工業(yè)自動化中廣泛采用的PID控制，對于非線性，大時(shí)滯，強(qiáng)耦合等被控對象控制效果并不理想，也就是說，PID控制器對不同的對象要用不同的參數(shù)，而且調(diào)整不方便，抗干擾能力差，超調(diào)量大；模糊控制的局限性在于它的控制作用只能按擋處理，是一種非線性控制，控制精度不高，存在靜態(tài)誤差，一般在語言變量偏差趨于零時(shí)有振蕩。這樣，將PID控制的優(yōu)點(diǎn)(控制精度高) 和模糊控制的優(yōu)勢(不依賴于被控對象的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)算法簡單，易于實(shí)現(xiàn)，能夠直接從操作者的經(jīng)驗(yàn)歸納，優(yōu)化而得到，且適應(yīng)能力好，抗干擾能力強(qiáng)，魯棒性好) 相結(jié)合，組成一種復(fù)合控制器，即模糊PID控制器。實(shí)驗(yàn)證明在高速伺服系統(tǒng)中取得了良好的效果。

    一、模糊PID控制原理

    1. PID參數(shù)Fuzzy自整定控制原理

    PID參數(shù)Fuzzy自整定控制是利用模糊控制器對PID控制器進(jìn)行參數(shù)的在線自整定。其過程是：先找出PID三參數(shù)和誤差與誤差變化率之間的模糊關(guān)系，在運(yùn)行中通過不斷檢測誤差和誤差變化，再根據(jù)模糊控制原理對上述三參數(shù)進(jìn)行在線修改，以滿足不同誤差和誤差變化時(shí)對控制器參數(shù)的不同要求。常規(guī)PID控制算法為：

式中，ΣE(k)=E(k)+E(k-1)和EC(k)=E(k)-E(k-1) (k=0，1，2)……分別為其輸入變量偏差與偏差變化，kp，ki及kd分別為表征其比例，積分及微分作用的參數(shù)。Fuzzy自整定PID參數(shù)控制器是一種在常規(guī)PID控制器的基礎(chǔ)上，應(yīng)用Fuzzy集合理論建立參數(shù)kp，ki與kd同偏差絕對值|E|和偏差變化絕對值|EC|間的二元連續(xù)函數(shù)關(guān)系：

并根據(jù)不同的|E|，|EC|在線自整參數(shù)kp，ki與kd 的Fuzzy控制器。

圖1 PID參數(shù)Fuzzy自整定控制原理

    2. PID參數(shù)Fuzzy整定策略

    一般情況下，在不同|E|，|EC|下被控過程對參數(shù)kp，ki與kd的自整定要求可歸結(jié)為：

    當(dāng)|E|較大時(shí)，為使系統(tǒng)具有良好的快速跟蹤性能，避免因E瞬間變化大而引起微分飽和，應(yīng)取較大的kp與較小的kd。為避免系統(tǒng)響應(yīng)出現(xiàn)較大的超調(diào)，應(yīng)對積分作用加以限制，通常取ki= 0；根據(jù)實(shí)際情況也可直接采取P控制。

    當(dāng)|E|處于中等大小時(shí)，為了減小系統(tǒng)的超調(diào)同時(shí)保證系統(tǒng)的響應(yīng)速度，kp應(yīng)取得小些；ki的取值要適當(dāng)；在這種情況下，kd的取值對系統(tǒng)響應(yīng)的影響較大，一般取值經(jīng)驗(yàn)為：|EC|較大時(shí)，kd可取稍??；|EC|較小時(shí)，kd可取稍大。實(shí)際中也可直接采用PD控制。

    當(dāng)|E|較小時(shí)，為使系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)態(tài)性能，提高系統(tǒng)的抗干擾性，避免系統(tǒng)振蕩，kp與ki均應(yīng)取得大些。同時(shí)為避免系統(tǒng)在設(shè)定值附近出現(xiàn)振蕩，kd值的選擇很關(guān)鍵，可根據(jù)|EC|來決定，當(dāng)|EC|較大時(shí)，kd可取稍?。粅EC|較小時(shí)，kd可取稍大。

    二、P-FUZZY- PI多模多段控制器

    P-FUZZY- PI多模多段控制器是根據(jù)不同的條件和要求分段用不同模式進(jìn)行控制，即當(dāng)誤差大于某一閥值時(shí)，用比例控制，以提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，加快響應(yīng)過程；當(dāng)誤差小于某一閥值時(shí)，切換轉(zhuǎn)入模糊控制，以提高系統(tǒng)的阻尼特性，減小響應(yīng)