串级PID控制在加热炉温度控制系统中的应用研究.doc

CHANGZHOU   INSTITUTE   OF   TECHNOLOGY毕 业 设 计 说 明 书题目:串级PID控制在加热炉温度控制系统中的应用研究二级学院：      电子信息与电气工程学院                            专    业：   自动化         班级:   09自二     学生姓名：   李志刚          学号：  09020518   指导教师:   张燕红          职称：    讲师          评阅教师：             职称：               2013   年  6  月摘要在工业控制中，温度控制是十分重要的课题，对于不同的控制对象，有着不同的控制方式和模式。由于温度系统有滞后现象严重、惯性大的特点，所以难以建立精确的数学模型，这给控制过程带来了很大的难题。为了有效的解决这一难题，本文将以加热炉作为研究对象，来研究一种最佳的控制方案，从而达到系统稳定、超调量小、调节时间短的性能指标。本文深入研究了加热炉可采用的控制方案，其中串级PID控制系统是由模糊PID控制器和经典PID控制器串级组成.温度PID控制器的原理是将温度偏差的比例、积分和微分通过线性组合来构成控制量,从而对被控对象进行控制,参数的调节是PID控制的重点，其作为串级控制的副回路最大的优点是能够有效的抗干扰。模糊PID控制研究了模糊控制的机理，确定了加热炉模糊控制器的结构，通过分析加热炉温升的特点，建立了模糊控制规则表。借助matlab中的Simulink和Fuzzy工具箱，仿真分析了加热炉PID控制系统和串级PID控制系统。结果表明当采用PID算法时，系统的调节时间为9s，超调量为58,上升时间为3s,振荡了5次,而采用串级PID控制算法时,系统的调节时间为3s，是PID控制算法的1/3，超调量为25,是PID控制算法的1/2,上升时间为1s，是PID控制算法的1/3,振荡次数为1次,能够较为平稳的进入稳态,能够满足技术要求.因此，模糊PID控制器和经典PID控制器串级而成的串级PID控制系统能够满足工业技术要求，是一种良好的温度控制方法。关键词：温度控制；串级PID控制；参数整定；仿真AbstractTemperature control is a very important topic in industrial control， for different controlled objects， it has the different control modes and patterns. As temperature systems with hysteresis， largeinertia  characteristics， it is difficult to establish accurate mathematical model， this bring very great difficulty to control process。 In order to effectively solve this problem, heating furnace will be selected as the research object， to study an optimal control scheme， so as to achieve system stability, lessovershoot， short adjusting time of performance metrics。文档为个人收集整理，来源于网络本文为互联网收集，请勿用作商业用途This paper deeply studies the control scheme used in heating furnace， the cascade PID control system control scheme is consist of a classic PID controller and a fuzzy PID controller。 Temperature PID controller is the principle of the temperature deviation of the proportional， integral and differential through the linear combination to form control, thus to control the controlled object， the adjustment of the parameters is the key of the PID control.,As vice President of cascade control loop，its biggest advantage is able to anti-interference effectively.Fuzzy PID control mechanism of fuzzy control is studied to determine the structure of heating furnace fuzzy controller， through the analysis of the characteristic of furnace temperature, fuzzy control rule table was established.个人收集整理,勿做商业用途文档为个人收集整理，来源于网络Using Simulink and Fuzzy toolbox of matlab, the simulation analysize the heating furnace of PID control system and cascade PID control system. Results show that when using the PID algorithm,the adjustment time of the system is 9 s,overshoot as 78, rise time as 3 s， oscillation for three times， and when adopts the cascade PID control algorithm, the regulation time of the system is 3 s，it is a third of the PID control algorithm,overshoot is 25， rise time is 1s and it is the 1/3 of the PID control algorithm， the oscillation frequency is 1 times，it is able to get into the steady state more smoothly and it can satisfy the technical requirements。 As a result， the cascade PID controller which is consisted of fuzzy PID controller and classical PID controller can meet the technological requirements,which is a good temperature control method.个人收集整理，勿做商业用途文档为个人收集整理，来源于网络Keywords : temperature control； The cascade PID control; Parameters setting; The simulation目录第1章 绪论11。1课题来源及背景11。2国内外研究现状11。3课题研究的目的及意义21.4课题研究的内容21.5本章小结2第2章 串级控制算法32。1串级控制工作原理32.2串级控制的实现52.3控制系统中副回路的设计72。4控制系统调节器的选型和参数整定82。5本章小结8第3章 主回路的设计93。1 模糊逻辑与模糊控制的概念93。1.1模糊控制相关概念93.1。2 模糊控制的优点93。2模糊控制器的基本结构与工作原理103。3 模糊控制器各部分组成103.3.1 模糊化接口103.3.2 知识库113.3。3 模糊推理机113。3.4 解模糊接口113.4 模糊PID控制器组织结构和算法的确定113。5 模糊PID控制器模糊部分设计123。5。1 定义输入、输出模糊集并确定个数类别123。5.2 确定输入输出变量的实际论域123。5。3 定义输入、输出的隶属函数123。5.4 确定相关模糊规则并建立模糊控制规则表143.5。5 模糊推理153。6本章小结16第4章 副回路的设计174.1PID的算法和参数174。1。1 位移式PID算法174。1。2 增量式PID算法184。1.3 积分分离PID算法184。1.4 不完全微分PID算法194.2 PID控制原理204。3 PID控制器的选择214.4 PID控制器的参数整定214。5 本章小结22第5章  串级PID控制器的MATLAB仿真235.1 模糊控制部分的fuzzy inference system仿真235.1.1 定义输入输出变量并命名23I5。1。2 编辑隶属函数235.1.3 编辑模糊规则库245。2 对模糊控制器的SIMULINK建模255。2.1 将模糊系统载入SIMULINK255.2。2 在SIMULINK中建立模糊子系统255。3 PID部分的SIMULINK建模265.4 模糊PID控制器的SIMULINK建模265。5 利用子系统对控制系统进行SIMULINK建模275.6 串级PID控制系统的SIMULINK仿真研究285。7本章小结29第6章  结论31参考文献32致谢34 II第1章 绪论1.1课题来源及背景随着越来越多的新型自动控制系统在实践中得到的应用，它控制理论的发展也经历了三个阶段，首先是经典控制理论,然后是现代控制理论，最后是智能控制理论。模糊自动洗衣机是智能控制的典型实例.自动控制系统可以分为闭环控制系统和开环控制系统.传感器、变送器、控制器、输入输出接口和执行机构组成了一个控制系统。控制器的输出经过执行机构、输出接口加到被控系统上；控制系统的被控量经变送器、传感器通过输入接口送到控制器.不一样的控制系统，变送器、执行机构和传感器是不同的。比如电加热控制系统要采用温度传感器，压力控制系统要采用压力传感器。在工业的生产过程中，控制的对象是各种各样的，温度是科学实验和生产过程中普遍而且重要的物理参数之一。在生产的过程中，必须有效控制它的一些主要参数，如压力、温度、流量等，从而可以高效的进行生产。在生产的过程中，温度控制占有了相当高的比例，它的关键是测温和控温这两个方面。温度控制的基础是温度测量，技术已经十分成熟。但是在温度的控制方面，因为受控制的对象越来越复杂，使得其中还存在着较多的问题。目前在科学研究的领域中,一个十分重要的课题是如何能够更好地提高控制性能来满足不同系统的控制要求.温度控制一般是指对于某一特定空间的温度进行有效的控制调节,使得其达到工艺过程的要求。本文主要研究的是加热炉温度控制的方法。1。2国内外研究现状目前,控制及其控制器或只能控制器已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有了各种各样的控制器产品，各大公司均开发了具有参数自整定功能的智能调节器（intelligent regulator），其中PID控制器参数的自动调整是由自适应、自校正算法或智能化调整来实现的，有利于PID控制实现的流量、温度、液位、压力控制器，能够实现PID控制功能的可编程控制器（PLC），还有能够实现PID控制的PC系统等等.可编程控制器（PLC)是利用了其闭环控制的模块来实现PID控制的，而可编程控制器（PLC）能够直接与ControlNet相连,如Rockwell的PLC-5等。还有能够实现PID控制功能的控制器,如Rockwell的Logix产品系列，它能够直接与ControlNet相连,利用网络来实现期远程控制功能.随着工业生产的发展，生产过程对自动控制要求日益提高，单回路PID控制虽然具有结构简单、容易实现、控制效果好等特点;但系统往往已经不能满足生产工艺的要求，尤其是在复杂的过程控制工业中显得无能为力。而在常规串级控制系统中,由于串级PID控制系统具备较好的抗干扰能力、快速性、适应性和控制质量，对改善控制品质有独到之处,因而在生产过程控制中，应用变得越来越广泛。1。3课题研究的目的及意义加热炉是炼油、化工生产中的重要装置之一.它的任务是把原料油加热到一定温度，以保证下道工序的顺利进行。因此加热炉的温度控制起着举足轻重的作用,直接关系到产量，能源，污染，工人的的劳动强度等等。由于常规PID控制具有稳定性好、可靠性高、控制方法简单的优点和存在抗干扰能力差、超调量大、参数调整不方便的缺点，而模糊控制具有无需知道被控对象的数学模型、易于对非线性系统或不确定系统进行控制、对被控对象的参数变化有较强的鲁棒性、对外界的干扰有较强的抑制能力的优点，为此我们将两者结合起来，设计一套以串级控制为基础的加热炉串级控制系统，这对提高工业产能具有相当积极的意义。1.4课题研究的内容                 该课题以模糊PID控制为主回路，以PID控制为副回路，加入一定的扰动，设计出一种串级PID控制，实现对加热炉温度的有效控制,仿真结果表明,跟常规PID控制温度的效果相比，串级PID控制具有更好的抗干扰性，能够实现更好的控温效果。1.5本章小结本章首先详细介绍了该毕业设计课题的来源及背景,然后介绍了该课题在国内外的研究发展现状，再介绍了该课题研究的目的和意义，最后介绍了该课题研究的内容，提出了一种利用模糊PID控制和PID控制的串级控制来实现对加热炉的温度达到良好控制的方法。1第2章 串级控制算法串级控制是一种复杂的控制系统,顾名思义，即它是由两个各控制器（主环、副环）串联连接组成，一个控制器的输出作为另一个控制器的设定值，每一个回路中都有一个属于自己的调节器和被控对象.2。1串级控制工作原理加热炉是工业生产中得重要装置，它是加热某种介质的最常用的设备，以保证介质加热到一定的温度。加热炉的工艺过程如图21所示，燃料油经过蒸汽雾化后在炉膛中燃烧，被加热介质流过炉膛四周的管路后，被加热到出口温度T1,.燃料油管道上安装了一个调节阀，用来控制燃油流量，以达到调节温度T1的目的。如果燃料油的压力恒定不变，为了维持被加热介质出口温度T1恒定，需测量出口介质的实际温度,用它与温度设计值比较，利用二者的偏差控制燃料油管道上的调节阀.这就是典型的单回路控制,如图2-1(a)所示.当燃料油管道压力恒定时，阀位与燃料油流量成线性关系，一定的阀位对应一定的流量，而控制量的大小与阀位是相对应的，从而可以保证控制量与燃料油量相对应，控制效果好.但当燃料油管道压力随负荷的变化而变化时，阀位与流量不再成单值关系，控制量与流量不再一一对应。管道压力的变化必将引起燃料油流量的变化，随之一起炉膛温度变化，致使被加热介质出口温度T1变化。只有在出口温度发生偏离后才会引起调整，使温度回到给定值。这样,在控制时间上就存在一个滞后，由于控制的不及时,系统很难获得满意的控制质量和精度。实际上，引起炉膛温度变化从而导致被加热介质出口温度变化的扰动因素有多种：例如，燃料油方面的扰动F2，包括燃料油压力和成分；喷油用的过热蒸汽压力波动F3；配风、炉膛漏风和大气温度方面的扰动F4。 T1cT1cTC燃料油被加热油料(a)单回路控制2TC2燃料油被加热油料T2rT1rTT2(b)控制系统结构图图2-1 加热炉温度控制系统显然，如果在上述扰动出现的情况下,扔能保持炉膛温度恒定，那么上述扰动的出现就不会引起被加热介质出口温度的变化，其扰动作用被抑制。能达到这一目的的方案是用炉膛温度T2来控制调节阀,然后再用出口介质温度T1来修正炉膛温度的给定值T2r。控制系统结构图如图21（b）所示,控制系统框图如图2-2所示.主调节器调节器副调节器调节器调节阀炉膛管壁油料T1re1T2T1Tr2e2+-+F2、F3、F4T2+T1F1图2-2 加热炉温度串级控制系统框图-由图2-2可知,控制系统中存在着两个回路,干扰F2、F3和F4出现在了内回路中，它们一旦出现，势必引起炉膛温度变化，这时通过副调节器的及时调节,使炉膛温度回到了设定值，维持不变.这样，干扰F2、F3和F4在内回路中就得到了及时的抑制，不会引起T1变化，从而提高了控制精度。当被加热油料的流量和入口温度（干扰F1)变化时，它讲引起T1变化，这时通过外回路主调节器进行调节,通过修正内回路的给定值，即炉膛温度的给定值来调节。具有这种结构的系统,就称为串级控制系统。一般的串级控制系统的结构框图如图2-3所示。从图中可以看出，串级控制系统有如下的特点：(1）串级控制系统有多种控制方式，包括主控、副控和串级控制等等。其中副控是一种以切除主回路为方式的单回路控制，它的被控变量是副控的变量。而主控是一种以切除副控为方式的单回路控制,它的被控变量是主控的变量.因此，在串级控制系统运行过程中，如果某些部件发生了故障，可以灵活地进行切换,减少对生产过程的影响。（2）进入副回路扰动的影响能够迅速的被克服。因为当扰动进入到副回路后，首先，扰动的影响会被副被控变量检测到,然后通过副回路的定值作用有效的调节操纵变量，使得副被控变量能够回到副的设定值,从而减小了扰动对主被控变量的影响。即副回路的回复是对扰动进行了粗调，而主回路对扰动进行的是细调.所以，进入副回路扰动的影响能够迅速被串级控制系统克服掉，并使得系统的余差能够大大的减小。主调节器调节器副调节器调节器执行机构副对象主对象主参数设 定e1y2y1r2e2-+-+扰动F2u2+扰动F1图2-3 串级系统框图副参数y2副变送器主变送器r1+副参数y12。2串级控制的实现在一般情况下,串级控制系统的算法是从外回路向内依次进行计算的,其计算的步骤如下：（1)计算主回路的偏差,即                               e1（k）=r1(k)-y1（k）                           （2。1）    式中,r1（k)为主回路设定值,上例中为被加热油料的出口温度设定值；y1（k)为主回路的被控参数,上例中为被加热油料的出口温度T1。（2）计算主调节器的输出增量r2(k）。对于普通的PID调节器有：   r2（k)=Kp1e1(k)-e1(k-1）+Ki1e1(k)+KD1e1（k）-2e1(k-1）+e1(k-2)  （2。2）(3)计算主调节器的位置输出，即r2（k)=r2（k-1）+r2(k)   （2。3）式中，r2（k）副回路的设定值，上例中为炉膛温度设定值T2r.（4）计算副回路的偏差，即e2（k)=r2（k）-y2(k)   （2。4）式中,y2(k)为副回路被控参数,上例中为炉膛温度T2。(5）计算副调节器的输出增量u2（k），即u2（k)=Kp2e2(k）e2（k1）+K12e2（k）+KD2e2（k)-2e2（k1）+e2（k-2）      （2.5）式中，u2（k）为作用于执行机构的控制增量。上述算法每个采样周期计算一次，并将副调节器的输出u2(k）送至执行机构，以控制被控对象。串级控制算法程序流程图如图2-4所示。开始采样r1(k)、y1(k)、y2(k)e1(k)=r1(k)-y1(k)e1(k)=e1(k)-e1(k-1)r2(k)=Kp1e1(k)+Ki1e1(k)+KD1e1(k)-e1(k-1)r2(k)=r2(k-1)+r2(k)e2(k)=r2(k)-y2(k)e2(k)=e2(k)-e2(k-1)u2(k)=Kp2e2(k)+K12e2(k)+KD2e2(k)-e2(k-1)e1(k)e1(k-1)  e1(k)e1(k-1)结束e2(k)e2(k-1)  e2(k)e2(k-1)       r2(k)r2(k-1)图24 串级控制流程图2。3控制系统中副回路的设计如果把串级控制系统整个副回路作为一个等效对象来考虑，可以看到主回路与一般单回路控制系统区别不大。但是副回路应怎样设计,副参数应如何选择，是系统设计和实际应用中必须考虑的问题。串级控制系统的特点就是增加了副回路，从结构上看,副回路也是一个单回路单元,问题的实质在于如何从整个对象中选取一部分作为对象，即如何选择副参数。下面给出了副回路设计的几个基本原则。（1)副回路参数选择应该使得副回路的时间常数小，反应灵敏。（2）副回路中应包含被控对象所受到的主要扰动。2。4控制系统调节器的选型和参数整定在串级控制系统中，主调节器和副调节器的任务不同,对于它们的选型即调节规律的选择也有不同考虑.主调节器的任务是确保被控参数符合生产要求，不允许被控参数存在偏差。因此，主调节器都需要具有积分作用，可以采用PI调节器,如果副回路外面的惯性环节比较多，同时如果有主要的扰动落在副回路外面的话,可以考虑到采用PID调节器；副调节器的任务是要快速的动作从而能够迅速抵消落在副回路内的扰动，而且副回路系统一般并不要求无差,所以一般都会选择P调节器，也可以采用PD调节器.如果主、副回路的工作频率相差很大，也可以考虑采用PI调节器。串级控制系统的参数整定一般都先整定副回路，后整定主回路，由内层向外层逐层的进行，两步整定法的整定步骤是:（1）在主回路闭合的情况下，将主调节器的比例系数Kp1设置为1，积分时间Ti1置无穷，微分时间TD1置0,然后，按照通常的PID控制器参数整定方法整定副调节器的参数。（2）把副回路视作是控制系统的一个组成部分，用一般的方法来整定主调节器的参数,使被控参数达到工艺要求。2.5本章小结本章首先详细介绍了串级控制的工作原理，其中主回路的输出作为副回路的输入，然后介绍了串级控制的实现方法，再介绍了控制系统中副回路的设计，最后介绍了控制系统调节器的选型和参数整定方法。34第3章 主回路的设计主回路的设计主要是模糊PID控制器的设计，模糊PID控制器的核心是操作人员手动控制经验总结出的控制规则，经过辨识系统当前的运行状态，通过模糊推理，模糊判决,解模糊过程得到确定的控制量来实现对被控对象的在线控制.3.1 模糊逻辑与模糊控制的概念3.1。1模糊控制相关概念“模糊逻辑"的概念,它的根本在于区分清晰逻辑或布尔逻辑,是用来定义那些含糊不清，无法精确化或量化的问题，对于冯诺依曼开创的基于“真假”推理机制，以及因此而开创的集成电路和电子电路的布尔算法，模糊逻辑补充了特殊的事物在取样分析着方面的空白。在以模糊逻辑为基础的模糊集合理论中,某特定的事物具有特色集的隶属度，它能够在“非”与“是”之间的范围内取到任何值。而模糊逻辑是合理的量化数学理论，是以数学基础为根本去处理这些不精确、不确定的信息。模糊控制是基于模糊逻辑描述的一个过程的控制算法。它是用模糊数学的知识模仿人脑的思维方式，根据模糊现象进行识别和判决，给出精确控制量，进而对被控对象进行控制的。对于参数精确已知的数学模型，我们可以用奈克斯特图或波特图来分析其过程以获得精确的设计参数。而对一些复杂系统,如气象预报等设备和粒子反应，建立一个合理而精确的数学模型是非常困难的。对于电力传动中的变速矢量控制问题，尽管可以通过测量得知其模型,但由于其非线性变化且多变量的特点，精确控制也是非常困难的。模糊控制技术依据与操作者的直观推断和实践经验,也依靠研发人员和设计人员的经验和知识积累.它无需建立设备模型，因此基本上是自适应的，具有很强的鲁棒性。历经多年发展,已有许多成功应用模糊控制理论的案例，如Rutherford、Carter应用于热交换器和冶金炉的控制装置。3。1。2 模糊控制的优点对比常规控制办法，模糊控制有以下几点优势：（1）模糊控制是在操作人员经验控制基础上实现的对系统的控制，不需要建立数学模型，是解决不确定系统的一种有效的途径.（2）模糊控制具有很强的鲁棒性,模糊控制受到被控对象参数变化的影响不明显，可用于时滞、时变、非线性的系统,并能获得优良的控制效果。（3）控制查询表由离散计算得到，从而提高了控制系统的快速性、实时性。（4）控制的机理符合了人们对于过程控制作用的思维逻辑和直观描述，是人工智能的再现，属于智能控制。3。2模糊控制器的基本结构与工作原理模糊控制器有如下结构，其基本控制流程如图31所示。知识库模糊化模糊推理解模糊被控对象图31  模糊控制器控制流程为了了解模糊控制器的工作原理,其结构框图如图3-2所示.知识库模糊化模糊推理解模糊被控对象+-FC图32  模糊控制器结构显然，模糊控制器主要由解模糊接口、模糊推理机、知识库、模糊化接口四部分组成，通过单位负反馈来引入误差，并以此为输入量进行控制动作.3.3 模糊控制器各部分组成3.3.1 模糊化接口模糊化接口接受的输入只有误差信号e(t），由e（t）再生成误差变化率或误差的差分e（t）,模糊化接口主要完成以下两项功能： 论域变换 模糊化 3。3。2 知识库知识库中存储着有关模糊控制器的一切知识，是模糊控制器的核心，它们决定着模糊控制器的性能. 数据库(Data Base)数据库中存储着有关模糊推理、模糊化、解模糊的一切知识,包括输入变量各模糊集合的隶属度函数定义、模糊化中的论域变换方法等,以及解模糊算法、模糊推理算法、输出变量各模糊集合的隶属度函数定义等。 规则库（Rule Base)模糊控制规则集，即以“ifthen”形式表示的模糊条件语句，如R1：If e* is A1, then u is C1，R2:If e* is A2, then u is C2,其中，e就是前面所说的模糊语言变量，A1，A2，,An是et的模糊子集，C1，C2，Cn是u的模糊子集。规则库中的n条规则是并列的，它们之间是“或"的逻辑关系，整个规则集合的总模糊关系为：。3。3.3 模糊推理机模糊控制应用的是广义前向推理.即通过模糊规则对控制决策进行推断，以确定模糊输出子集。3。3.4 解模糊接口 解模糊 论域反变换 3.4 模糊PID控制器组织结构和算法的确定论文中，模糊PID控制器的设计选用二维模糊控制器。即，以给定值的偏差e和偏差变化ec为输入；KP，KD,KI为输出的自适应模糊PID控制器,如图3-3所示.KdKiKp模糊推理参数修正e（t）y(t） PID控制器+r(t)控制系统ec(t）de/dt图3-3  自适应模糊PID控制器其中PID控制器部分采用的是离散PID控制算法，如公式3。1。                                 （3。1）3.5 模糊PID控制器模糊部分设计3。5.1 定义输入、输出模糊集并确定个数类别依据经典PID的控制方法以及模糊PID控制器的控制规律，同时兼顾到控制精度.论文将误差微分(ec）和输入的误差(e）分为7个模糊集:PB（正大），PM(正中），PS（正小)，ZO（零），NS（负小），NM（负中)，NB（负大）。即,模糊子集为e，ec=PB，PM，PS,ZO,NS，NM，NB。将输出的KP,KD,KI也分为7个模糊集：PB（正大），PM（正中)，PS（正小），ZO（零），NS（负小），NM（负中），NB（负大)。即模糊子集为KP，KD,KI=PB,PM，PS,ZO,NS，NM,NB。3.5.2 确定输入输出变量的实际论域根据控制要求，对各个输入、输出变量作如下的划定：e，ec论域：-6，-5，4，3，2，1，0，1，2，3，4，5，6KP，KD，KI论域：-6,5，-4，-3,-2，-1，0，1，2，3，4,5，6应用模糊合成推理PID参数的整定算法,第k个采样时间的整定为式中为经典PID控制器的初始参数。为了便于系统输入、输出参数映射到论域内.根据实验和相关文献，确定模糊化因子为：ke=kec=0.01;解模糊因子为：K1=0.5,K2=K3=0.01。3。5.3 定义输入、输出的隶属函数在确定了误差e、误差微分及控制量的论域和模糊集后，需要的是确定模糊变量的隶属函数，即给模糊变量赋值，然后确定论域内的元素对模糊变量的隶属度。参考输入、输出变量的变化规律，依据第三章中3.5节的相关内容，通过实验、试凑，最终作出如下规定：对于输入量误差（e）、误差微分（ec）都采用高斯型的隶属函数（gaussmf),同时为体现定义的7个模糊子集,图3-4和图35所示。            图34  偏差隶属函数                 图3-5  偏差微分隶属函数对于输出量KP变化量（KP），KD变化量（KD),KI变化量(KI)采用三角形隶属函数（trimf),同时为体现定义的7个模糊子集，如图36,37，3-8所示。        ;图3-6  KP变化量隶属函数 图37  KD变化量隶属函数 图3-8  KI变化量隶属函数3。5。4 确定相关模糊规则并建立模糊控制规则表根据参数KP、KI、KD对系统输出特性的影响情况,可以归纳出系统在被控过程中对于不同的偏差和偏差变化率参数KP、KI、KD的自整定原则:当偏差变化较小的时候，为了使得系统能够具有很好的稳态性能，应增大KP、KI的值,同时为了避免输出的响应会在设定值的附近振荡，以及考虑到系统的抗干扰的能力,应该适当的选取KD。原则是：当偏差变化率比较大时，KD应该取较小的值，通常为中等大小；当偏差变化率比较小时，KD应取大一些。当偏差和变化率是中等的大小的时候，为了保证有适当的响应速度和使得系统响应的超调量减小，KP应该取小一些。在这种情况下系统受KD的取值影响很大，KD应该取小一些,KI的取值要适当。当偏差比较大的时候，为了能够加快系统的响应速度，并防止开始时偏差的瞬间变大可能会引起的微分过饱和而使得控制作用超出了许可范围，应该取比较大的KP和比较小的KD。另外为了防止积分饱和，避免系统响应较大的超调,KI值要小,一般取KI=0。参考以上自整定原则，总结工程设计人员的技术知识和实际操作经验,建立合适的关于e、ec、KP、KD、KI的模糊规则，如：1。If （e is NB) and (ec is NB） then (KP is PB)(KI is NB）（KD is PS)2.If (e is NB) and (ec is NM） then (KP is PB)（KI is NB)(KD is NS）3。If (e is NB） and (ec is NS) then （KP is PM)(KI is NM）(KD is NB）.。.。49.If （e is PB) and (ec is PB） then （KP is NB）（KI is PB）（KD is PB）将以上规则定义成模糊规则控制表，见表31，32,33。表3-1  KP模糊规则表ecKPeNBNMNSZOPSPMPBNBNMNSZOPSPMPBPBPBPMPMPSPSZOPBPBPMPMPSZOZOPMPMPMPSZONSNMPMPSPSZONSNMNMPSPSZONSNSNMNMZOZONSNMNMNMNBZONSNSNMNMNBNB表3-2  KI模糊规则表ecKIeNBNMNSZOPSPMPBNBNMNSZOPSPMPBNBNBNBNMNMZOZONBNBNMNMNSZOZONMNMNSNSZOPSPSNMNSNSZOPSPSPMNSNSZOPSPSPMPMZOZOPSPMPMPBPBZOZOPSPMPBPBPB表33  KD模糊规则表ecKDeNBNMNSZOPSPMPBNBNMNSZOPSPMPBPSPSZOZOZOPBPBNSNSNSNSZONSPMNBNBNMNSZOPSPMNBNMNMNSZOPSPMNBNMNSNSZOPSPSNMNSNSNSZOPSPSPSZOZOZOZOPBPB3.5.5 模糊推理 选择模糊推理方法   权衡PID控制自身的诸多特点.例如，它的控制规则形式符合人们的思维和语言表达的习惯，控制策略能够方便地表达，控制算法简单等。论文中,选用