摘 要随着工业过程控制领域对控制要求的提高，促使了模糊PID控制技术的发展。本文从分析工业过程控制的特点入手，阐述了工业过程控制中存在的控制难点，以及分析了模糊PID控制的研究现状和在工业过程控制领域中常用的几种模糊PID控制算法，最后得出了一种实际温度控制系统中的模糊控制算法流程图。
关键词模糊PID；工业控制过程；算法；自动化
中图分类号TP文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)012-0184-01
随着科学技术和工业现代化的发展，工业生产领域对控制精度、响应速度、系统稳定性及自适应能力要求越来越高。然而在工业过程控制中，总是存在着控制对象具有非线性、时变性、滞后性以及其动力学特性的内部不确定性和外部环境扰动等问题，使传统的控制方法不能满足现在的需要。因此，出现了经典的模糊PID控制理论，而且在工业过程控制领域得到了飞速的发展。模糊PID基于其能对过程控制中的不确定条件、参数、延迟和干扰等进行检测分析，然后通过模糊推理对PID参数进行在线自整定，不但保持着传统PID控制原理简单、鲁棒性强等特性，而且还具有更大的灵活性、精确性和实用性。
1工业过程控制的特点
工业过程控制通常指在化工、石油、冶金、轻工、建材等工业生产过程中的自动化控制技术，由于行业本身所具有的特点，因此对于工业过程控制来说具有许多的复杂性因素，大致特点如下：
1）控制过程的不确定性。由于控制环境和控制对象本身所具有的特性，控制过程中常常存在着无法预知的干扰和随机的变化，不能对被控对象建立准确的控制模型，因此从原理上来说需要达到控制要求存在着困难。而且对于控制的输入来说，每次相同的输入也不能得到相同的输出效果，即对同一个实验来说，无法让它在重复的试验中重复的激励，种种不确定因素的存在，影响着整个控制过程。
2）控制过程非线性。对于线性系统来说，现在已经具有了非常完善的控制理论和方法。在工业过程控制领域，往往存在着一些非线性的控制对象，对于非线性的对象进行精确的控制，就不能在依靠线性控制对象的理论，只有研究出针对非线性的控制理论，才能得到满意的控制结果。
3）控制过程时滞性。工业过程控制中大量的存在着时滞的参量，其时滞的特性不仅影响着控制的稳定性和实时性，而且促使控制系统动态品质差、精确度不高等特点。
2模糊PID控制研究的现状
随着技术理论的不断完善，以及控制理论的迅速发展，在工业过程控制领域出现了许多的控制思想和控制算法，但是PID控制算法始终占据着其强大的重要地位。由于PID控制具有结构简单、实现容易、控制效果好、稳定精度高、理论分析体系完整等特点，在化工、石油、冶金等领域得到了广泛的应用。然而PID控制的整定参数是固定的，对于工业过程控制中的參数变化、时滞性强、干扰强的控制对象，就不能满足其控制性能和控制精确要求。模糊控制理论对于研究对象的描述能在准确和简明之间取得平衡，不需要对控制对象建立精确的数学模型，可以实时的在线调整参数，柔性的达到控制要求。因此，有人提出将模糊控制与传统PID控制结合起来，构成了现在广泛应用的模糊PID技术。模糊PID控制器表现出了在非线性、大滞后、时变性系统中的控制优势，并推导出了其非线性增益的明晰表达式，大量的实际运用表明，模糊控制理论与传统PID控制理论相结合取得了很好的效果，为解决工业过程控制领域的控制问题做出了巨大的贡献。采用模糊控制理论对传统PID控制器的控制参数进行在线自整定，不但克服了系统的不确定性，而且还提高了系统控制的稳定能和鲁棒性。模糊PID控制技术在压力、温度、流量等控制场合得到了大量应用，并取得了很好的控制效果。
3工业过程控制中应用的模糊PID控制算法分析
在工业过程控制领域，存在大量的自动控制算法。如以传统理论为基础的PID控制算法，以现代控制理论为基础的自适应控制、预测控制、神经网络控制及模糊控制等智能控制方法。但目前在工业过程控制现场主要运用的还是模糊PID控制算法，基于其简单、稳定、精度等控制特性得到了飞速的应用。对于模糊控制算法与传统PID的结合形式和参数的整定方法的差异，在实际的工业过程控制现场运用的模糊PID算法通常有如下几种：
1）模糊自整定PID控制算法。该种算法基于对PID参数模糊推导后进行在线自整定，能根据实际的控制结果和控制要求自动调节控制参数，以达到预期的控制精度和要求。具体思想就是找出PID的三个参数与误差和误差变化率之间的模糊关系，在实际的控制过程中通过不断检测误差和误差变化率的大小和变化方向，根据模糊控制理论对PID的三个参数进行在线修正，已达到在不同的暂态控制过程中对PID参数的不同要求，从而使被控对象得到良好的动、静态控制性能。
2）Fuzzy-PI型模糊PID算法。该算法属于混合型的PID控制器，由一个常规积分控制器和一个以误差和误差变化率为输入的普通二维模糊控制器并联而成。通过并联的结构把而着的控制特性进行结合，以使控制对象达到最佳的控制效果。该控制器不仅对于规则的“离散性”引起的余差有很好的消除作用，而且还能很好的消除输入输出量引起的零点附近的极限振荡现象，促使系统成为无差模糊控制系统，具有很好的控制性能。控制原理图如下：
图1Fuzzy-PI型模糊PID控制器结构图
4模糊PID算法应用在温控系统中的程序流程
由于温度具有非线性、时滞性等特点，因此在工业过程控制领域常采用模糊PID控制器进行控制调节。通常的温度模糊运算程序就实现有模/数转换后的值到模糊控制值的运算，常包括求差量化和查模糊表等子程序。
5总结
模糊PID控制器对于非线性、时滞性、不确定性、多变性和强耦合性的控制对象具有很好的控制性能，该控制器能够很好的满足工业过程控制的控制场合。随着社会的发展和工业自动化领域的发展，模糊PID控制技术将在工业控制领域得到飞速的发展和应用。
参考文献
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