多传感器融合技术

1、自适应模糊PID控制系统构造及仿真电子科学与技术S100400475 邓子文自适应模糊PID控制原理与结构在传统PID控制的基础上，将控制规则的条件和操作用模糊集表示，并把这些模糊控 制规则以及有关息（如评价指标、初始PID参数等）作为知识存入计算机知识库中，然 后计算机根据控制系统的实际响应况，运用模糊推理，即可自动实现对PID参数的最佳 调整。自适应模糊控制器以误差e和误差变化匕作为输入，可以满足不同时刻的e和匕 对 PID参数自整定的要求。常见结构如图1。youtfz pid图1自适应模糊控制器结构PID参数模糊自整定是找出PID 3个参数与e和ec之间的模糊关系，在运行中通过 不断检测

2、和，根据模糊控制原理来对3个参数进行在线修改，以满足不同e和e时对控 制参数的不同要求，而使被控对象有良好的动稳态性能。从系统的稳定性、响应速度、超调量和稳态精度等方面来考虑，七,K，%的作 用如下：（1） 比例系数 % 的作用是加快系统的响应速度，提高系统的调节精度。七 越 大，系统的响应速度越快，系统的调节精度越高，但易产生超调，甚至导致系统不稳定。 Kp取值过小，则会降低调节精度，使响应速度缓慢，从而延长调节时间，使系统静 态、动态特性变坏。（2）积分作用系数%的作用是消除系统的稳态误差。%越大，系统的稳态误差消除 越快，但K过大，在响应过程的初期会产生积分饱和现象，从而引起响应过程的较

3、大超调。i若K过小，将使系统稳态误差难以消除，影响系统的调节精度。i（3）微分作用系数%的作用是改善系统的动态特性。其作用主要是能反应偏差信号 的变化趋势。并能在偏差信号值变得太大之前，在系统引入一个有效的早期修正信号，从 而加快系统的动作速度，减少调节时间。PID参数的整定必须考虑到在不同时刻3个参数的作用以及相互之间的互联关系。模 糊自整定PID是在PID算法的基础上，通过计算当前系统误差e误差变化孔，利用模糊规 则进行模糊推理，查询模糊矩阵表进行参数调整。模糊控制设计的核心是总结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，得到针对气，K ,七,3个参数分别整定的模糊控制

4、表。K , K , %的模糊规则如表13。表1 K的模糊规则表NBNMNSZDPSPaPBPBPBPH网PS20 成PB理20NS伽hiPS空妙Z0州刖1 wTa州亟PS JPSzo州痔70AW布PBZO福做.郴N8扁表2 K的模糊规则表心-州NSPMNBW20Zi9NMNS观NS湖,临质Z0PSZ020闯倒P5淌泌PS 1PS/WPMZ0PS阁phPBZ0P妹表3 Kd的模糊规则表NBNIANSZOPSPM iPRNB |PSNSNB泌NB倒PSNMPS,VS源NMNSZONSZO浴.WNSNSwZOZONSNS俗捋峪ZOPS ZOZOZO20ZO刀款？PMPBNSPS,PSPSPSPBPS

5、PMPMPMPSPSKp , K , Kd的模糊控制规则表建立好后，可根据如下方法进行% , K , Kd的自 适应校正。将系统误差e和误差变化率匕 变化范围定义为模糊集上的论域。e, e -5,-4,-3,-2,-1,。,123,4,5其模糊子集为，e,e = NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB,子集中元素分别代表负大，负中， C负小，零，正小，正中，正大。根据Kp，K，q个参数模糊规则表构造一个两输入（e, e ）三输出（ K , K , K3模糊控制器，取名fuzzpid.fiso （如图2）图2模糊PID控制器构成图3自调整工作流程图49条模糊规则形式如下：if (e is NB

6、) and (e is NB) then (A K is PB)(A K is NB)(A q is PS)(1)if (e is NB) and (e is NM) then ( K is PB)(A K is NB)(A 匕 is NS)(1)(49) if (e is NB) and (e is NB) then (A K is PB)(A K is NB)(A K is PB)(1)仿真算法及结果分析(1)自校正工作流程(如图3)参数修正公式：K = K +e ,e , /P P i c pK = K + e , e , ii i i c iK = K + e , e , id d i

7、 c d(2)仿真实例设被控对象为516600S (S 2 + 118S +14880)采样时间为1ms，采用模糊PID控制进行阶跃响应，修正公式中参数的初值分别 为：Kp=1，K =0，%=1在第300个采样刻控制器输出加1.0(100%)的干扰，相应响 应曲线如图48并计算出系统的性能指标如下：0123456789100超调量：6 =8.13%峰值时间：tp = 49ms调节时间：八=170ms在第300个采样时刻控制器输出加100%扰后的超调量为6 =3.46%调节时间为t = 80ms。（3）仿真分析于三阶对象，普通PID控制很难获得好的控制效果，同时3数也不易确定，但 采用自适应模糊控制整定PID参数，却取得了良好控制效果。从系统的性能指标可 看出系统具有良好的快速性和稳态精度，干扰能力强，是一种较好的控制方案。总结模糊自调整PID是在常规PI算法的基础上，通过计算当前系统误差e和误差变化率。，利用模糊推理系统（FIS），查询模糊矩阵表进行参数调整，该方法实现简 C单、方便易用，对实际控制有重要指导意义。同时，利用模糊逻辑