目前常用的模糊控制算法，體現(xiàn)了按誤差的大小自動(dòng)調(diào)整誤差對(duì)控制作用的權(quán)重，符合人在控制決策過(guò)程中的思維特點(diǎn)。但該法在調(diào)整α?xí)r并沒(méi)有考慮誤差變化EC的影響，而在系統(tǒng)的各個(gè)運(yùn)行階段，EC對(duì)控制性能具有不同的影響，因此該方法具有一定的局限性。例如：當(dāng)E很小時(shí)，按該法調(diào)整α也應(yīng)很小，這時(shí)控制作用主要取決于EC，EC若也很小，則控制作用微弱，從而使系統(tǒng)響應(yīng)保持一定的誤差。雖然運(yùn)用PI模糊控制能減小靜差，但是這種減小的過(guò)程有時(shí)是非常緩慢的；這時(shí)若加大α則可使誤差較快趨于0，控制效果反而更好。所以，誤差小時(shí)，α小不一定是的。

　　該文把模糊控制算法和PID控制算法有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，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，按偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）進(jìn)行控制的PID控制器（亦稱PID調(diào)節(jié)器）是應(yīng)用為廣泛的一種自動(dòng)控制器。它具有原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，適用面廣，控制參數(shù)相互獨(dú)立，參數(shù)的選定比較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；而且在理論上可以證明，對(duì)于過(guò)程控制的典型對(duì)象──“一階滯后＋純滯后”與“二階滯后＋純滯后”的控制對(duì)象，PID控制器是一種控制。

　　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：模糊控制理論發(fā)展至今，模糊推論的方法大致可分為三種，種推論法是依據(jù)模糊關(guān)系的合成法則，第二種推論法是依據(jù)模糊邏輯的推論法簡(jiǎn)化而成，第三種推論法和種相類似，只是其后件部分改由一般的線性式組成的。模糊推論大都采三段論法，

　　（1）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為零。

　?。?）當(dāng)偏差較小時(shí)，為繼續(xù)消除偏差并防止超調(diào)過(guò)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(lái)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(guò)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(guò)程。

　?。?）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。

　?。?）微分環(huán)節(jié)主要用來(lái)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(méi)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(yǔ)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?。≒S）和“零（Z）”等7個(gè)語(yǔ)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(guò)程與此類似。

　　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?？赡嬗?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(guò)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，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。

　　4　模糊PID在多電機(jī)同步控制中的應(yīng)用

　　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(lái)，運(yùn)行情況穩(wěn)定，控制效果良好。