自调整模糊PID控制算法
摘要：在实际工业过程控制中，许多被控过程机理较复杂，具有
非线性、慢时变、纯滞后等特点，这给其控制带来了极大的困难。
针对这一问题，采用自调整模糊pid控制算法对其进行控制，在传
统pid控制器的基础上加入了模糊推理机制，由于模糊控制无需对
象的精确模型，因此其具有很好的自适应特性，并且能够克服非线
性因素带来的影响，具有较强的鲁棒性。
关键词：pid控制 自调整模糊pid控制 模糊推理机制
引言
pid控制器广泛应用于冶金、机械、热工、化工等工业过程控制中，
对于具有线性特性的确定的被控对象，调试整定好pid控制器参
数 、 、 后，便可投入生产运行，其控制原理与控制技术
已完善成熟，具有结构简单、稳定性能好、可靠性高的特点。
在实际工业过程控制中，由于操作者经验不易精确描述，控制过
程中各种信号量以及评价指标不易定量表示，模糊理论是解决这一
问题的有效途径，所以人们运用模糊数学的基本理论和方法，把规
则的条件、操作用模糊集表示，并把这些模糊控制规则以及有关信
息如评价指标、初始pid参数等作为知识存入计算机知识库中，然
后计算机根据控制系统的实际响应情况即专家系统的输入条件，运
用模糊推理，即可自动实现对参数的最佳调整，这就是自调整模糊
pid控制。
1控制算法
1.1常规pid
常规pid控制器是过程控制中应用最广泛的控制器，它具有结构
简单、稳定性好、可靠性高的特点，其结构如图1所示。它的控制
性能依赖于pid控制器的3个参数以及系统的数学模型，其局限性
是不能在线整定参数，并且对难以建立数学模型、非线性、大滞后
和时变的系统不能进行很好的控制。
pid控制器是一种线性控制器，它根据给定值: 与实际输出值 构成偏差 将偏差比例、积分和微分控制，通
过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，故称pid控制器。
其控制规律为：
其传递函数形式为：
其中， 为比例系数， 为积分时间常数， 为微分时间常数。
1.2自调整模糊pid控制器
采用自调整模糊pid控制，不仅能实现精确控制，而且还具有较
强的适应性，因此可以更有效的实现人的控制策略和经验。
自调整模糊pid控制器结构图如图2所示。自调整模糊pid控制
器以误差 和误差变化 作为输入，可以满足不同时刻的
和 对pid参数自整定的要求。
pid参数模糊自整定是找出pid三个参数与 和 之间的模糊关
系，在运行中通过不断检测 和 ，根据模糊控制原理来对3个
参数进行在线修改，以满足不同 和 时对控制参数的不同要
求，而是被控对象有良好的动、静态性能。
1.2.1模糊控制器规则
本系统的模糊控制器采用的是单变量二维形式，本系统模糊控制
器的输入为偏差 和偏差变化率 ，输出为pid参数的增
量 。
从系统的稳定性、响应速度、超调量和稳态精度等各方面来考虑， 的作用[2]如下：
在偏差较大时，为了尽快地消除偏差影响，提高响应速度，
取值较大， 取较小值；在偏差较小时，为了继续消除偏差影响，
并且防止超调现象过大，产生振荡， 取值要相应减小， 取
值较小；在偏差很小时，为了消除静态误差，克服超调现象，使得
系统尽快稳定， 取值要继续减小， 取值不变或者稍微取大些。
偏差变化 的大小表明偏差变化的速率， 越大时， 取值
越小， 取值越大；反之， 越小时， 取值越大， 取值
越小。
微分作用类似于预见性，它阻止偏差的变化，有助于减小超调，
克服振荡，使系统趋于稳定，加快系统的动作速度，减小调整时间，
改善系统的动态性能。因此，在偏差较大时， 取小值。
模糊控制设计的核心是总结工程设计人员的技术知识和实际操作
经验，建立合适的模糊规则表，得到针对 三个参数分
别整定的模糊控制表[3]。
自调整模糊PID控制算法
摘要：在实际工业过程控制中，许多被控过程机理较复杂，具有
非线性、慢时变、纯滞后等特点，这给其控制带来了极大的困难。
针对这一问题，采用自调整模糊pid控制算法对其进行控制，在传
统pid控制器的基础上加入了模糊推理机制，由于模糊控制无需对
象的精确模型，因此其具有很好的自适应特性，并且能够克服非线
性因素带来的影响，具有较强的鲁棒性。
关键词：pid控制 自调整模糊pid控制 模糊推理机制
引言
pid控制器广泛应用于冶金、机械、热工、化工等工业过程控制中，
对于具有线性特性的确定的被控对象，调试整定好pid控制器参
数 、 、 后，便可投入生产运行，其控制原理与控制技术
已完善成熟，具有结构简单、稳定性能好、可靠性高的特点。
在实际工业过程控制中，由于操作者经验不易精确描述，控制过
程中各种信号量以及评价指标不易定量表示，模糊理论是解决这一
问题的有效途径，所以人们运用模糊数学的基本理论和方法，把规
则的条件、操作用模糊集表示，并把这些模糊控制规则以及有关信
息如评价指标、初始pid参数等作为知识存入计算机知识库中，然
后计算机根据控制系统的实际响应情况即专家系统的输入条件，运
用模糊推理，即可自动实现对参数的最佳调整，这就是自调整模糊
pid控制。
1控制算法
1.1常规pid
常规pid控制器是过程控制中应用最广泛的控制器，它具有结构
简单、稳定性好、可靠性高的特点，其结构如图1所示。它的控制
性能依赖于pid控制器的3个参数以及系统的数学模型，其局限性
是不能在线整定参数，并且对难以建立数学模型、非线性、大滞后
和时变的系统不能进行很好的控制。
pid控制器是一种线性控制器，它根据给定值: 与实际输出值 构成偏差 将偏差比例、积分和微分控制，通
过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，故称pid控制器。
其控制规律为：
其传递函数形式为：
其中， 为比例系数， 为积分时间常数， 为微分时间常数。
1.2自调整模糊pid控制器
采用自调整模糊pid控制，不仅能实现精确控制，而且还具有较
强的适应性，因此可以更有效的实现人的控制策略和经验。
自调整模糊pid控制器结构图如图2所示。自调整模糊pid控制
器以误差 和误差变化 作为输入，可以满足不同时刻的
和 对pid参数自整定的要求。
pid参数模糊自整定是找出pid三个参数与 和 之间的模糊关
系，在运行中通过不断检测 和 ，根据模糊控制原理来对3个
参数进行在线修改，以满足不同 和 时对控制参数的不同要
求，而是被控对象有良好的动、静态性能。
1.2.1模糊控制器规则
本系统的模糊控制器采用的是单变量二维形式，本系统模糊控制
器的输入为偏差 和偏差变化率 ，输出为pid参数的增
量 。
从系统的稳定性、响应速度、超调量和稳态精度等各方面来考虑， 的作用[2]如下：
在偏差较大时，为了尽快地消除偏差影响，提高响应速度，
取值较大， 取较小值；在偏差较小时，为了继续消除偏差影响，
并且防止超调现象过大，产生振荡， 取值要相应减小， 取
值较小；在偏差很小时，为了消除静态误差，克服超调现象，使得
系统尽快稳定， 取值要继续减小， 取值不变或者稍微取大些。
偏差变化 的大小表明偏差变化的速率， 越大时， 取值
越小， 取值越大；反之， 越小时， 取值越大， 取值
越小。
微分作用类似于预见性，它阻止偏差的变化，有助于减小超调，
克服振荡，使系统趋于稳定，加快系统的动作速度，减小调整时间，
改善系统的动态性能。因此，在偏差较大时， 取小值。
模糊控制设计的核心是总结工程设计人员的技术知识和实际操作
经验，建立合适的模糊规则表，得到针对 三个参数分
别整定的模糊控制表[3]。