自適應模糊PID控制的太陽(yáng)光跟蹤伺服系統

由于高度角跟蹤傳動(dòng)機構與方位角傳動(dòng)機構工作時(shí)互不影響，下面以方位角跟蹤傳動(dòng)機構為例進(jìn)行建模和仿真研究。由文獻可知，方位角跟蹤傳動(dòng)機構的傳遞函數為：


3 自適應模糊PID控制器的設計
該控制系統設計的關(guān)鍵是要先找出3個(gè)參數與誤差e和誤差變化率ec之間的模糊關(guān)系，要求在系統運行中不斷檢測e和ec，根據模糊控制原理對3個(gè)參數進(jìn)行在線(xiàn)修正以滿(mǎn)足不同情況下對參數的不同要求，最終獲得良好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)控制性能。
3．1 確定模糊控制器的結構
基于對系統的上述分析，模糊控制器采用兩輸入、三輸出的控制器，將誤差e和誤差的變化率ec作為輸入，將PID控制器的3個(gè)參數的修正值作為輸出。KP，KI，KD參數調整算式如下：

3．2 確定語(yǔ)言變量并確定語(yǔ)言值的隸屬度函數
設定輸入誤差e的語(yǔ)言變量為E，誤差變化率ec的語(yǔ)言變量為EC，兩者的論域都為{-3，-2，-1，0，1，2，3}，相應的語(yǔ)言值為{負大(NB)，負中(NM)，負小(NS)，零(ZO)，正小(PS)，正中(PM)，正大(PB)}；輸出△KP的語(yǔ)言變量為△KP、△KI的語(yǔ)言變量為△KI、△KD的語(yǔ)言變量為△KD，三者的論域都為{0，1，2，3}，相應的語(yǔ)言值為{零(ZO)，正小(PS)，正中(PM)，正大(PB)}。輸入輸出變量的隸屬度函數采用三角函數。輸入變量e的隸屬函數如圖3所示，輸出變量△KP的隸屬函數如圖4所示。

3．3 建立模糊控制規則
PID參數的適應必須考慮到在不同時(shí)刻3個(gè)參數的作用以及相互之間的互聯(lián)關(guān)系。對于不同的誤差e和誤差的變化率ec，控制器參數的自整定原則可歸納如下：1)當誤差較大時(shí)，為使系統具有較好的快速跟蹤性能，應取較大的KP和較小的KD參數，同時(shí)為避免系統響應出現較大的超調，應對積分作用加以限制，取較小的KI；2)當誤差處于中等大小時(shí)，為使系統響應具有較小的超調，KP應取小一些，同時(shí)為保證系統的響應速度，KI和KD大小要適中；3)當誤差較小時(shí)，為保證系統具有較好的穩態(tài)特性，KP和KI應取得大一些，同時(shí)為避免系統在設定值附近出現振蕩，并考慮系統的抗干擾性能，當誤差變化率較小時(shí)，KD可取大些，當誤差變化率較大時(shí)，KD應取小一些。