模糊PID参数自整定控制器设计
3.3.1 模糊PID控制器设计步骤
模糊PID控制器的设计要经过分析被控对象、确定模糊PID控制器的结构、设计模糊变量语言、确定模糊控制规则、选择模糊推理算法、进行解模糊等主要流程。模糊PID控制器一般设计流程如图1所示：
图1 模糊PID控制器设计流程图
模糊PID控制器的设计具体分为以下几步：
(1) 控制器结构的确定
首先对被控制对象的实验进行分析，再确定控制器的输入量e，ec与输出量u，及它们的参数变化范围和系统所要求的控制精度，根据实际控制过程的需要来建立模型，选择合适的控制器结构总体设计方案。
(2) 模糊化方法的确定
把实际的输入变量转换成相应的模糊语言变量值就称为模糊化方法。例如，某类温度控制方案的设计，可以把温度值变量变换成语言值变量（温度“低”、“中”、“高”），在实际控制和应用过程中，我们经常将物理量划分成正大、正中、正小、零、负小、负中、负大七级语言变量[7]。每个语言值与一个与之对应的模糊子集相对，一般常选用梯形分布或三角形分布作为隶属函数。输入数值相对应的隶属度可以通过参照隶属函数图来确定。
(3) 模糊控制规则及模糊运算子的确定
确定恰当的语言控制规则是设计模糊控制器设计的重要任务，规则的形式类似于程序汇编中常见的“if……then……”条件语句。根据所要求的控制精度来决定控制规则的多少。规则的数目是以语言变量级数的平方关系变化而迅速增加，推理的质量会随着控制规则的增加而下降。其中推理规则运算需要先确定模糊算子，目前常用的推理算法方法为最大–最小（max-min）和最大–乘积（max-prod）这两种算子[8]。
(4) 输出数值的解模糊处理方法的确定
解模糊又称去模糊﹑逆模糊或清晰化处理，其目的就是将输出空间的一个模糊集合映射为一个确定的点，以达到实际应用的目的。
(5) 设计理论与方法的有效性与可靠性验证
对已经设计的模糊PID控制器在投入使用前要进行严格的试验检验和修正调整，可以通过在线进行适时测量，或离线进行仿真实验，检验已设计的控制器能否达到预定的控制目标。如果不符合设计要求，就需要再次进行设计。
3.3.2 控制器结构
模糊PID控制器的系统结构框图如图2所示：
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