模糊PID在直流电子负载中应用

1、模糊pid在直流电子负载中应用摘 要：针对直流电子负载传输特性易变、传统pid系数整定困难，将模糊理论与pid控制相结合运用到直流电子负载中，实现了模糊控制灵活、适应性强、pid系数 自整定和控制精度高稳定性好等特点。关键词：针对直流电子负载；模糊pid；研究分析直流电子负载是利用电子元器件吸收电能并将其消耗 的一种动态负载，其端口满足欧姆定律，它可以模拟实际的 负载，用来替代体积庞大且不便于调节的电阻类负载。在直 流电子负载设计中一般采用传统的pid控制方法。传统pid 结构简单、稳定性好、工作可靠等优点，但在工业控制过程 中，经常会出现一些复杂的系统，如系统具有大滞后、时变 性、非线性等特

2、性。对于这些复杂的系统，由于无法获得准 确的数学模型，使用常规的pid控制算法对上述系统进行控 制时，往往因为难以整定其pid参数而无法达到预期的效果。将模糊理论应用于传统的pid控制算法中，根据专家控制规 则实现控制决策表，利用专家经验实时调整pid控制器的控 制参数能很好地解决由于系统的复杂性而无法获得精确数 学模型等问题。1模糊控制器的结构模糊控制其基本思想是模拟人的思维方式进行控制决 策，以语言变量和条件语句作为描述控制策略的基础。通过 计算机程序来实现自动控制过程，即模糊控制过程。模糊控 制器是模糊控制系统中的核心部分，其结构如图1所示。模糊控制器由模糊化模块、数据库和规则库构成的知

3、识 库、模糊逻辑推理模块和解模糊模块组成。其基本原理是采 用系统输入偏差e和偏差变化率ec作为输入语言变量，按 照一定的模糊规则进行模糊推理，将模糊推理的结果转化成 精确的控制量。2模糊pid的结构及参数仿真pid控制器的设计最重要的就是kp, ki, kd三个参数的 整定，是控制系统设计的核心。它是根据被控过程的特性来 确定pid控制器的参数大小。但pid控制器的参数整定是一 件比较困难的事，一旦整定计算好后，在整个控制过程中都 是固定不变的。在控制对象有很大的时变性和非线性的情况 下，一组整定好的pid参数远远不能满足系统的要求。而在 实际系统中，由于系统状态和参数等发生变化时，过程中会

4、出现状态和参数的不确定性，系统很难达到最佳的控制效 果。模糊pid控制就是利用当前的控制偏差和偏差的变化率, 结合被控过程动态特性的变化，根据控制要求或目标函数， 建立用if-then产生式语句规则所表达的调整模型，对pid 控制器的三个参数进行调整。模糊pid控制结构如图2所示。计算机根据所设定的输入和反馈信号，计算实际位置和 理论位置的偏差e以及当前的偏差变化ec,并根据模糊规则 进行模糊推理，最后对模糊参数进行解模糊，输出pid控制 器的比例系数kp、积分系数ki、微分系数kd。改变系统的 不同状态，得到的pid系数仿真如图3所示。从仿真中可以 看出，当系统的状态函数发生变化时，模糊控制

5、器根据模糊 规则迅速推断出新的pid系数，使系统迅速进入稳定状态。3直流电子负载结构直流电子负载系统主要包括：键盘模块、电源模块、lcd显示模块、msp430控制模块、和电流、电压采集模块组成。系统总体框图如图4所示。其基本原理是基于反馈控制理论，当外部电流电压发生变化时，通过msp430内部的a/d转换模块进行电流电压采 集，lcd显示设置的电流电压和实测的电流电压。mcu根据 采集的数值进行模糊pid运算，自动调节pwm调制信号的占 空比来控制n沟道大功率mosfet的导通时间，实现对被测 电流电压的控制，实现恒流恒压的电子负载特性。通过键盘 设置恒定值和稳压电源提供不同的端电压，测得测试点电流 数据如表1所示。表1恒流模式下模糊pid与pid测试数据表从实测数据和仿真中可以看出常规的pid控制器在非线 性时变，滞后较大的系统中鲁棒性不强，控制效果不理想。 而模糊pid控制器既具有模糊控制灵活而适应性强的优点， 又具有常规pid控制精度高的特点，在工业控制中具有广 泛的应用