1、 10 第一章第一章 绪论绪论 1.1 1.1 课题研究的背景及学术意义课题研究的背景及学术意义 随着越来越多的新型自动控制应用于实践，其控制理论的发展也经历 了经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能控制的典 型实例是模糊全自动洗衣机。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控 制系统。一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输 出接口。控制器的输出经过输出接口、执行机构加到被控系统上；控制系 统的被控量，经过传感器、变送器通过输入接口送到控制器。不同的控制 系统，传感器、 变送器、执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用 压力传感器；电加热控制系统要采用温度传感器
2、 1。 目前，PID 控制及其控制器或智能 PID 控制器（仪表）已经很多，产品 已在工程实际中得到了广泛的应用。比如，工业生产过程中，对于生产装 置的温度、压力、流量、液位等工艺变量常常要求维持在一定的数值上， 或按一定的规律变化，以满足生产工艺的要求。PID 控制器可以根据 PID 控 制原理对整个控制系统进行偏差调节，从而使被控变量的实际值与工艺要 求的预定值一致。 经典 PID 控制的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称 PID 控制，又称 PID 调节。PID 控制器问世至今已有近 70 年历史，它因结构简 单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一，现 今也
3、在很多领域有应用。尤其是当被控对象的结构和参数不能完全掌握或 得不到精确的数学模型，控制理论的其它技术难以采用，系统控制器的结 构和参数又必须依靠经验和现场调试来确定时，应用 PID 控制技术最为方 便。 根据统计数据： 全世界过程控制领域使用的控制器 84%仍是纯 PID 调节 器，若改进型包含在内则超过 90%。 1.2 1.2 经典经典 PIDPID 控制系统的分类与简介控制系统的分类与简介 11 1.2.1 P1.2.1 P 控制控制 这类控制输出的变化与输入控制器的偏差成比例关系，输入偏差越大 输出越大。单纯的比例控制适用于扰动不大，滞后较小，负荷变化小，要 求不高，允许有一定剩余误
4、差存在的场合。在工业生产中，比例控制规律 使用较为普遍，它是控制规律中最基本的、应用最普遍的一种，其最大优 点就是控制及时、迅速。只要有偏差产生，控制器立即产生控制作用。但 是不能最终消除剩余误差的缺点限制了它的单独使用。 1.2.2 PI1.2.2 PI 控制控制 克服剩余误差的办法是在比例控制的基础上加上积分控制。积分控制 器的输出与输入偏差对时间的积分成正比。它的输出不仅与输入偏差的大 小有关，而且还与偏差存在的时间有关。只要偏差存在，输出就会不断累 积，一直到偏差为零，累积才会停止。所以，积分控制可以消除剩余误差。 1.2.3 PD1.2.3 PD 控制控制 当被控对象受到扰动作用后，
5、被控变量没有立即发生变化，而是有一 个时间上的延迟。因此要引入比例、微分作用，即 PD 控制。它比单纯的比 例作用更快。尤其是对容量滞后大的对象，可以减小偏差的幅度，节省控 制时间，显著改善控制质量。 1.2.4 1.2.4 比例积分微分（比例积分微分（PIDPID）控制）控制 最为理想的控制当属比例-积分-微分控制。它集三者之长：既有比例 作用的及时迅速，又有积分作用的消除剩余误差能力，还有微分作用的超 前控制功能。当偏差扰动出现时，微分立即大幅度动作，抑制偏差的这种 跃变；比例也同时起消除偏差的作用，使振荡幅度减小。由于比例作用是 持久和起主要作用的控制规律，积分作用可以慢慢把剩余误差克服
6、掉，因 此可使系统比较稳定；只要三个作用的控制参数选择得当，便可充分发挥 三种控制规律的优点，得到较为理想的控制效果。即当我们不完全了解一 个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适 合用 PID 控制技术。 12 然而伴随着新的控制系统的不断涌现，PID 控制策略在控制非线性、时 变、强耦合及参数和结构不确定的复杂过程时，控制效果不理想。因此， 它的应用受到了很大程度上的限制。 1.3 1.3 模糊逻辑与模糊控制的概念模糊逻辑与模糊控制的概念 1.3.1 1.3.1 模糊控制相关概念模糊控制相关概念 “模糊逻辑”的概念，其根本在于区分布尔逻辑或清晰逻辑，用来定 义那些含混不清， 无法量化或精确化的问题， 对于冯诺依曼开创的基于 “真 假”推理机制，以及因此开创的电子电路和集成电路的布尔算法，模糊 逻辑填补了特殊事物在取样分析方面的空白。在模糊逻辑为基础的模糊集 合理论中，某特定事物具有特色集的隶属度，他可以在“是”和“非”之 间的范围内取任何值。而模糊逻辑是合理的量化数学理论，是以数学基础 为根本去处理这些不确定、不精确的信息。
