該文把模糊控制算法和PID控制算法有機(jī)的結(jié)合起來，形成了模糊PID控制算法,。該算法具有很強(qiáng)的自適應(yīng)性,，它能夠根據(jù)外界條件的變化自動(dòng)修正PID的控制參數(shù)。
1　設(shè)計(jì)思想　　

其中：u（k）為第k次控制時(shí)控制器的輸出,；
ec（k）為第k次控制時(shí)的偏差變化,；
Kp（k）為第k次控制時(shí)控制器的比例系數(shù)；
Ki（k）為第k次控制時(shí)控制器的積分系數(shù),；
　　 d（k）為第k次控制時(shí)控制器的微分系數(shù),；
u（k－1）為第k－1次控制時(shí)控制器的積分累和量，即
2　模糊PID控制器　　



　　如圖2—1所示,，模糊PID控制共包括參數(shù)模糊化,、模糊規(guī)則推理、參數(shù)解模糊,、PID控制器等幾個(gè)重要組成部分,。計(jì)算機(jī)根據(jù)所設(shè)定的輸入sp和反饋信號(hào)，計(jì)算實(shí)際位置和理論位置的偏差e（k）以及當(dāng)前的偏差變化ec（k）,，根據(jù)模糊規(guī)則進(jìn)行模糊推理,，接著對(duì)模糊參數(shù)進(jìn)行解模糊，輸出PID控制器的比例,、積分,、微分系數(shù)。此外,，為了彌補(bǔ)一般模糊控制分檔造成的階梯變化,，系統(tǒng)中解模糊輸出的并非控制器的實(shí)際參數(shù)，而是控制器參數(shù)的修正量,?？刂破鞯膶?shí)際參數(shù)為dKd0。其中Cp,、Ci,、Cd分別為比例修正系數(shù),、積分修正系數(shù)和微分修正系數(shù)。Kp0,、Ki0,、Kd0稱為控制參數(shù)初值，它們由用戶設(shè)定,，因此,，用戶可以對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行宏觀調(diào)節(jié)，這在一定程度上可以彌補(bǔ)模糊推理在進(jìn)行簡化時(shí)忽略參數(shù)之間耦合關(guān)系所造成的誤差,。增強(qiáng)了系統(tǒng)的魯棒性,。
　　根據(jù)PID控制的基本特性，在不同的e（k）和ec（k）時(shí),，對(duì)Kp,、Ki、Kd的要求也不同：
　?。?）當(dāng)｜e（k）｜很大時(shí),，要盡快消除偏差，提高響應(yīng)速度,，Kp應(yīng)該取大一些,。為了避免出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象，Ki,、Kd最好為零,。
　　（2）當(dāng)偏差較小時(shí),，為繼續(xù)消除偏差并防止超調(diào)過大,，產(chǎn)生振蕩，Kp應(yīng)減小,，Ki可取較小值,。Kd的值視｜ec（k）｜而定。
　?。?）當(dāng)e（k）與ec（k）同號(hào)時(shí),，被控量朝著偏離給定值的方向變化；而e（k）與ec（k）異號(hào)時(shí)被控量朝著接近給定值的方向變化,。因此,，當(dāng)被控量接近給定值時(shí)，反號(hào)的比例作用阻礙積分作用,，因而避免了積分超調(diào)及隨之帶來的振蕩,，但被控量遠(yuǎn)未接近給定值并向給定值變化時(shí)，則由于這兩項(xiàng)反向，將會(huì)減慢控制過程,。在e（k）較大,，ec（k）為負(fù)值時(shí)，Kp取負(fù)值,，這樣可以加快控制的動(dòng)態(tài)過程,。
　　（4）當(dāng)ec（k）很大時(shí),，Kp應(yīng)該取小值,，Ki取值應(yīng)大些，反之亦然,。
　　（5）微分環(huán)節(jié)主要用來控制偏差變化ec（k）,，減小超調(diào),，克服振蕩，在多電機(jī)同步控制系統(tǒng)中,，不希望速度發(fā)生快速變化,，而且系統(tǒng)超調(diào)一般不會(huì)太大，所以在具體設(shè)計(jì)中并沒有對(duì)微分系數(shù)進(jìn)行模糊控制,，即Kd＝Kd0,、Cd＝1。
　　根據(jù)以上分析,，把e（k）,、ec（k）和Cp的論域分為15個(gè)等級(jí)，分別記作－7,，－6,，－5，－4,，－3,，…，＋6,，＋7,；把語言變量e（k）、ec（k）和Cp的取值分為“負(fù)大（NL）”,、“負(fù)中（NM）”,、“負(fù)小（NS）”,、“正大（PL）”,、“正中（PM）、“正小（PS）和“零（Z）”等7個(gè)語言值,。隸屬函數(shù)根據(jù)上述規(guī)則和經(jīng)驗(yàn)由主觀確定,，推理規(guī)則采用“IFAANDBTHENC”的形式，模糊關(guān)系表示為：pk為第k條規(guī)則對(duì)應(yīng)的模糊關(guān)系矩陣,；Mek為第k條規(guī)則中偏差取值的模糊向量,；Meck為第k條規(guī)則中偏差變化取值的模糊向量；,，積分修正系數(shù)的計(jì)算過程與此類似,，不再贅述。最后根據(jù)修正系數(shù)計(jì)算出實(shí)際的PID控制參數(shù),，并運(yùn)用到控制系統(tǒng)中去,，使整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行,。
3　多電機(jī)同步控制的基本方案　　



g為系統(tǒng)所設(shè)定的主令電機(jī)速度,。n1、n2和n3為3臺(tái)電機(jī)的輸出速度,，采用上述模糊PID控制的原理對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié),，可使各電機(jī)的運(yùn)行速度都快速穩(wěn)定地向主令速度值靠攏。
　　同步控制裝置采用89C51單片機(jī)作為主機(jī),，以可逆計(jì)數(shù)器193作為相頻鑒別器,。可逆計(jì)數(shù)器的作用是對(duì)參考信號(hào)的脈沖進(jìn)行加／減計(jì)數(shù),。由于脈沖數(shù)是脈沖信號(hào)頻率對(duì)時(shí)間的積分,，因此，當(dāng)可逆計(jì)數(shù)器輸出為常數(shù)時(shí),，兩信號(hào)的頻率相等,。系統(tǒng)的宏觀調(diào)控由上位機(jī)通過通訊控制器進(jìn)行設(shè)定，協(xié)調(diào)則由計(jì)數(shù)器鑒頻電路利用模糊PID控制算法進(jìn)行控制,。具體的硬件電路［1］主要包括：傳感器計(jì)數(shù)和方向脈沖產(chǎn)生及定寬電路,、脈沖前沿錯(cuò)開電路、可逆計(jì)數(shù)器鑒頻電路,、數(shù)字PWM產(chǎn)生電路以及功率放大器驅(qū)動(dòng)電路,。其中：脈沖產(chǎn)生定寬電路可以使計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)脈沖的寬度保持相同；脈沖前沿錯(cuò)開電路是為了防止可逆計(jì)數(shù)器的加／減脈沖同時(shí)到來,，影響計(jì)數(shù)器的正常工作,。
4　模糊PID在多電機(jī)同步控制中的應(yīng)用　　



　　針對(duì)以上系統(tǒng)進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)。首先,，測(cè)試了在外界負(fù)載不變的情況下,，系統(tǒng)對(duì)不同主令速度的響應(yīng)能力。實(shí)驗(yàn)曲線如圖4—1所示。粗實(shí)線為所設(shè)定的主令速度,，細(xì)實(shí)線為在一般PID控制器控制的情況下,，某電機(jī)的速度響應(yīng)曲線。較粗實(shí)線為在模糊PID控制器控制的情況下,，同一電機(jī)的速度響應(yīng)曲線,。
　　其次，圖4—2給出的是系統(tǒng)主令速度不變,，在有階躍響應(yīng)的作用以及電機(jī)所帶負(fù)載不同時(shí),，兩種控制器對(duì)電機(jī)的不同控制效果。其中圖4—2a是模糊PID控制器的控制效果,；圖4—2b是一般PID控制器的控制效果,。（細(xì)實(shí)線為電機(jī)滿載時(shí)的曲線，粗實(shí)線為電機(jī)半載時(shí)的曲線）
5　結(jié)　論　　
　　模糊PID控制器在多電機(jī)同步控制裝置中的應(yīng)用大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的魯棒性,，提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力,，該裝置已經(jīng)在山東魯能承壓部件檢測(cè)機(jī)器人中得到應(yīng)用，幾個(gè)月來,，運(yùn)行情況穩(wěn)定，控制效果良好,。

［參考文獻(xiàn)］
［2］　徐　軍,，李彥明，等．承壓管道檢測(cè)機(jī)器人中多電機(jī)同步控制裝置的研究［J］．機(jī)電工程．
［3］　J．P．M．M．Lamego,，C．Dalvi．A Numerical－Based Fuzzy PIDController Applied To ADCDrive［J］．IEEE．
［4］　C．M．Lim．Implementation and experimentalstudy ofafuzzy logic controller for DCmotors Computers in　　Industry［J］．1995（26）：93－96．
［5］　尤　強(qiáng),，等．基于模糊PID控制的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器［J］．計(jì)量技術(shù)，2001（5）．
［6］　郭云林,，等．兼?zhèn)淠：刂婆cPID調(diào)節(jié)的單片機(jī)液位控制系統(tǒng)［J］．電子技術(shù)應(yīng)用,，1997（11）．
［7］　葉云岳，等．直線電機(jī)的PID控制與模糊控制［J］．電工技術(shù)學(xué)報(bào),，第16卷第3期．
［8］　劉金凌,，等．直線電機(jī)伺服系統(tǒng)的模糊推理自校正PID控制［J］．清華大學(xué)學(xué)報(bào)，1998（38）．
［9］　模糊PID控制器用于直流電機(jī)的控制［J］．哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào),，1997,，10（2）．