PI控制作為PID控制的典型代表,，以其算法簡(jiǎn)單,、魯棒性好及可靠性高，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程控制和運(yùn)動(dòng)控制中。但傳統(tǒng)PI控制適用于建立精確的數(shù)學(xué)模型的確定性控制系統(tǒng),，而大多數(shù)工業(yè)過程不同程度地存在非線性,、大滯后、參數(shù)時(shí)變性和模型不確定性,，因此普通的PI控制器難以獲得滿意的控制效果,。模糊控制不要求被控對(duì)象的精確模型且適應(yīng)性強(qiáng)，能夠克服傳統(tǒng)PI控制器的缺點(diǎn),，可以將模糊控制器與PI控制器結(jié)合起來構(gòu)成復(fù)合控制器,，模糊-PI雙模控制同時(shí)具備PI控制的穩(wěn)態(tài)性能和模糊控制的動(dòng)態(tài)性能，起到良好的控制效果,。
1 模糊-PI雙?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)
模糊-PI雙模控制系統(tǒng)由模糊控制器(FC)和PI控制器并聯(lián)組成,，并由控制開關(guān)進(jìn)行模式選擇,，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
其工作原理是當(dāng)系統(tǒng)偏差較大,，落在某個(gè)閾值A(chǔ)以外時(shí),，就采用模糊控制以獲得良好的動(dòng)態(tài)性能；當(dāng)系統(tǒng)偏差較小,，落在閾值以內(nèi)時(shí),，就采用PI控制以獲得較好的穩(wěn)態(tài)性能。
控制開關(guān)的控制規(guī)則可以描述為：
2 模糊-PI雙?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)
2．1 被控對(duì)象的選取
在控制工程實(shí)踐中,，典型的二階系統(tǒng)很常見，即便對(duì)于許多高階系統(tǒng),，在一定條件下也可近似作為二階系統(tǒng)來研究,。廣義對(duì)象系統(tǒng)的傳遞函數(shù)可近似看為：
其中K1、K2是根據(jù)控制對(duì)象的變化可以取不同的數(shù)值來模擬系統(tǒng)的非線性特征,。
2．2 PI控制器設(shè)計(jì)
為獲得較好的穩(wěn)態(tài)控制效果,，普遍采用PI控制，也就是在系統(tǒng)中加入1個(gè)比例放大器和1個(gè)積分器,。通過參數(shù)整定得到PI控制器的參數(shù)為Kp=0．5,，Ki=8，單位階躍響應(yīng)曲線如圖2所示,。
2．3 模糊控制器設(shè)計(jì)
2．3．1 確定輸入,、輸出隸數(shù)度函數(shù)
模糊控制器采用二維結(jié)構(gòu)，以偏差e和偏差變化率ec作為模糊控制器的輸入信號(hào),，將模糊控制器進(jìn)行模糊化,、模糊邏輯推理,、解模糊化等一系列操作，最后得到模糊控制器輸出控制量信號(hào)u,。模糊推理輸入的語言變量為E和EC,，模糊論域?yàn)閇-6,，6],，輸出模糊論域變量為U，模糊論域?yàn)閇0,，10],。實(shí)際偏差e的變化范圍是[-0.5，0.5],，實(shí)際偏差變化率ec的變化范圍是[-1,，1]，實(shí)際輸出控制量u的變化范圍是[0,，10],。因此可確定偏差e的量化因子Ke=12，偏差變化率ec的量化因子Kec=6,，控制量u的量化因子Ku=1,。變量E的語言值設(shè)定為6個(gè)，即{負(fù)大(NB),、負(fù)中(NM),、負(fù)小(NS)、正小(PS),、正中(PM),、正大(PB)}；將變量EC的語言值設(shè)定為5個(gè),，即{負(fù)大(NB),、負(fù)小(NS)、零(Z),、正小(PS),、正大(PB)}；輸出變量U的語言值設(shè)定為5個(gè),，即{負(fù)大(NB),、負(fù)小(NS)、零(Z),、正小(PS),、正大(PB)}，并設(shè)定好隸屬函數(shù),，如圖3,、圖4和圖5所示,。
2．3．2 模糊規(guī)則設(shè)計(jì)
模糊-PI雙模控制中的模糊控制器主要工作在過渡過程,，希望模糊控制能加快系統(tǒng)響應(yīng)速度,，根據(jù)偏差和偏差變化率的不同狀態(tài)、工程設(shè)計(jì)人員的技術(shù)知識(shí)和實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn),，建立合適的模糊規(guī)則表,，得到模糊控制規(guī)則如表1所示。
3 模糊-PI雙?？刂葡到y(tǒng)的仿真
3．1 建立模糊推理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
在MATLAB命令窗口鍵入fuzzy研命令進(jìn)入模糊邏輯工具箱,，在FISEditor窗口的Edit菜單下確定輸入、輸出變量的論域范圍和各個(gè)語言變量的隸屬函數(shù)形狀等參數(shù),，雙擊每個(gè)圖標(biāo)就可以進(jìn)行編輯,，得到模糊控制器的文件。
3．2 建立模糊控制規(guī)則
用Edit菜單下的rules打開模糊規(guī)則編輯器確定“IF…THEN”形式的模糊控制規(guī)則,。u共有控制規(guī)則30條,，每條規(guī)則的加權(quán)值都缺省為1，推理算法為max-min合成法,，解模糊方法采用取中位數(shù)法,。將設(shè)計(jì)好的模糊控制器保存在一個(gè)用戶自己定義的文件，后綴為fis,。
3．3 創(chuàng)建仿真框圖
在Simulink環(huán)境下,，建立模糊-PI雙模控制器仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu),，如圖6所示,，仿真結(jié)果如圖7所示。
雙模系統(tǒng)穩(wěn)定且消差的關(guān)鍵在Kp,、Ki兩個(gè)參數(shù)的選擇上,，A的主要作用是用來改善仿真曲線前端的形態(tài)，即調(diào)節(jié)超調(diào)量和上升時(shí)間的,。從仿真結(jié)果可以看出,，模糊-PI雙模控制系統(tǒng)的上升時(shí)間和最大超調(diào)量都有所減少,，系統(tǒng)性能更好,。
4 結(jié)束語
本文提出的模糊-PI雙模控制器,，當(dāng)系統(tǒng)偏差較大,，采用模糊控制以獲得良好的動(dòng)態(tài)性能；當(dāng)系統(tǒng)偏差較小,，采用PI控制以獲得較好的穩(wěn)態(tài)性能,。通過在Matlab／Simulink環(huán)境下的仿真研究,，從仿真結(jié)果可以看出，與典型PI控制器相比,，模糊-PI雙棋控制器能很好地解決前者上升時(shí)間長(zhǎng),、超調(diào)量大缺點(diǎn)。模糊-Pl雙?？刂葡到y(tǒng)在快速性,、穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性方面都有較大的改善。