PID操控作为经典操控至今仍被广泛使用，面临准确数学模型时，PID操控能取得令人满意的作用。但在实践使用中，当被控目标数学模型改动时，难以实时调整PID参数，且很多被控进程机理杂乱，被控目标数学模型树立杂乱，其操控作用并不抱负。含糊操控具有智能化的特色，它不依靠目标的数学模型，对受控目标的时滞、非线性和时变性具有必定的适应能力。但是含糊操控的精度遭到操控规矩的约束还一直存在静差。含糊PID操控使用整定PID参数的经历来规划含糊操控器主动整定PID操控器的参数，从而使PID操控器以变应变。本文选用依据Matlab的含糊PID操控器操控锅炉液位，经过试验仿真比较传统HD操控、含糊操控以及含糊PID操控的作用。
1 被控目标挑选
被控目标挑选经典的锅炉液位操控，国内外的电热锅炉液位操控首要选用传统PID操控。保持锅炉液位在预期正惯例模内是锅炉体系安全运转的必要条件，也是衡量锅炉汽水体系物质是否平衡的标志。由文献得到某汽包水位在给水流量下的动态特性传递函数为
2 含糊PID操控器规划
自适应含糊PID操控器结构如图1所示，其以惯例PID操控为根底，选用含糊推理的思维，将被控量的差错e和差错改动率ec作为二维含糊操控器的输入变量，PID中Kp，Ki，Kd的改动值作为输出，使用含糊操控规矩在线整定PID各个参数，其间含糊操控部分包含含糊化、含糊推理核算宽和含糊化。
在锅炉液位含糊PID操控体系中，含糊操控器选用二维的Mamdani操控器，含糊操控决议计划选用Max—Min，解含糊选用重心法。
2.1 确认输入输出变量
将差错e和差错改动率ec作为含糊操控器的输入，PID操控器Kp，Ki，Kd的改动量作为输出。Kp，Ki，Kd的调整公式为
式中，
是Kp，Ki，Kd的初始参数，其由惯例办法得到。将{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}设置为输入变量e及ec、输出变量Kp，Ki和Kd的含糊子集。输入变量e和ec的量化论域均为[-6，6]，输出变量Kp，Ki和Kd的根本论域和量化论域均定为[-3，3]，份额因子均为1。三角形函数在论域规模内散布均匀，其灵敏度较高，将其选作体系的从属度函数。
2.2 树立含糊操控规矩
依据实践经历，参数Kp、Ki和Kd在不同e和ec下自调整需满意如下调整准则：
(1)当差错|e|较大时，为使体系具有较好的快速盯梢功能，不管差错的改动趋势怎么均应取较大的Kp和较小的Kd，一同为防止体系呼应呈现较大超调，应对积分作用加以约束，取较小的Ki值。
(2)当差错|e|处于中等巨细时，为使体系呼应具有较小的超调，Kp应取小些，一同为确保体系的呼应速度，Ki和Kd巨细要适中。其间Kd的取值对体系呼应的影响较大。
(3)当差错|e|较小时，为确保体系具有较好的稳态功能，Kp和Ki应取的大些，一同为防止体系在设定值邻近呈现振动，并考虑体系的抗干扰功能，当|ec|较小时，Kd可取大些;当|ec|较大时，Kd应取小些。
在专家经历的根底上，经过仿真试验进行调整，可以概括出含糊操控规矩表如表1所示。
将Mamdani型含糊操控规矩写成49条“if…then…”言语的格局如下：
在线运转进程中，锅炉液位操控体系使用上述含糊操控规矩完成对PID参数的在线自校对，不断检测e和ec，以最快速度找出PID三个参数与e和ec的含糊联系，经过参数在线实时调整使含糊PID操控体系的呼应速度、超调量、稳态差错都比单一的PID操控或含糊操控优胜。
2.3 树立含糊推理体系
在Matlab环境中使用具有交互式图形界面的含糊推理体系编辑器和从属函数编辑器。按照上述成果，挑选输入输出含糊变量的论域规模、各言语变量的从属函数形状等参数，解含糊办法选用默许的重心法，含糊推理体系中变量的界说和各变量从属函数的设置完成后，界面如图2所示。
按表1所示在规矩编辑器中输入操控规矩，完成后含糊规矩编辑器界面如图3所示。
3 含糊PID操控仿真及其比较研讨
在本体系中，设定锅炉液位从30 cm升至50 cm，量化因子Ke取0.4，Kec取5，份额因子Up，Ui和Ud均取1，依据经历，PID参数初值Kp=80，Ki=9，Kd=80。为更好地显现含糊PID操控的操控作用，将其仿真模型同PID操控、含糊操控放在一同，如图4所示。
仿真时刻为60 s时，体系的阶跃呼应输出曲线如图5所示。
由图5可得到3种不同操控计划的功能指标，如表2所示。
由此可见，含糊PID操控虽结构杂乱，但操控作用的优势显着，超调量较小，上升时刻短，体系呼应速度快，调理时刻短，稳态功能好，充分体现了含糊PID参数自整定的作用。
图6和图7是锅炉液位操控体系的数学模型参数改动后的单位阶跃呼应输出仿真成果，以此研讨含糊PID操控的鲁棒性。
由图可见，在被控目标的数学模型参数改动后，含糊PID操控的操控作用最佳，其呼应速度最快，超调量小，调理时刻最短。
在实践工作环境中，锅炉液位操控体系不可防止地会遭到各种扰动的影响。在仿真时刻为55 s时，参加50阶跃呼应扰动，体系呼应曲线如图8所示。
由图8可见，含糊PID操控的按捺扰动功能最抱负，遭到100%的阶跃扰动时根本无影响。在仿真时刻为50 s时参加500阶跃扰动时，试验发现含糊操控的静差较大，已失掉实践意义，传统PID操控和含糊PID操控的呼应曲线如图9所示。
由图9可见，参加1 000%的阶跃扰动时，含糊PID操控体系不会遭到过大影响，超调量为2%，不到20 s便可使体系输出值到达预期的抱负值，鲁棒性好，而PID操控体系的超调量显着偏高，且调理时刻偏长。一系列仿真试验验证了含糊PID操控的灵活性、适应性、鲁棒性等功能均较为抱负。
4 结束语
含糊PID操控是在惯例PID算法的根底上，经过核算当时体系差错e和差错改动率ec，使用含糊推理体系，查询含糊矩阵表进行参数调整，该办法完成简略、便利易用，对实践操控有重要指导意义。用含糊推理的办法在动态进程中改动PID的参数，可以发挥两种操控方法的长处，战胜两者的缺陷，进步操控质量。仿真成果表明，使用含糊PID操控方法对锅炉液位进行操控，适应力强，鲁棒性好，取得了令人满意的操控作用。
