空调系统混合参数自调整模糊pid控制研究

空调系统混合参数自调整模糊pid控制研究

0数学模型的建立制造设备系统是一个典型的传动式换热系统，其结构和内部物理过程复杂，因此很难建立精确的数学模型。质量和能量传递的时延及惯性是空调控制面对的主要问题。为弥补传统PID控制的不足,对混合参数自调整模糊PID控制在空调系统中的应用进行研究。1模糊pid控制技术的研究1.1模糊检测探测器的组成模糊控制器(FuzzyController),也称为模糊逻辑控制器(FuzzyLogicController),其结构如图1。1.1.1模糊算子8个在模糊推理前,将检测装置输入计算机控制器的清晰值转化为模糊推理所处理的模糊集合的形式。模糊输入变量e,对应于5～8个的模糊子集划分,用三角型隶属度函数表示8个模糊子集如图2。1)e=负大,负小,零,正小,正大=NB,NS,ZO,PS,PB。2)e=负大,负中,负小,零,正小,正中,正大=NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB。3)e=负大,负中,负小,零负,零正,正小,正中,正大=NB,NM,NS,NZ,PZ,PS,PM,PB。1.1.2模糊控制模型知识库包含具体应用领域中的知识和要求的控制目标,主要包括数据库和规则库。1)数据库主要包括各种语言变量的隶属函数,尺度变换因子和模糊空间分级数等。2)规则库(RuleBase-RB)中的模糊控制规则是按人的直觉推理的一种语言表示形式,是基于专家知识或熟练手动操作人员长期积累的经验。模糊规则通常由一系列的关系词连接而成,如if-then,else,also,and,or等,例如:ifEisNBandECisNBthenUisPB。规则库用来存放全部模糊控制规则。1.1.3模糊推理模糊推理的作用是由模糊控制规则完成模糊推理来求解模糊关系方程,并获得模糊控制量的功能部分。模糊推理由条件聚合、推断和累加组成。1.1.4解压缩接口将推理得到的模糊集合转化成清晰值,然后将得到的结果传递给执行机构。1.2设计和调试系数ki和微分系数k传统的PID控制也称为比例积分微分控制,其控制性能取决于比例系数Kp、积分系数Ki和微分系数Kd,设计和调试就是确定这3个系数。模糊自整定PID就是在PID算法的基础上,通过计算当前系统的误差e和误差的变化率ec,利用工程人员的技术知识和实际操作经验建立知识库(模糊规则),通过模糊推理来进行参数调整。2混合参数调整模糊pid控制器2.1模糊控制器fc2输出混合参数自调整模糊PID控制系统结构如图3,图中e、ec分别为误差和误差变化率。该控制器由直接控制量型模糊控制器FC1;PI控制器;增益调整型模糊控制器FC2组成。直接控制量型模糊控制器FC1根据输出控制量的形式等效为比例微分(PD)控制器,对系统的动态系统产生影响,无法消除稳态误差。故增加PI控制器,补偿FC1中缺少的积分作用,提高系统的稳态精度。增益调整型模糊控制器FC2在控制中通过计算系统的误差e和误差的变化率ec,利用工程人员的知识和操作经验建立知识库(模糊规则),通过模糊推理在线的调整控制器的参数Kp、Ki、Ku。PI控制器采用常规PID控制器中的比例和积分作用,其输出为如下的表达式:。FC1模糊控制器属于二维单变量模糊控制器,输入变量误差e、误差变化率ec的论域化归到[-3,3],各个模糊变量的语言值均采用“正大(PB)”、“正小(PS)”、“零(Z)”、“负小(NS)”、“负大(NB)”,相应的隶属度函数选用三角形和梯形函数,函数曲线如图4、图5,控制规则见表1。模糊控制器FC2采用两输入三输出形式,用来对PI控制器参数Kp、Ki和模糊控制器FC1的输出比例因子Ku进行在线调整,从而防止出现积分饱和现象。误差绝对值|e|和误差变化率的绝对值|ec|的论域化归为;参数Kp、Ki、Ku的论域范围标准化为,隶属度函数采用高斯形,隶属度函数如图6、图7,Kp、Ki、Ku的调整规则如表2～表4。2.2误差信号e综合混合参数自调整模糊PID控制器的作用机理,可得整个控制系统的工作步骤:1)得到被控对象输出y,与参考信号r比较得到误差信号e,计算得|e|和|ec|;2)由增益调整型模糊控制器FC2推理得Kp、Ki、Ku;3)误差e驱动PI控制器得控制分量u1;4)由模糊控制器FC1经模糊推理得控制分量u2,与控制分量u1相加得总的控制量u;5)将控制量u作用于被控对象,返回步骤1)进行下周期。3混合参数自调整pid控制自动控制空调系统的主要任务是维持空调房间的温、湿度在工艺要求的范围内。空调房间就是空调系统的被控对象。其传递函数为:。0()1sKeGsTs0=+τ式中:G(S)为对象传递函数,K为对象静态放大系,τ0为对象纯滞后时间,T0为对象时间常数。如采用传统的PID控制,只要τ0、T0改变,要重新设计Kp、Ki、Ku的PID控制器。采用模糊控制在线对参数调整,不用都重新设计PID控制器。当τ0=-80,T0=60时,图8和图9分别为采用混合参数自调整模糊PID方法和普通PID方法仿真所得的阶跃响应曲线。将时间常数由60变为40,2种控制方法的阶跃响应曲线如图10和图11。通过比较图10和图11,可以看出模型参数变化后模糊PID控制的阶跃