PID控制方法的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用

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實(shí)踐證明，高階線性時(shí)不變系統(tǒng)和大量非線性系統(tǒng)可以使用pid控制器實(shí)現(xiàn)位置不變控制，為不同的輸出狀態(tài)等不同的手動(dòng)調(diào)整方法提供了合理的解釋。最后，PID控制器的結(jié)構(gòu)被描述為最基本的智能控制單元之一。

工業(yè)控制環(huán)節(jié)中離不開控制器，PID調(diào)節(jié)器屬于使用范圍最為廣泛的控制器之一。其控制精髓便是設(shè)置調(diào)整好其PID參數(shù)，來滿足預(yù)先設(shè)定好的各種控制性能。但是基于控制情況多種多樣，許多被控過程具有機(jī)構(gòu)復(fù)雜、非線性程度高、純時(shí)滯以及時(shí)變不確定這些特征。尤其當(dāng)控制器外界環(huán)境處于較大擾動(dòng)或者較大噪聲時(shí)，此時(shí)模型內(nèi)部的結(jié)構(gòu)以及預(yù)先設(shè)定參數(shù)均會(huì)由外界環(huán)境的改變發(fā)生改變。

1智能PID控制

現(xiàn)階段智能控制器展現(xiàn)出空前的發(fā)展與應(yīng)用水平。其主要結(jié)構(gòu)分成兩大層，上部分利用配備的智能技術(shù)將整個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)整體把控，隨時(shí)根據(jù)需要對(duì)于參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。下部分會(huì)動(dòng)態(tài)將被控對(duì)象進(jìn)行控制。不同于傳統(tǒng)的PID控制器，智能控制器對(duì)于系統(tǒng)精確微分方程下的模型要求度不高，因此智能控制器擁有更加良好的魯棒性以及高實(shí)現(xiàn)性，應(yīng)用前景更高。以下為智能開發(fā)方面的具體介紹：由智能技術(shù)現(xiàn)階段的分類可知，智能PID控制主要有三大類別，第一種為：基于專家系統(tǒng)的智能PID控制器；第二種為：基于模糊邏輯的智能PID控制器；第三種為：基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能PID控制器。人們利用多種智能技術(shù)來應(yīng)用并創(chuàng)造出智能程度更高的PID控制器。

1.1基于專家系統(tǒng)的智能PID控制器

專家控制的本質(zhì)是基于控制對(duì)象和控制規(guī)律的各種專家知識(shí)。通過人工智能技術(shù)的應(yīng)用，可以盡可能地優(yōu)化和應(yīng)用受控對(duì)象。對(duì)于許多復(fù)雜的工業(yè)問題，在大多數(shù)情況下，很難做出準(zhǔn)確的描述和嚴(yán)格的分析。該專家系統(tǒng)可以更好地預(yù)測(cè)上述問題，并找到合適的解決方法。此外，專家系統(tǒng)還可以處理具有一些錯(cuò)誤或缺陷的一類數(shù)據(jù)。

1.2基于模糊控制的智能PID控制器

模糊控制器相關(guān)的知識(shí)庫需要根據(jù)模糊規(guī)則表進(jìn)行構(gòu)建，根據(jù)模糊控制器在輸入時(shí)記錄進(jìn)行模糊以及清晰兩者數(shù)量上的收集，模糊邏輯為其整個(gè)過程的推理原理。將模糊PID控制器應(yīng)用于PID控制當(dāng)中變形成了模糊控制，該種方式主要能夠在時(shí)變、高階以及非線性等對(duì)象中使用到。以模糊規(guī)則表的形式建立了模糊控制器的知識(shí)庫。在數(shù)據(jù)庫中收集模糊控制器輸入的清晰數(shù)或模糊量，其推理機(jī)制由模糊邏輯組成。模糊控制，即模糊PID控制器，引入了PID控制，可用于高階、時(shí)變和非線性控制對(duì)象。模糊PID控制方式主要有模糊PID控制器模糊（PID）2控制器等多種。該控制器的基本設(shè)計(jì)思想如下：首先基于原有的PID控制理論以及方法，利用相關(guān)知識(shí)理論構(gòu)建出模糊控制的具體規(guī)則庫，接著獲取模糊PID控制形式，然后輸入模糊控制器。給予。最后，離散模糊控制器需要根據(jù)模糊處理過后的控制輸出得到，其控制參數(shù)表現(xiàn)為非線性，此外該控制器依然和傳統(tǒng)PID擁有一樣的線性形式，兩者控制效果相差不大。均有著一階加純延遲后的過程對(duì)象，同時(shí)也需看到高階系統(tǒng)整體呈現(xiàn)出的控制效果要比PID控制器的效果好，特別是對(duì)于非線性等復(fù)雜物體，由于控制器的輸入矢量被分割，很難將模糊PID控制器應(yīng)用于傳統(tǒng)的PID控制器。將不同的控制規(guī)則應(yīng)用于不同的區(qū)域，并獲得令人滿意的控制結(jié)果。模糊PID控制器是傳統(tǒng)PID的延伸。通過模糊規(guī)則來表達(dá)人的經(jīng)驗(yàn)，調(diào)整PID參數(shù)，突破傳統(tǒng)PID的局限性。

1.3基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能PID控制器

該控制器的參數(shù)可以根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自帶的學(xué)習(xí)能力進(jìn)行調(diào)整穩(wěn)定，此外神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)還有著強(qiáng)大的非線性函數(shù)能力一樣可以輔助PID控制器進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)、結(jié)構(gòu)和輸入?yún)⒖夹盘?hào)的變化。能夠抵抗外界的干擾。在實(shí)際應(yīng)用中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的確定、權(quán)系數(shù)初值的確定和輸入模式的選擇有時(shí)對(duì)控制結(jié)果起著重要的作用。根據(jù)控制器的結(jié)構(gòu)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器可分為兩種：一種是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器的輸出參數(shù)，稱為顯式控制器，另一種是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器的輸出控制。它被稱為隱式控制器。前者的物理意義清晰，易于工程師理解和操作。利用PID控制的思想，后者不再局限于控制器形式的PID項(xiàng)的簡(jiǎn)單線性組合。它是一種更先進(jìn)的PID控制形式。

2智能PID控制器應(yīng)用展望

控制方法不僅僅局限于上述三種，還有人類控制、學(xué)習(xí)控制以及專家控制等。免疫算法都處于開發(fā)過程中。綜觀近年來智能PID控制的發(fā)展，我們可以總結(jié)出以下特點(diǎn)：

（1）通常對(duì)于控制器性能的提高途徑可以選擇使用智能復(fù)合控制器。近些年逐漸呈現(xiàn)出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊控制兩者互相融合這種智能系統(tǒng)研究新方向。此外在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器權(quán)重方面會(huì)經(jīng)常使用到遺傳算法來進(jìn)行有效的優(yōu)化，并且把模糊控制利用遺傳算法進(jìn)行分析應(yīng)用，證明了遺傳算法是一種有效的規(guī)則和隸屬函數(shù)調(diào)整方法。

（2）控制理論領(lǐng)域中的專家阿思特羅姆曾經(jīng)提出，控制工程在將來一段時(shí)間內(nèi)將會(huì)繼續(xù)產(chǎn)生并發(fā)揮其應(yīng)有的作用，不論精度多高的控制器均不能離開控制器這一基礎(chǔ)單元。我國吳宏鑫學(xué)者提出一種“特征建模”理論，該理論將PID控制器體現(xiàn)出的應(yīng)用理論基礎(chǔ)進(jìn)行了有效的證實(shí)，并且證明其具有其他控制器無法替代的優(yōu)勢(shì)。它將成為復(fù)雜系統(tǒng)智能控制中最基本的子控制單元。

（3）在理論研究方面，特別是在應(yīng)用方面，中外差距明顯。日本，歐洲和美國不僅處于理論研究的前沿，而且還成功應(yīng)用了橫河電機(jī)，富士電機(jī)等產(chǎn)品，模糊邏輯和標(biāo)準(zhǔn)PID控制相結(jié)合來抑制超調(diào)，成功實(shí)現(xiàn)。然而，在中國有更多的重復(fù)研究，較少的創(chuàng)新研究和較少的工程應(yīng)用，特別是運(yùn)行時(shí)間長的智能PID控制器可以說很少。這種情況需要廣大理論家和工程師的共同努力，盡快改變這種狀況。

3結(jié)束語

隨著智能控制技術(shù)的不斷發(fā)展，智能PID技術(shù)將不斷完善。智能控制與PID控制的結(jié)合是智能控制技術(shù)發(fā)展的潛在方向。