模糊pid控制儀及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及自動化控制領(lǐng)域，具體說的是一種結(jié)合模糊算法以及PID算法的模糊PID控制儀及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]PID控制儀廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化控制領(lǐng)域，主要用于完成工業(yè)環(huán)境下對采集的 物理量信號如溫度、壓力、液位、流量等實現(xiàn)定點(diǎn)控制，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工經(jīng)驗值判斷與調(diào)節(jié) 生產(chǎn)工藝，解決人工經(jīng)驗值判斷不準(zhǔn)確，控制效果不理想等問題。一般的PID控制儀主要包 括：采集模塊、ADC、MCU、顯示模塊、輸出控制模塊，通過采集模塊以及ADC完成對工業(yè)信號 的采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過MCU內(nèi)的程序算法完成PID數(shù)學(xué)運(yùn)算，MCU再將運(yùn)算結(jié)果通過輸出 控制模塊輸出到工業(yè)現(xiàn)場各伺服機(jī)構(gòu)完成控制輸出?，F(xiàn)有技術(shù)的PID控制儀雖然能夠?qū)崿F(xiàn) 定點(diǎn)控制，但針對控制精度要求高或復(fù)雜工況環(huán)境其控制效果不理想，易出現(xiàn)超調(diào)、欠調(diào)等 情況。
[0003] 申請?zhí)枮?01410454977. 0,名稱為《一種模糊PID控制的膠囊溶膠罐控制方法》的 專利申請，公開了獲取液位實時值后，與液位設(shè)定值比較計算液位偏差e與偏差的導(dǎo)數(shù)值 ec，將e和ec作為模糊PID控制器的輸入，通過模糊化、模糊推理、去模糊化獲得PID參數(shù) 的修正值。
[0004] 上述方案的PID控制技術(shù)只運(yùn)用了模糊算法來獲取PID參數(shù)的修正值，這種只運(yùn) 用模糊算法的調(diào)控方式雖然能夠快速的使被控對象達(dá)到預(yù)期設(shè)定值，響應(yīng)速度快，但是其 超調(diào)大、控制誤差大、精度低；而現(xiàn)有的另一種PID控制技術(shù)只運(yùn)用PID算法來獲取PID參 數(shù)的修正值，雖然精度提高，誤差較小，超調(diào)較小，但是其響應(yīng)速度緩慢，影響自動化控制的 效率；進(jìn)一步的，上述兩種PID控制方式都只適用于較為穩(wěn)定的工況環(huán)境，對于一些參數(shù)多 變，如由于經(jīng)常開關(guān)設(shè)備而導(dǎo)致溫度、壓力、液位等參數(shù)將不斷變動的復(fù)雜工況環(huán)境，其操 控效率低，穩(wěn)定周期長，控制效果不理想。
[0005] 因此，有必要提供一種能夠同時解決上述問題的模糊PID控制儀及控制方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種模糊PID控制儀及控制方法，不僅響應(yīng) 速度快，不易超調(diào)、欠調(diào)，而且控制精度高，穩(wěn)定周期短，能夠更好適用于復(fù)雜工況環(huán)境。
[0007] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0008] 模糊PID控制方法，包括：
[0009] 獲取實時采樣值；依據(jù)實時采樣值和設(shè)定值計算獲取實際偏差EPC，依據(jù)預(yù)設(shè)的 比例增益P計算獲取偏差范圍EP;
[0010] 實際偏差EPC在偏差范圍EP外，則運(yùn)用模糊控制算法修正預(yù)設(shè)的PID參數(shù)，直至 實際偏差EPC在偏差范圍EP內(nèi)；
[0011] 實際偏差EPC在偏差范圍EP內(nèi)，則運(yùn)用PID算法計算獲取控制輸出值。
[0012] 本發(fā)明提供的另一個技術(shù)方案為：
[0013] 模糊PID控制儀，包括：
[0014] 獲取模塊，用于獲取實時采樣值；
[0015] 第一計算模塊，用于依據(jù)實時采樣值和設(shè)定值計算獲取實際偏差EPC;
[0016] 第二計算模塊，用于依據(jù)預(yù)設(shè)的比例增益P計算獲取偏差范圍EP;
[0017] 模糊控制修正模塊，用于實際偏差EPC在偏差范圍EP外，則運(yùn)用模糊控制算法修 正預(yù)設(shè)的PID參數(shù)，直至實際偏差EPC在偏差范圍EP內(nèi)；
[0018]PID控制輸出模塊，用于實際偏差EPC在偏差范圍EP內(nèi)，則運(yùn)用PID算法計算獲取 控制輸出值。
[0019] 本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明將判斷實際偏差EPC是否在偏差范圍EP內(nèi)，若是， 則直接采用PID算法獲取所需的控制輸出值；若不是，則采用模糊控制算法動態(tài)的修正PID 參數(shù)，進(jìn)而遞進(jìn)地改變實時采樣值和實際偏差EPC;以動態(tài)修正的過程使實際偏差EPC落入 偏差范圍EP內(nèi)之后，再結(jié)合PID算法穩(wěn)定輸出控制輸出值。本發(fā)明實現(xiàn)了模糊算法動態(tài)調(diào) 控PID參數(shù)和實際偏差EPC，顯著提高響應(yīng)速度；同時，又能通過PID算法降低快速響應(yīng)導(dǎo) 致的超調(diào)問題，確保控制的精度；進(jìn)一步的，由于融入了模糊控制算法，因此縮短了穩(wěn)定周 期，能夠更好的適用實時采樣值多變的復(fù)雜工況環(huán)境，顯著提高自動控制的效率以及控制 效果。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明模糊PID控制方法的流程示意圖；
[0021 ] 圖2為本發(fā)明模糊PID控制方法實施例三的流程示意圖；
[0022] 圖3為本發(fā)明模糊PID控制方法實施例四的流程示意圖；
[0023] 標(biāo)號說明：
[0024]丨、獲取模塊；2、第一計算模塊；3、第二計算模塊；
[0025] 4、模糊控制修正模塊；5、PID控制輸出模塊；6、預(yù)設(shè)模塊；7、判斷模塊；
[0026] 8、采樣值處理模塊；9、數(shù)據(jù)采集模塊；10、按鍵顯示模塊；
[0027] 11、MCU;12、ADC;13、控制輸出模塊；14、數(shù)據(jù)存儲模塊。
【具體實施方式】
[0028] 為詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、所實現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實施方式并配合附 圖予以說明。
[0029] 本發(fā)明最關(guān)鍵的構(gòu)思在于：若實際偏差在偏差范圍外，則運(yùn)用模糊控制算法動態(tài) 修正PID參數(shù)，控制實際偏差在偏差范圍內(nèi)，再結(jié)合PID算法輸出控制輸出值；實現(xiàn)在快速 響應(yīng)自動控制的前提下，減少超調(diào)和穩(wěn)定周期，同時保證控制的精度。
[0030] 本發(fā)明涉及的技術(shù)術(shù)語解釋：
[0031]
[0033] 請參照圖1和圖2,本發(fā)明提供模糊PID控制方法，包括：
[0034] 獲取實時采樣值；依據(jù)實時采樣值和設(shè)定值計算獲取實際偏差EPC，依據(jù)預(yù)設(shè)的 比例增益P計算獲取偏差范圍EP;
[0035] 實際偏差EPC在偏差范圍EP外，則運(yùn)用模糊控制算法修正預(yù)設(shè)的PID參數(shù)，直至 實際偏差EPC在偏差范圍EP內(nèi)；
[0036] 實際偏差EPC在偏差范圍EP內(nèi)，則運(yùn)用PID算法計算獲取控制輸出值。
[0037] 從上述描述可知，本發(fā)明的有益效果在于：通過動態(tài)調(diào)控過程的模糊控制算法和 穩(wěn)定調(diào)控過程的PID算法相結(jié)合的方式，解決現(xiàn)有單一調(diào)控過程響應(yīng)速度快則易超調(diào)、控 制誤差大，響應(yīng)速度慢則易欠調(diào)、穩(wěn)定周期長，且都難以適用實時采樣值多變的復(fù)雜工況環(huán) 境的問題；實現(xiàn)自動化定點(diǎn)控制，既加快被測量上升的速度又同時減少被測量快速上升后 產(chǎn)生的超調(diào)，解決了以往被測量上升快但超調(diào)也比較大或者超調(diào)小但被測量上升速度慢的 缺點(diǎn)；顯著提高響應(yīng)速度的同時，又能確?？刂菩Ч_(dá)到最佳狀態(tài)，具備較高的控制精度。
[0038] 進(jìn)一步的，所述計算獲取偏實際偏差EPC和計算獲取偏差范圍EP之前，進(jìn)一步包 括：
[0039] 預(yù)設(shè)所述設(shè)定值，以及包括比例增益P、積分時間I和微分時間D的PID參數(shù)。
[0040] 進(jìn)一步的，計算獲取實際偏差EPC和計算獲取偏差范圍EP之后，進(jìn)一步包括：
[0041] 判斷實際偏差EPC是否落在偏差范圍EP外，得到判斷結(jié)果；
[0042] 若判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行所述運(yùn)用模糊控制算法修正預(yù)設(shè)的PID參數(shù)，然后返回 繼續(xù)所述判斷步驟；
[0043] 若判斷結(jié)果為否，則執(zhí)行所述運(yùn)用PID算法計算獲取控制輸出值的步驟。
[0044] 由上述描述可知，本發(fā)明實現(xiàn)了使用模糊控制算法動態(tài)控制實際偏差EPC穩(wěn)定在 偏差范圍內(nèi)之后，再結(jié)合PID算法通過穩(wěn)定的運(yùn)算輸出控制信號；通過二者的結(jié)合實現(xiàn)了 響應(yīng)速度、控制精度以及控制效果三者的平衡。
[0045] 進(jìn)一步的，所述運(yùn)用模糊控制算法修正預(yù)設(shè)的PID參數(shù)，直至實際偏差EPC在偏差 范圍EP內(nèi)具體為：
[0046] 依據(jù)采樣周期內(nèi)最后一次采樣的實際偏差EPC1、第一次采樣的實際偏差EPC0,以 及平均的實際偏差EPC3計算獲取實際偏差變化率EC。
[0047] 依據(jù)實際偏差EPC、實際偏差變化率EC和預(yù)設(shè)的PID參數(shù)之間的模糊關(guān)系，調(diào)整 PID參數(shù)；
[0048] 檢測實際偏差EPC和偏差范圍EP，直至實際偏差EPC在偏差范圍EP內(nèi)。
[0049] 由上述描述可知，本發(fā)明依據(jù)PID參數(shù)的變化將影響實時采樣值的變化，而實時 采樣值的變化將影響實際偏差EPC變化的規(guī)律，通過模糊控制算法動態(tài)地修正PID參數(shù)，實 現(xiàn)對實際偏差E