模糊PID方法在HC轧机自动厚度控制系统中的应用

2015-04-28王琦河北联合大学电气工程学院河北唐山063600

中国科技纵横 2015年8期

王琦（河北联合大学电气工程学院，河北唐山 063600）

王琦
（河北联合大学电气工程学院，河北唐山 063600）

在轧机的一切精度指标中，厚度精度是板材质量的最为重要的指标，而且是国内外不少冶金行业的关注重点问题。在轧制产品尺寸精度不断提高的形势下，经济效益也会有所上升。所以，对轧钢技术发展主要是以改进轧制精度，性能，增加品种，能源效率等为目标。通过 MATLAB/ SIMULINK 仿真工具，对轧机自动厚度控制系统进行了计算机设计和仿真。在此基础上，提出了基于厚度自动控制系统的模糊 PID 控制方法，仿真结果充分证明了提出的控制方案是正确可靠的。

模糊PID方法 HC轧机自动厚度控制系统应用

1　模糊PID控制器的设计

1.1模糊控制原理

模糊PID控制办法最大的特点是通过模糊的论域对系统的状态进行定性，即是通过模糊的词语阐述当前系统出现的偏差的状态［1］。

一般控制系统中往往要有两个部件，其一是指受控对象，其二是控制器。通过模型而进行控制，实际的通过函数公式实现对系统中被控对象的控制，通过计算得出实际的输出数值和预期的输入值相比较，得出系统当前的控制偏差数值范围，从而让操作员了解当前系统的误差状态，从而根据输入不同的参数值实现对系统的偏差控制，通过不断的参数输入、以及实际输出值对比、再输入参数调整的循环实现对系统的误差的控制。假设物体的惯性大时，系统的偏差控制过程的时间则会延长而且控制的成效也不怎么有效。

模糊控制器的输入量是系统的偏差量。在计算机控制系统中它是数字量，是有确定数值的清晰量。通过模糊化处理，用模糊语言变量E来描述偏差，若以T（E）记E的语言值集合，则有：

T（E）=｛负大，负中，负小，零，正小，正中，正大｝

或用符号表示负大 NB（Negative），负中 NM（Negative Medium），负小 NS（Negative Small），零 ZO （Zero），正小 PS （Positive Small），正中 PB （Positive Medium），正大 PB （Positive Big），则：

T （E）= ｛NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB｝

语言规则模块是一个规则库。设E是输入，控制Y为输出，规则形式为：

规则1： IF E1THEN U1，ELSE

规则2： IF E2THEN U2，ELSE

……

规则n： IF EnTHEN Un，ELSE

每一条规则可以建立一个模糊关系R；所以系统总的模糊关系R 为 R=R1∪R2∪…∪ Rn

在上面的系统中，模糊控制器是采用误差来对系统进行调控的，利用模糊控制网络具有的非线性映射能力，可以让模糊控制网络对其控制对象加以控制并输出其控制对象所形成的传递函数对次传递函数进行转化，进而保证输出值就等于期望值，其函数关系式如下。

假设被控对象的输入u和输出Y存在以下的非线性函数关系

y=g（u）（1）

可以视模糊控制网络的功能为输入输出的某种映射，或称函数变换

U=f（u）（2）

当f（x）=g-1（x）时，系统的实际输出值y和期望输出值大小是一样的。而如果被控对象较复杂，利用数学方法就不是很容易得到非线性函数g（x）。g-1（x）尽管g（x）到底是什么样的形式还不能确定，但由于模糊控制网络具有自身学习的能力可以通过其逼进非线性函数来进行模拟，利用误差来调整连接权可使

e=Y→0 （3）

其实这是一种通过逆过程得到目标函数的方法。利用模糊控制的学习算法实现过程的逆运算，是利用模糊控制的重要思路。

1.2模糊PID控制器的结构

按模糊控制器的输入变量的个数，可以分为一维模糊控制器，二维模糊控器和三维模控制器［2］。通常由于二维的模糊控制器在性能上优于一维模糊控制器，并且模糊控制规则远远小于三维模糊控制器，因此控制器采用比较普遍的二维控制器。模糊控制器的输入量是压下偏差e及偏差变化ec，输出量是压下位移的控制量。此时模糊控制器的控制量为系统误差和误差变化的非线性函数，这种模糊控制器可以视为一种非线性PID 控制器。从线性控制理论可知，单纯的采用该类模糊控制器的系统可以获得良好的动态性能，但是无法消除系统的静态误差。此外，单纯的采用此类模糊控制器还会产生极限环振荡现象，原因是有输入量的模糊化和输出量的清晰化等因素使得系统具有多值继电器特性从而引起的。由线性控制理论可知，要消除这种残差，必须在控制器内引入积分分量。