[发明专利]一种用于动力收放卷的PID模糊控制优化方法

权利要求书

1.一种用于动力收放卷的PID模糊控制优化方法，其特征在于，以下步骤：

步骤1)、获取系统收放卷上材料所受的输出张力值y(k)；

步骤2)、计算设定张力值和输出张力值的偏差e：

e＝r(k)-y(k)

r(k)表示设定张力值；y(k)表示输出张力值；

步骤3)、根据步骤2)得到的偏差e，计算当前收放卷上材料所受的张力大小值偏差变化率ec：

ec＝e(k)-e(k-1)

e(k)表示当前设定张力值和输出张力值的偏差；e(k-1)表示上一拍设定张力值和输出张力值的偏差；

步骤4)、以误差e和误差变化率ec作为模糊控制器输入，利用模糊规则对误差e和误差变化率ec进行模糊推理，通过模糊矩阵表对PID控制器原设定输出参数k_p、k_i、k_d进行参数调整，以调整后的参数k_p、k_i、k_d作为新的输出参数，实现PID模糊控制的优化，其中k_p为控制器比例系数，k_i为控制器积分系数，k_d为控制器微分系数。

2.根据权利要求1所述的一种用于动力收放卷的PID模糊控制优化方法，其特征在于，以偏差e和偏差变化率ec作为输入，通过实时检测偏差e和偏差变化率ec的大小，依据模糊推理方法实现对PID控制器原设定输出参数k_p、k_i、k_d的在线时时调整，以满足各个时刻PID控制器的实际输出参数的自调整。

3.根据权利要求2所述的一种用于动力收放卷的PID模糊控制优化方法，其特征在于，用于参数调整的模糊控制器采用二输入三输出的形式，模糊控制器是以误差e和误差变化率ec作为输入，以PID控制器的三个参数k_p、k_i、k_d的修正量Δk_p、Δk_i、Δk_d作为输出，取输入误差e和误差变化率ec及输出Δk_p、Δk_i、Δk_d模糊子集为{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，其中Δk_p为控制器的比例系数的修正量，Δk_i为控制器的积分系数的修正量，Δk_d为控制器的微分系数的修正量。

4.根据权利要求3所述的一种用于动力收放卷的PID模糊控制优化方法，其特征在于，根据各模糊子集的隶属度赋值表和各参数模糊控制模型，应用模糊合成推理设计分数阶PID控制器参数的模糊矩阵表，算出参数Δk_p、Δk_i、Δk_d代入式(1.1)计算：

kp＝kp₀+Δkp

ki＝ki₀+Δki

kd＝kd₀+Δkd (1.1)

式中：

k_p0、k_i0、k_d0为PID参数的初始设计值，Δk_p、Δk_i、Δk_d为模糊控制器的3个输出，根据被控对象的状态自动调整PID控制器输出三个控制参数的取值。

5.根据权利要求3所述的一种用于动力收放卷的PID模糊控制优化方法，其特征在于，模糊控制器中各变量的基本论域取值如下：

e∈[-3,3]，ec∈[-0.5，0.5]，△k_p∈[-6,6]，△k_i∈[-0.6,0.6]，△k_d∈[-5,5]。

6.根据权利要求3所述的一种用于动力收放卷的PID模糊控制优化方法，其特征在于，当2＜|e|≤3，取k_i＝0；kd取值为0≤|k_d|≤1.7；

当0≤|e|＜1，取3≤|k_p|≤5，0.3≤|k_i|≤0.5；当0≤|e|＜1，0≤|ec|＜0.2，取k_d为3.4≤|k_d|≤5；当0≤|e|＜1，0.2≤|ec|≤0.5，取k_d为0≤|k_d|≤1.7；

当1≤|e|≤2，分别取k_p、k_i和k_d为0≤|k_p|≤2，0.1≤|k_i|＜0.3，k_d＝0。