基于双模糊控制的温度控制系统研究

　　0 引言

　　PID控制是最早发展起来的控制策略之一，以其算法简单，鲁棒性好及可靠性高的优势，被广泛应用于温度、压力、流量等工业过程控制中。但传统PID控制适用于建立精确的数学模型的确定性控制系统。当受控对象的数学模型动态变化时，系统的参数和模型变化，具有非线性时，传统PID控制很难达到理想的控制效果。近年来，智能控制作为一门新兴的理论和技术发展很快，许多学者进行了大量的研究工作。其中，模糊控制不要求被控对象的模型精确，具有较强的鲁棒性且适应性强而被广泛应用。但在一般的模糊控制中，没有考虑常规模糊控制器不同时具备在偏差大时快速跟踪，在偏差小时精确定位的问题，而且这两个要求是相互矛盾的，并发生在不同的时域。另外，也没有考虑常规模糊控制稳态精度不高且稳定性难以保证的问题。基于以上分析，本文在分析常规PID控制和模糊控制算法的基础上，设计了带有自调整因子的双模糊控制器。根据设定值与输出值间的偏差及偏差的变化，切换模糊控制器1和模糊控制器2，完成两组控制器的平稳过渡，并结合Ma-tlab环境下的模糊逻辑工具箱对其进行了仿真研究。

　　1 双模糊控制系统结构

　　双模糊控制系统由模糊控制器FC1和模糊控制器FC2并联组成，并由控制开关进行模式选择，其结构如图1所示。

　　其工作原理是当系统误差较大，落在某个阈值以外时，就采用模糊控制器FC1进行控制，以达到快速响应，消除误差的目的;当系统误差较小，落在阈值以内时，采用模糊控制器FC2进行控制，由于此控制器已将零域进一步细分，因此可以大大改善模糊控制器对于系统小误差的控制效果，从而达到极大地消除静态误差的目的，进而取得满意的控制效果。

　　判断电路的控制规则可以描述为：

　　2 双模糊控制系统的设计

　　2.1 被控对象的选取

　　在控制工程实践中，温度控制具有典型的时间滞后特点，现选取温度控制系统为带有纯延迟的一阶过程模型，设被控对象的传递函数为：

　　2.2 PID控制器设计

　　为获得较好的稳态控制效果，普遍采用PID控制，也就是在系统中加入一个比例放大器、一个积分器和一个微分器。通过参数整定得到PID控制器的参数为KP=1.5，KI=1，KD=0.8，单位阶跃响应曲线如图2所示。

　　PID控制器是一种线性控制器，鲁棒性不够强，具有对负载变化适应能力差，抗干扰能力弱和控制性容易受模型参数变化影响等弱点。所以在控制系统中难以达到令人满意的调速性能，尤其是在对系统性能和控制精度要求较高的场合，这就需要对PID算法进行改进，以达到更好的控制性能。