智能PID調(diào)節(jié)器的設(shè)計及其應(yīng)用
控制的發(fā)展與現(xiàn)狀控制的發(fā)展與現(xiàn)狀“智能控制”一詞早在1967年Leondes和Mendel在他們的“人工智能控制”技術(shù)報告中正式使用。美籍華裔科學(xué)家傅京孫教授提出了智能控制系統(tǒng)的概念，公開指出了一個嶄新的研究領(lǐng)域。智能控制系統(tǒng)具有擬人的智力，在環(huán)境條件變化時能自主地完成控制目標(biāo)的自動控制系統(tǒng)，它和人工智能的發(fā)展緊密相聯(lián)。智能控制是一門有著極為廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域新興的交叉前沿學(xué)科，智能控制是自動控制理論發(fā)展的必然趨勢。智能是知識與智力的總和。其中知識是一切智能行為的基礎(chǔ)，而智力是獲取知識并運(yùn)用知識求解問題的能力，是頭腦中思維活動的具體體現(xiàn)。用來模擬延 伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)和應(yīng)用系統(tǒng)的智能控制是有關(guān)于計算機(jī)科學(xué)方向的，它試圖理解智力的本質(zhì)，這樣就能夠制造出一種新的智能機(jī)器，這種機(jī)器能以人的智能一樣的方式作出反應(yīng)。在廣義的被控對象或過程及其外界條件下，智能控制系統(tǒng)是這樣一種系統(tǒng)，它結(jié)合控制理論的某些方法和技術(shù)，使用人工智能理論與技術(shù)和運(yùn)籌學(xué)優(yōu)化方法模仿人的智能, 實(shí)現(xiàn)自動控制的效果。也可以說，智能控制驅(qū)動智能機(jī)器實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)是自主的，是無需人的干涉的，這也也是用計算機(jī)模擬人類智能的一個重要領(lǐng)域，是自動控制科學(xué)的最新發(fā)展。本文將介紹智能PID調(diào)節(jié)器的幾種常見構(gòu)成形式：
1、基于模糊控制的智能PID調(diào)節(jié)器
模糊控制是基于模糊集理論、模糊語言變量以及模糊邏輯推理的計算機(jī)智能控制。模糊控制器知識庫包括規(guī)則庫和數(shù)據(jù)庫，規(guī)則庫是以模糊規(guī)則表的形式建立的，模糊控制規(guī)則是由模糊理論中的模糊條件語句描述的。將要輸入模糊調(diào)節(jié)器清晰量和模糊量放進(jìn)數(shù)據(jù)庫中以模糊邏輯的方式構(gòu)建推理機(jī)構(gòu)。在PID控制中引進(jìn)模糊控制，這就組成通常我們所說的模糊PID調(diào)節(jié)器。這種調(diào)節(jié)器的基本思想是，首先，建立模糊PID控制的形式，這種形式是以模糊控制規(guī)則為基礎(chǔ)的。其次，通過對調(diào)節(jié)器的輸入(誤差和誤差變化)模糊化得到模糊量，對PID調(diào)節(jié)器輸出去模糊得到精確量，這樣就構(gòu)成了我們需要的模糊PID調(diào)節(jié)器。這種調(diào)節(jié)器也是線性形式的，但調(diào)節(jié)器參數(shù)不是一般的常數(shù)。與傳統(tǒng)PID調(diào)節(jié)器控制相比，這種類型的PID調(diào)節(jié)器在控制高階系統(tǒng)是有自己獨(dú)特優(yōu)勢的，對非線性等復(fù)雜對象控制效果也較好?？偟膩碚f，模糊PID調(diào)節(jié)器的對象是十分廣泛的，它基于傳統(tǒng)PID進(jìn)行了擴(kuò)展，利用人的技術(shù)構(gòu)成模糊規(guī)則，來優(yōu)化PID參數(shù)。
2、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人工智能PID調(diào)節(jié)器
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)HD調(diào)節(jié)器優(yōu)化PID調(diào)節(jié)器是以某些指標(biāo)為基礎(chǔ)，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)和非線性映射能力調(diào)整權(quán)值，使PID參數(shù)達(dá)到最佳。在這過程中被控對象結(jié)構(gòu)，參數(shù)還有輸入信號可能發(fā)生變化，但人工智能PID調(diào)節(jié)器也能夠進(jìn)行自身的調(diào)整，抗拒干擾。20世紀(jì)80年代末，J.moody和C.Darken提出了RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)含有輸入層，單隱層，輸出層得前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)模擬了人腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有人腦局部調(diào)整的特點(diǎn)，因此RBF網(wǎng)絡(luò)是一種局部逼近網(wǎng)絡(luò), 它可以以任意精度逼近任意連續(xù)函數(shù)。由于工業(yè)生產(chǎn)中往往具有非線性、時變不確定性，難以確定精確的數(shù)學(xué)模型，常規(guī)的PID調(diào)節(jié)器無法達(dá)到理想的控制效果。
3、基于遺傳算法的智能PID控制器
1975年，美國Michigan大學(xué)J.Holland教授最先提出了遺傳算法，現(xiàn)在遺傳算法有了很大的發(fā)展。遺傳算法是以生物進(jìn)化論中的自然選擇和遺傳學(xué)為基礎(chǔ)的,它尋優(yōu)的過程是模擬自然進(jìn)化過程這種算法有極強(qiáng)學(xué)習(xí)能力是一種全局優(yōu)化算法, 這種算法簡單、計算時間少，具有很強(qiáng)的魯棒性，在解決的復(fù)雜性和非線性問題方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。把PID調(diào)節(jié)器的比例, 微分，積分參數(shù)用相應(yīng)的基因表示，適應(yīng)度函數(shù)選擇PID控制中的最優(yōu)指標(biāo)，利用遺傳算法來優(yōu)化PID調(diào)節(jié)器，尋找得到最佳的PID參數(shù)。這樣就構(gòu)成了遺傳算法PID調(diào)節(jié)器。
昌暉儀表提出了一種新的智能PID調(diào)節(jié)器的設(shè)計方法，它僅需要被控對象的階躍響應(yīng)信息，利用專家系統(tǒng)實(shí)時調(diào)整PID調(diào)節(jié)器參數(shù)，實(shí)現(xiàn)有效的控制。設(shè)置的監(jiān)督級保證對象特性測試及專家自整定的正常進(jìn)行，并確保系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。整個系統(tǒng)用高性能單片微機(jī)便可實(shí)現(xiàn)。溫控器在電阻加熱爐的溫控過程獲得了良好的控制效果。
作者：趙碩偉模糊
能熟練進(jìn)行PID參數(shù)整定，將溫度控制系統(tǒng)投自動，這代表著工程技術(shù)人員的自動化技能水平，但很多人并未真正掌握PID控制和PID參數(shù)整定，習(xí)慣于依賴溫控器的自整定功能完成參數(shù)整定，但在串級溫度控制等復(fù)雜過程控制時就束手無策。在本站“溫控器”產(chǎn)品頁面免費(fèi)分享白志剛工程師編著的《自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)解析與PID整定》一書，書中內(nèi)容沒有高深的理論公式，全是實(shí)戰(zhàn)干貨，理解了此書內(nèi)容真諦，高中學(xué)歷的儀表人也能整定PID參數(shù)，將PID控制弄透徹！對您有幫助，還是免費(fèi)的，趕快去產(chǎn)品頁面“溫控器”免費(fèi)領(lǐng)取這本書！
