模糊逻辑优化PID控制器参数的钛带卷连续酸洗活套高度控制方法技术

本发明专利技术涉及模糊逻辑优化PID控制器参数的钛带卷连续酸洗活套高度控制方法，属冶金工程控制领域。本发明专利技术先设计出钛板带连续酸洗活套高度的PID控制器；当对象过渡过程响应曲线稳定在控制精度范围内时，根据此时的P、I、D参数值得到模糊控制器的参数值，从而设计出模糊控制器。当活套高度在允许的误差精度范围之内，保持前一时刻模糊PID控制器参数的值不变，活套高度在精度范围之外，重新计算模糊控制器参数的值。本发明专利技术能够快速设计出模糊逻辑优化PID控制器的参数，充分利用传统PID控制器已经具有非常成熟的参数调整方法，简化了模糊逻辑优化PID控制器设计的复杂性，可实现钛板带在连续酸洗过程中活套高度的精确控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及模糊逻辑优化PID控制器参数的钛带卷连续酸洗活套高度控制方法，属于冶金工程控制

技术介绍
传统PID控制器结构简单，对过程模型控制误差具有鲁棒性和利于实现等优点，被广泛应用于冶金、石化、建材、电力等工业过程控制领域中。随着生产装置复杂化和产品质量要求的提高，被控过程的复杂程度不断加深，尤其对于连续性、时变的、有噪声不稳定的复杂系统，传统PID控制已无法满足控制目标精确化的要求。基于万能逼近特性理论的自适应控制与模糊控制相结合的自适应模糊算法，具有对非线性函数的任意逼近能力和自学习能力，能够通过自身的学习过程获取系统的结构、参数、不确定性和非线性，并得到系统所需的控制规律，在控制领域得到了广泛的应用。模糊控制器由于其本质的非线性以及对模型的不依赖性，基于模糊自适应的PID控制对于不确定系统和被控对象参数改变且有时滞的被控系统，都表现出很强的适应性和鲁棒性。常规模糊PID控制器长期以来都是依靠专家的经验进行设计的，这给模糊PID控制器的应用带来了许多不便。深入研究模糊控制器的解析结构表明，该控制器是一种变增益的非线性控制器，并与PID控制器有很多相似之处。虽然结合两者对模糊PID进行了大量的研究，但这些研究都没有给出模糊控制器参数的调整方法。提出了基于PID的模糊控制器参数的调整方法，它直接影响到模糊控制的设计效率、设计复杂度，是决定的工业控制问题最关键因素之一。本专利技术提出基于传统PID控制方法，可以自适应地调整模糊PID控制器参数的方法。
技术实现思路
本专利技术提供了模糊逻辑优化PID控制器参数的钛带卷连续酸洗活套高度控制方法，针对传统PID控制器无法满足复杂对象的参数控制精确化要求，降低模糊PID控制器设计的复杂度，并避免模糊PID控制器参数设计的专家依赖性，实现工业控制升级的简单、增值。本专利技术的技术方案是：模糊逻辑优化PID控制器参数的钛带卷连续酸洗活套高度控制方法，采用传统方法设计出钛板带连续酸洗活套高度的PID控制器，再按常规方法整定P、I、D控制参数；其次，当对象过渡过程响应曲线稳定在控制精度范围内时，根据此时的P、I、D参数值得到模糊控制器的参数值，从而设计出模糊控制器。然后，当活套高度在允许的误差精度范围之内，保持前一时刻模糊PID控制器参数的值不变，否则，活套高度在精度范围之外，重新计算模糊控制器参数的值。根据PI控制器与PD控制器分别能消除系统稳态误差、加快响应速度，并避免模糊控制器计算的复杂性。采用两个输入量(输出误差、误差变化)的PI模糊控制器与PD模糊控制器的两个模糊子控制器叠加来决定模糊PID控制器的控制作用。结合传统PID控制器已经具有非常成熟的参数调整方法，实现了模糊PID控制器的自适应调整；所述模糊逻辑优化PID控制器参数的钛带卷连续酸洗活套高度控制方法的具体步骤如下：Step1、首先设计一个钛板带连续酸洗活套高度PID控制器，并用Ziegler-Nichols方法调整PID控制器的P、I、D参数，分别得到PID控制器的比例增益Kp、积分增益Ki和微分增益Kd，再计算出增量式离散型PID控制器的各项系数其中，分别是增量式离散型PID控制器的当前采样时刻的增益系数、前第1采样时刻的增益系数、前第2采样时刻的增益系数；Step2、建立模糊自适应PID控制器，获取模糊自适应PID控制器的四个参数Ke、Kde、KPI、KPD的值；该控制器由两部分组成：一是传统的PID控制器，用于直接对被控对象进行负反馈控制，并实现P、I、D三个参数的在线整定；二是模糊逻辑优化PID控制器，该模糊逻辑优化PID控制器分别由PI型模糊控制器和PD型模糊控制器构成，二者均采用两输入单输出，每个输入变量有“正”和“负”两个模糊值，输出变量有“正”、“负”和“零”三个模糊值；其中，Ke、Kde、KPI、KPD分别表示活套输出高度与期望值的偏差变化率、偏差变化加速度、PI型模糊控制器的输出增益、PI型模糊控制器的输出增益；Step3、自适应、实时控制；经过Step1与Step2后，得到稳态条件下的模糊自适应PID控制器的四个参数值，保证了其稳态时与PID控制器性能相同，接下来再根据闭环系统的响应曲线微调四个参数以达到期望的性能；首先观察模糊自适应PID控制器的闭环响应曲线，估计其超调量，根据超调量的大小反复对进行调整，如此微调控制器参数，直到闭环系统的响应曲线达到期望性能；如果在活套高度的误差范围之外，循环进行步骤Step1～Step2，如果在误差范围内，保持前一时刻的模糊自适应PID控制器参数的值不变。其中，分别表示增量式模糊自适应PID控制器的三个参数，对应于传统PID控制器的Kp、Ki和Kd三个系数，分别表示增量式模糊自适应PID控制器的比例增益、积分增益和微分增益。所述步骤Step1中，PID控制器为增量式离散型PID控制器，其增量表达式为： ΔU P I D ( k ) = K C 0 e ( k ) + K C 1 e ( k - 1 ) + K C 2 e ( k - 2 ) - - - ( 1 ) ]]>式中 K C 0 = K p + K i · T s / T i + K p · K d 本文档来自技高网...

【技术保护点】
模糊逻辑优化PID控制器参数的钛带卷连续酸洗活套高度控制方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：Step1、首先设计一个钛板带连续酸洗活套高度PID控制器，并用Ziegler‑Nichols方法调整PID控制器的P、I、D参数，分别得到PID控制器的比例增益Kp、积分增益Ki和微分增益Kd，再计算出增量式离散型PID控制器的各项系数其中，分别是增量式离散型PID控制器的当前采样时刻的增益系数、前第1采样时刻的增益系数、前第2采样时刻的增益系数；Step2、建立模糊自适应PID控制器，获取模糊自适应PID控制器的四个参数Ke、Kde、KPI、KPD的值；该控制器由两部分组成：一是传统的PID控制器，用于直接对被控对象进行负反馈控制，并实现P、I、D三个参数的在线整定；二是模糊逻辑优化PID控制器，该模糊逻辑优化PID控制器分别由PI型模糊控制器和PD型模糊控制器构成，二者均采用两输入单输出，每个输入变量有“正”和“负”两个模糊值，输出变量有“正”、“负”和“零”三个模糊值；其中，Ke、Kde、KPI、KPD分别表示活套输出高度与期望值的偏差变化率、偏差变化加速度、PI型模糊控制器的输出增益、PI型模糊控制器的输出增益；Step3、自适应、实时控制；经过Step1与Step2后，得到稳态条件下的模糊自适应PID控制器的四个参数值，保证了其稳态时与PID控制器性能相同，接下来再根据闭环系统的响应曲线微调四个参数以达到期望的性能；首先观察模糊自适应PID控制器的闭环响应曲线，估计其超调量，根据超调量的大小反复对进行调整，如此微调控制器参数，直到闭环系统的响应曲线达到期望性能；如果在活套高度的误差范围之外，循环进行步骤Step1～Step2，如果在误差范围内，保持前一时刻的模糊自适应PID控制器参数的值不变；其中，分别表示增量式模糊自适应PID控制器的比例增益、积分增益和微分增益。...

【技术特征摘要】
1.模糊逻辑优化PID控制器参数的钛带卷连续酸洗活套高度控制方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：Step1、首先设计一个钛板带连续酸洗活套高度PID控制器，并用Ziegler-Nichols方法调整PID控制器的P、I、D参数，分别得到PID控制器的比例增益Kp、积分增益Ki和微分增益Kd，再计算出增量式离散型PID控制器的各项系数其中，分别是增量式离散型PID控制器的当前采样时刻的增益系数、前第1采样时刻的增益系数、前第2采样时刻的增益系数；Step2、建立模糊自适应PID控制器，获取模糊自适应PID控制器的四个参数Ke、Kde、KPI、KPD的值；该控制器由两部分组成：一是传统的PID控制器，用于直接对被控对象进行负反馈控制，并实现P、I、D三个参数的在线整定；二是模糊逻辑优化PID控制器，该模糊逻辑优化PID控制器分别由PI型模糊控制器和PD型模糊控制器构成，二者均采用两输入单输出，每个输入变量有“正”和“负”两个模糊值，输出变量有“正”、“负”和“零”三个模糊值；其中，Ke、Kde、KPI、KPD分别表示活套输出高度与期望值的偏差变化率、偏差变化加速度、PI型模糊控制器的输出增益、PI型模糊控制器的输出增益；Step3、自适应、实时控制；经过Step1与Step2后，得到稳态条件下的模糊自适应PID控制器的四个参数值，保证了其稳态时与PID控制器性能相同，接下来再根据闭环系统的响应曲线微调四个参数以达到期望的性能；首先观察模糊自适应PID控制器的闭环响应曲线，估计其超调量，根据超调量的大小反复对进行调整，如此微调控制器参数，直到闭环系统的响应曲线达到期望性能；如果在活套高度的误差范围之外，循环进行步骤Step1～Step2，如果在误差范围内，保持前一时刻的模糊自适应PID控制器参数的值不变；其中，分别表示增量式模糊自适应PID控制器的比例增益、积分增益和微分增益。2.根据权利要求1所述的模糊逻辑优化PID控制器参数的钛带卷连续酸洗活套高度控制方法，其特征在于：所述步骤Step1中，PID控制器为增量式离散型PID控制器，其增量表达式为： ΔU P I D ( k ) = K C 0 e ( k ) + K C 1 e ( k - 1 ) + K C 2 e ( k - 2 ) - - - ( 1 ) ]]>式中 K C 0 = K p + K i · T s / T i + K p · K d / T s K C 1 = - ( K p + 2 K p · K d / T s ) K C 2 = K p · K d / T s - - - ( 2 ) ]]>式中分别是增量式离散型PID控制器的当前采样时刻的增益系数、前第1采样时刻的增益系数、前第2采样时刻的增益系数；e(k)是PID控制器的控制偏差；Kp、Ki和Kd分别是PID控制器的比例增益、积分增益和微分增益；Ti、Td和Ts分别是积分时间、微分时间和采样；所述步骤Step2中，PI型模糊控制器的增量表达式为： ΔU F - P I ( k ) = K P I 4 - 2 x ( k ) [ K e e ( k ) + K d e Δ e ( k ) ] - - - ( 3 ) ]]>其中， e ( k ) = y s p - y ( k ) , Δ e ( k ) = e ( k ) - e ( k - 1 ) 0 ≤ x ( k ) = m a x ( K e · | e ( k ) | , K d e · | Δ e ( k ) | ) ≤ 1. - - - ( 4 ) ]]>同理，PD型模糊控制器的增量表达式为： ΔU F - P D ( k ) = K P D 4 - 2 x ( k ) [ K e e ( k ) + K d e Δ e ( k ) ] ...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨彪，王世礼，陈正标，彭金辉，李幼灵，郭胜惠，张竹敏，张世敏，苏鹤州，史亚鸣，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53