房间温度模糊PID控制研究

1、房间温度模糊PID控制研究姓名：贾洪错学号：1580181专业：控制工程房间温度模糊PID控制研究贾洪错东北人学信息学要：房间温度是一复杂的控制过程，传统的模糊或PID控制很难得到较好的控制效果。本文采用模糊PID控制，设计出空调房间温度控制器。利用MATLAB建立了空调房间温度控制仿真模型。仿真结果表明，模糊PID相结合可使控制效果大大提高。关键词：模糊；PID：控制；房间温度；Researchonfuzzy-PIDcontrolforroomtemperatureJiaHongkaiCollegeofinformation,NortheasternUniversi

2、tbstract:ThecontrolprocessofroomtemperatureiscomplicatedanditisdifficultfortraditionalfuzzyorPIDcontrollertogetgoodcontrolperformance.ThispaperintroducesFuzzy-Pidcontrolpropercombine.Themathematicalmodelofthecontrolledplantisbuildandthecontrollerbasedonfuzzy-PIDisdesigned.Simulationrese

3、rchproveditisefficient.Keywords:fuzzy;PID;control;roomtemperature;引言空调房间温度控制是一人滞后、慢时变、非线性的复杂系统，常规的PID控制器难以收到良好的控制效果。而模糊控制不依赖于控制对彖精确的数学模型，动态性能好、受系统参数变化影响小，但稳态精度不高。为了解决上述这些问题，本文釆用模糊、PID相结合的方法，构成模糊PID复合控制，既具有模糊控制灵活、适应性强的优点，又具有PID控制精度高的特点。控制系统模型建立控制对彖的模型由两部分构成：空调机和房间环境。如图2所示。图1房间温度控制模型控制器给定温度值Tr与实测温度值Ty

4、的差值e=Tr-Ty,送控制器计算控制量，控制器输出u送空调以改变房间温度。控制器采用模糊和PID控制并联型的控制器，其结构如图2所示。控制策略选择的基本原则是：以误差的人小作为选择的条件。在人误差范附，采用模糊控制，以提高动态响应速度，増强自适应能力：在小误差范I制内，采用PID控制，以消除静态误差，提高控制精度。同时，为了防止控制策略的切换过于频繁，在误差的切换点，系统规定控制策略不作切换，维持上一次的动作。模糊控制TvPID控制图2模糊PID并联控制组成框图模糊控制器设计3.1确定模糊控制器的结构通过对被控对彖的分析，采用目前最为常用的“双入单出”的单变量二维模糊控制器,输入为温度偏差e

5、及偏差的变化率ec,输出为频率控制信号uo如图3所示。图3二维模糊控制器E、EC、U分别为偏差e、偏差变化率ec和输出控制量u经模糊化的语言变量。对误差变量E,误差变化量EC和控制量U的模糊集及其论域定义如下：E、EC和U的模糊集均为:NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB,分别为“负大”，“负中，负小,“零”，“正小”，“正中”，“正大”:E、EC和U的论域为:-3,-0,10,1,2,3,。3.2确定模糊变量的隶属度函数根据房间温度控制的特点，经反复试验确定：三个变量的NM、NS、ZE、PS、PM的隶属函数都选择三角形隶属函数，而NB和PB选择降半梯形和升半梯形隶属函数。3.3建立模糊控

6、制规则模糊控制器控制规则设计原则是：误差较人时，控制量变化应尽力使误差迅速减小；误差较小时，以系统的稳定性为主要出发点，防止系统产生不必要的超调，甚至振荡。据此,依靠实际运行经验进行分析、归纳，可确定变频空调的模糊控制规则如表2所示。表1模糊控制规则表UECNBNMNSZEPSPMPBENBNBNBNBNBNBNBNBNMNBNBNBNBNMNMNMNSNBNBNMNMNSNSNSZENMNSZEZEZEPSPMPSPSPSPSPMPMPBPBPMPMPMPMPBPBPBPBPBPBPBPBPBPBPBPB3.4模糊推理及解模糊模糊决策采用Mamdani的（min-max）决策法，解模糊采用重

7、心法（centroid）。4仿真研究为了说明模糊控制、PID控制、模糊PID复合控制各自控制效果，分别对三种控制方式进行了仿真试验。1）设置房间温度R（t）=25C、干扰信号的幅值为0、限幅器参数值为3C,延迟20s仿真时间5000s时的仿真波形如图4所示。IIIII1-PIDPt177VrUjCCj、11一.一rjzzy-riL,*1X、:/:、:山亠工4T亠.:el1f力厂/:/乜:1ft111ilMiL1尸FI1iIir1.7:1e?:ePIIIIIIIII【I0001CD01500200025003COO35004CB045CB50001/$图4三种控制规律控制效果曲线由图4可见，利用

8、文中所提出的温度控制算法，系统的输出在经过短时振荡后稳定在25C,达到了温度调节的目标。模糊控制下降速度比PID控制快，动态性能优于PID控制,但仍有小幅振荡，稳态误差较人；优于控制系统具有较大的时间延迟，传统PID控制波动较人，响应速度缓慢而且超调量较人，易导致系统的不稳定；模糊和PID结合控制系统的超调小，调节速度快，稳态误差小，控制效果优于PID和模糊控制。2）将延迟时间改为30s,PID和模糊PID控制效果比较见图5所示。图5延迟30s时的控制效果曲线由图5可以看出，当系统的延迟时间改变时，PID控制具有较人的超调，过渡时间过长。延迟时间进一步增大，系统将变得不稳定，甚至出现发散振荡。PID控制对系统模型具有较强的依赖性，而模糊PID组成的复合控制受参数变化的影响很小，不依赖于系统的数学模型，超调小，系统很快稳定在设定值附近。5.结论由上面仿真结果可知，传统的模糊或PID控制很难得到较好的控制效杲。而将两者合理结合，既具有传统PID控制精度高的优点，又具有模糊控制器快速、适应性强的特点，并可以迅速消除系统误差，保证了系统具