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模糊自适应 PID 控制在电液伺服系统中的应用研究

王荣林

南京理工大学泰州科技学院，江苏泰州（225300）

摘要：电液伺服系统中，存在的各种非线性因素，为了使系统对恶劣的环境有较强的适应
能力取得较高的控制品质和控制精度，设计了模糊自适应 PID 非线性控制器。仿真和试验
结果表明，本文设计的基于模糊自适应 PID 控制算法的控制器明显改善了系统的动态性能，
可以方便应用于工程之中。
关键词：模糊控制，自适应控制，非线性 PID 控制器，电液伺服系统
中图分类号：TP273.4

0. 前言

在工业过程控制和运动控制中，常规的

PID 调节器仍占有很大的比重，这是因为它

具有算法简单、整定方便，鲁棒性强，可靠

性高和不需要对象的精确数学模型等优点。

但对于具有延迟，非线性和参数时变的控制

系统，PID 参数只有不断地根据对象参数的
变化进行适应性地自整定或调整，才能得到

最优的控制效果。在实际的工作现场，由于

受各种干扰因素的影响，常规 PID 控制器参
数往往整定不良，性能欠佳，对运行工况的

适应性很差。基于上述认识，人们对 PID 进
行改进。

模糊控制是智能控制中最为活跃的领

域之一，它与常规 PID 控制相结合，扬长避
短，发挥各自的优势，形成智能 PID 控制。
它具有不依赖系统精确数学模型的特点，对

系统参数变化具有较好的鲁棒性。仿真和试

验结果表明，本文设计的基于模糊自适应

PID 控制算法的控制器可以使系统具有良好

的动静态控制效果和鲁棒性，有效地抑制负

载变化和外界干扰，很好地满足系统所要求

的性能指标。

1. 模糊自适应 PID 控制器

为了减少模糊控制器的复杂度，参考分

类模糊规则式嵌入式控制器

[1]

，本文提出

了一种误差分段智能控制算法。采用在误

差大的时候，采用 Bang－Bang 控制，能
迅速减小输出误差。同时为了提高系统的

稳定性和控制精度，在误差较小的时候，

特别在非线性误差段，采用基于智能控制

算法的 PID 控制策略。参考，设计本课题
在线实时模糊自整定 PID 控制器

[2]

，它的

控制方案原理图如图 1.所示。图中的辨识
机构是实现 Bang-Bang 控制和模糊自适应

PID 控制转换作用的。在控制的初期阶段，

采用 Bang-Bang 控制作为引导控制，辨识
机构根据该阶段得到的误差信息决定是进

行 Bang-Bang 控制还是进行模糊自适应

PID 控制。当误差大于某个设定值时进行

Bang-Bang 控制，当误差小于某一个设定

值时进行模糊自适应 PID 控制。而开关可
以直接通过编程简单方便的实现。

图 1 模糊自适应 PID 控制器的结构图

de/dt

模糊推理

PID

调节器

对
象

辨
识
机
构

Bang-bang 控制

rin +

yout

―

开
关

论域

调节器