周挺 桑煒

摘要：針對模糊PID控制在面對大遲滯、強非線性對象時的控制優(yōu)越性，借助MATLAB模糊控制工具箱，設計了模糊PID控制器，并在Simulink下與傳統(tǒng)PID控制進行仿真對比;使用MTS控制系統(tǒng)的虛擬通道和計算回路功能，結(jié)合MATLAB生成的離線模糊查詢袁，將模糊PlD控制應用于MTS控制系統(tǒng)，擴展了系統(tǒng)的控制算法，為飛機結(jié)構(gòu)強度地面試驗的試驗控制提供更多的解決方案。

關(guān)鍵詞：模糊控制;MATLAB仿真;離線模糊查詢表;MTS控制系統(tǒng);計算機控制

中圖分類號：TP273.4 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）29-0263-04

1概述

模糊控制是智能控制理論的一個重要分支，自20世紀中葉建立至今，其理論研究已比較成熟。隨著計算機的普及，模糊控制廣泛應用于自動控制領(lǐng)域。模糊PID控制結(jié)合了模糊控制和PID控制的優(yōu)點，通過模糊控制規(guī)則實時調(diào)整PID控制器的比例、積分、微分參數(shù)，優(yōu)化系統(tǒng)控制性能，具有結(jié)構(gòu)簡單、強魯棒性和動態(tài)控制品質(zhì)較好的優(yōu)點，在被控對象表現(xiàn)為大遲滯、強非線性時，控制效果尤為突出。MTS控制系統(tǒng)是飛機結(jié)構(gòu)強度地面試驗中常用控制設備，其具備的虛擬通道和計算回蹦Calculation in the loop）功能提供了反饋信號和控制輸出的編輯接口，用戶可屏蔽系統(tǒng)固有的PID控制器，自行編程實現(xiàn)特定的控制算法。本文借助MATLAB的模糊控制工具箱（FuzzyLogic Toolbox）設計了模糊PID控制器，對其進行仿真驗證并生成離線模糊控制查詢表;在MTS控制系統(tǒng)中通過通道配置、變量定義和算法編輯，實現(xiàn)模糊PID控制在MTS控制系統(tǒng)中的應用。

2模糊PID控制器設計

2.2設計模糊控制的隸屬度函數(shù)

隸屬度函數(shù)是用來描述論域中元素對模糊子集的隸屬程度，隸屬函數(shù)的選取決定著控制性能的穩(wěn)定和靈敏度。模糊子集所取論域范圍較大時，控制靈敏度較低，控制相對平緩，所取論域范圍較小時，控制靈敏度較高。本文采用三角分布隸屬度函數(shù)，所有輸入和輸出變量取值相同，其隸屬度賦值表如表1所示。

2.3建立模糊控制規(guī)則

根據(jù)專家工程經(jīng)驗，歸納總結(jié)模糊控制規(guī)則，建立模糊控制規(guī)則表，其基本思路為：

a）當誤差e較大時，取較大的Kp值和較小的Kd值，提高響應速度，使系統(tǒng)獲得較好的跟蹤性能，并避免微分飽和;取較小的K值，防止系統(tǒng)出現(xiàn)較大超調(diào);

b）當e和ec為中等大小時，取較小的Kp值，使系統(tǒng)具有較小的超調(diào)并保證一定的響應速度;取適中的K值和Kd值;

a）當e較小時，取較大的K值和K值，減小系統(tǒng)靜差，提高控制精度;并且，當ec較小時，取較大的Kd值，當ec較大時，取較小的%值，以增強系統(tǒng)的抗干擾性，改善系統(tǒng)動態(tài)特性;

2.4模糊推理和反模糊化

選用Mamdani模糊邏輯推理法和“max-min”法則進行模糊關(guān)系的合成運算，反模糊化方法采用面積中心法（centroid），設計生成名為“fuzzy”的模糊控制器，并通過下述M程序生成離線模糊查詢表，如表2所示。

3系統(tǒng)仿真

在Simulink下搭建設計的模糊控制器，并以一典型自衡

4模糊PID控制器的實現(xiàn)

MTS控制系統(tǒng)具備常規(guī)PID控制器，配置傳感器反饋信號至系統(tǒng)輸入通道、執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動信號至系統(tǒng)輸出通道，實現(xiàn)參數(shù)在線整定的PID控制;還提供了虛擬通道及計算回路功能，用戶可繞開系統(tǒng)固有常規(guī)PID控制，以虛擬輸入輸出通道為中間變量對實際輸入輸出信號進行編輯以及通道控制模式的切換，實現(xiàn)先進的控制算法。對于模糊PID控制器，按下述步驟在MTS控制系統(tǒng)中實施。

4.1通道配置

圖4為系統(tǒng)通道配置界面，包括1個標準控制通道（Stan-dard Type）、1個設定值控制通道（set Point Only Type）、4個計算輸出通道（Calculated Output Type），其具體輸入輸出配置及功能描述如表4所示。

4.2變量定義

配置8個全局變量，分別定義為PID控制的初始設定設定

由式（1）和式（3）編寫主回路PID數(shù)字控制程序，使標準控制通道的虛擬輸A5～7分別計算P、I、D控制輸出，令計算輸出4通道對整個控制輸出進行整合和管理，實現(xiàn)主體控制算法，其程序不再贅述。其中積分算法進行限幅控制，微分算法去除指令值影響。

5結(jié)論

a）模糊PID控制較傳統(tǒng)PID控制克服了控制參數(shù)在線手動調(diào)整帶來的局限性，系統(tǒng)具有更快的響應速度和更小的超調(diào)量，且不損失穩(wěn)態(tài)精度，提升了系統(tǒng)的控制特性;

b）采用離線設計模糊查詢表的方法，可將模糊PID控制部署于MTS控制系統(tǒng)中，在進行不同工況的飛機結(jié)構(gòu)強度地面試驗時，工程人員可完成更精確和有效的控制。正文內(nèi)容。