNSZONSZONSNMNMNSNSZOZOZONSNSNSNSNSZOPSZOZOZOZOZOZOZOPMPBNSPSPSPSPSPBPBPBPMPMPMPSPSPB 通过模糊推理和重心解模糊法，控制器的三个参数可按照如下公式得到：(1)(2)(3) 由公式(1)-(3)，都是提前设置好的初始变量（图3,4）。图3 输入变量（E，EC）隶属度图4 输出变量（）隶属度函数图3仿真考虑到由于激光目标指示系统的特殊性，在实际系统实验中很难获得数据，在模糊自适应控制系统仿真使用MATLAB将有利于实时检测和调试。该控制系统的仿真包括了已经在MATLAB环境下运行的传统PID控制器。图5和图6展示了传统PID控制仿真结构图。图7,8展示了仿真的结果。图7显示常规PID控制系统的响应曲线，而图8显示的是参数自整定模糊PID控制系统的响应曲线。图6 自适应模糊PID仿真结构图图7 常规PID系统响应曲线图图8 模糊自适应PID控制系统响应曲线图4结论初