工業(yè)自動化中廣泛采用的PID控制，對于非線性，大時滯，強耦合等被控對象控制效果并不理想，也就是說，PID控制器對不同的對象要用不同的參數(shù)，而且調整不方便，抗干擾能力差，超調量大；模糊控制的局限性在于它的控制作用只能按擋處理，是一種非線性控制，控制精度不高，存在靜態(tài)誤差，一般在語言變量偏差趨于零時有振蕩。這樣，將PID控制的優(yōu)點（控制精度高） 和模糊控制的優(yōu)勢（不依賴于被控對象的數(shù)學模型，設計算法簡單，易于實現(xiàn)，能夠直接從操作者的經驗歸納，優(yōu)化而得到，且適應能力好，抗干擾能力強，魯棒性好） 相結合，組成一種復合控制器，即模糊PID控制器。實驗證明在高速伺服系統(tǒng)中取得了良好的效果。 一、模糊PID控制原理 （一）PID參數(shù)Fuzzy自整定控制原理 PID參數(shù)Fuzzy自整定控制是利用模糊控制器對PID控制器進行參數(shù)的在線自整定。其過程是：先找出PID三參數(shù)和誤差與誤差變化率之間的模糊關系，在運行中通過不斷檢測誤差和誤差變化，再根據(jù)模糊控制原理對上述三參數(shù)進行在線修改，以滿足不同誤差和誤差變化時對控制器參數(shù)的不同要求。常規(guī)PID控制算法為： 式中， 分別為其輸入變量偏差與偏差變化，kp，k i及kd分別為表征其比例，積分及微分作用的參數(shù)。Fuzzy自整定PID參數(shù)控制器是一種在常規(guī)PID控制器的基礎上，應用Fuzzy集合理論建立參數(shù)kp，k i與kd同偏差絕對值|E|和偏差變化絕對值|EC|間的二元連續(xù)函數(shù)關系： 并根據(jù)不同的|E|，|EC|在線自整參數(shù)kp，k i與kd 的Fuzzy控制器。 （二）PID參數(shù)Fuzzy整定策略 一般情況下，在不同|E|，|EC|下被控過程對參數(shù)kp，k i與kd的自整定要求可歸結為： 當|E|較大時，為使系統(tǒng)具有良好的快速跟蹤性能，避免因E瞬間變化大而引起微分飽和，應取較大的kp與較小的kd。為避免系統(tǒng)響應出現(xiàn)較大的超調，應對積分作用加以限制，通常取ki= 0；根據(jù)實際情況也可直接采取P控制。 當|E|處于中等大小時，為了減小系統(tǒng)的超調同時保證系統(tǒng)的響應速度，kp應取得小些；ki的取值要適當；在這種情況下，kd的取值對系統(tǒng)響應的影響較大，一般取值經驗為：|EC|較大時，kd可取稍��；|EC|較小時，kd可取稍大。實際中也可直接采用PD控制。 當|E|較小時，為使系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)態(tài)性能，提高系統(tǒng)的抗干擾性，避免系統(tǒng)振蕩，kp與ki均應取得大些。同時為避免系統(tǒng)在設定值附近出現(xiàn)振蕩，kd值的選擇很關鍵，可根據(jù)|EC|來決定，當|EC|較大時，kd可取稍��；|EC|較小時，kd可取稍大。 二、P-FUZZY- PI多模多段控制器 P-FUZZY- PI多模多段控制器是根據(jù)不同的條件和要求分段用不同模式進行控制，即當誤差大于某一閥值時，用比例控制，以提高系統(tǒng)的響應速度，加快響應過程；當誤差小于某一閥值時，切換轉入模糊控制，以提高系統(tǒng)的阻尼特性，減小響應過程的超調；當誤差達到平衡點附近時，采用P I 控制，利用其積分作用的特點最終消除誤差。 三、模糊PID控制在縫紉機中的應用 （一）工業(yè)縫紉機伺服控制系統(tǒng)簡介 工業(yè)縫紉機控制系統(tǒng)需要精確定位。無級調速的伺服系統(tǒng)。整個系統(tǒng)由電磁離合器電機（亦稱電磁調速異步電動機）、與縫紉機機械部分相關的功能電磁閥、主控電路板，測速反饋板、腳踏板控制指令接口板和電源板等組成。 圖2為系統(tǒng)結構框圖。其中，內閉環(huán)為速度環(huán)，外閉環(huán)為位置環(huán)�？刂扑惴�1用于電磁離合器電機調速，控制算法2用于電磁離合器電機的精確定位。被控對象電磁離合器電機的基本調速方式為PWM調速。其技術指標中最重要的是定位精度。通常工縫機的最高轉速可達到5000 轉。在如此高的速度下要求其迅速，精確定位，定位精度最大不能超過-5mm - 5mm。因為隨后的剪線和挑線勸作都是依賴于其精度的，倘若定位不準，很可能會發(fā)生打針的現(xiàn)象。 （二）工業(yè)縫紉機系統(tǒng)控制器算法 當只采用PID控制時，存在以下問題： 1．死區(qū)太大。當積分常數(shù)很小時，控制精度差，控制不平穩(wěn)。如果積分時間常數(shù)太大，又會引起大的超調，震蕩，過渡過程長，控制精度也難以保證。 2．定位精度差。給參數(shù)的確定帶來很大困難。 當用分段PID控制，將系統(tǒng)速度分為5 段，每段分別用不同的PID參數(shù)，控制效果能達到滿意的效果，可是對所有的點還不能完全滿足精確的要求，而且，隨著硬件溫度上升，精確性變得更差。 由于以上原因，最終制定控制器的算法方案為：當系統(tǒng)偏差較小時，采用參數(shù)自整定PID控制；當系統(tǒng)出現(xiàn)較大的偏差時，切換為模糊控制。 具體控制采用增量式數(shù)字PID控制。算式為： 式中，kp，ki，kd為比例、積分、微分系數(shù)， ，T 為采樣周期，在動態(tài)響應過程中，根據(jù)偏差E 和偏差變化EC 的特征信息由模糊推理產生一個相應的合理的α變化并作用于Kp，Ti，Td即 式中，γ、β分別為比例增益和積分時間的調整系數(shù)，其值是根據(jù)不同系統(tǒng)由經驗給出。kpo、kio、kdo為PID控制器的初始整定值，在此作用下的PID參數(shù)根據(jù)偏差E和偏差變化EC進行動態(tài)調整以滿足動態(tài)性能。α（t）的在線調整則由一個Fuzzy推理生成，根據(jù)當前E與EC，被控對象的特點和實際經驗推理產生出一個模糊變量H，其反映α在動態(tài)過程中應具備的變化趨勢的模糊決策，H經非模糊化處理后得到的h（t），并由它在線調整α，即： α（t）=α（t-1）+ηh（t）α（t）∈[0，1] η為調整α的變化速度。 （三）實驗結果對比 使用三種控制策略的縫紉機定位精度對比見表1，此時縫紉機轉速為2000 r/min。 四、結論 綜合試驗結果可以看出：模糊PID控制能使系統(tǒng)響應快且無超調，有更強抗負載擾動能力，具備更強的魯棒性。該模糊PID控制器經過調試、運行，表明有快速反應和消除靜差的作用，滿足了高速伺服系統(tǒng)的定位精度要求。