基于智能控制的PID控制方式研究

黎永浩 曾宪荣

摘要：本文用PID控制來当作核心，联合并运用智能控制技术，针对智能控制的PID控制方式进行研究，并解析了PID控制以及智能控制的特点，进而提出了一种新型的智能PID控制方式。

关键词：智能控制；PID控制；控制方式

中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）05-0025-01

近几年，伴随控制科学的快速进展，同时控制理论也已通过了经典控制以及现代控制这两个拥有十分关键意义的进展阶段，现在它的理论与技术已经十分完善，并且还获得了非常普遍的运用。可是，在经典控制和现代控制这两个理论当中拥有一个相同的特点，那便是：基于被控制对象的清楚、有效的数学模型，也便是被控制对象以及干扰都可以运用较为严格的数学方程与函数来进行表现，通常控制目标与任务都会十分直接、明晰，被控制对象的不明确性以及外界所产生的干扰至能够从非常小范畴内产生。而对那些较为繁琐、巨大的被控制对象以及外界环境，有的时候却很难设立较为清楚、有效的数学模型，进而不能运用传统的控制理论来针对它实行定量的解析、测算与控制。所以，便产生了智能控制，并且其也获得了快速进展，现在已经进到了工程化、实用化阶段当中。

1 常规PID控制

常规PID控制在针对工业经过方面进行控制中，其拥有原理简洁、便于完成、运用便捷、稳定可靠以及稳态没有静差等许多优点。所以，尽管现在控制理论与技术都获得了快速的进展，可以依然拥有差不多90%的控制还是在运用PID控制，其从工业控制领域当中依然拥有非常强的生命力[1]。

1.1 PID控制的基本原理

PID控制也可以称作PID调节，它的控制规律是比例、积分以及微分控制，便是依照系统所产生的误差量，然后运用比例、积分以及微分算法，然后测算出控制调节量，进而针对系统进行良好的控制。

1.2 PID控制的特点

（1）比例控制。在PID控制当中比例（P）控制是最基础的一种形式，它控制器的输进和输出之间所形成的误差为比例关系。只要系统出现误差，那么控制器便会形成控制效用，进而让被掌控的对象不断往缩减误差的方向不断转变，控制效用的强弱是通过比例系统Kp来进行决定。可是对拥有自平衡（便是系统阶跃响应最终数值是一有限值）能力的被掌控对象来说，系统便会产生静态误差（Steady-state error）。经过调节Kp可以让其加大，这样便能够缩减静态的误差，可是若Kp过于大的话，又会致使系统超调量加大，从而致使系统动态性能遭到损坏。（2）积分控制。积分（I）控制的输进和输出之间所形成误差的积分为正比关系。若是系统出现误差，那么控制器便会针对所出现的误差实行记忆并积分，哪怕是很小的误差，积分量也会伴随时间的加长而不断加大，进而让系统静态的误差得到缩小，直至零，清除静态误差。可是，积分效用拥有一定的滞后性，若是积分效用过于强的话，会让被控制对象的动态品质遭到损坏，进而致使系统出现不稳定状况。（3）微分控制。微分（D）控制器的输进和输出之间所形成误差的微分为正比关系。若是系统出现了误差，那么控制器便会针对误差实行微分，进而估测出误差转变的规律，这样可以提前进行预防，进而从很大程度上避免出现被控制量严重超调的状况。可是，微分控制对干扰也十分敏感，会致使系统对干扰的抑制能力得到下降。

2 智能控制

2.1 智能控制的概念

在二十世纪七十年代早期，美国普渡大学（Purdue University）电气工程系国际知名华裔科学家傅京孙（K.S.Fu）教授提出了智能控制。因为它是将人工智能、计算机、讯息处置以及自动控制、运筹学等各个领域知识进行结合的交叉学科，因此其在许多领域当中都获得了普遍运用。智能控制便是经过运用定性和定量进行联合的方式，从而针对被掌控对象环境以及任务的繁琐性、不稳定性和多变性，有效地完成繁琐讯息的处置、优化、判定以及决策，进而实现对被掌控对象进行掌控的目的。

2.2 智能控制的结构特点

智能控制从解析方式上面拥有定性和定量两个联合的特点，而从构造上面也拥有非常显著的交叉学科（多元化）特点。依照它的进展经过可知，已经提出了智能控制的二元结构（荣功智能与自动控制学科进行联合的结果）、三元结构（人工智能、运筹学以及控制论三者进行联合的结果）、四元结构（人工智能、系统论、运筹学以及控制论四者进行联合的结果）[2]。他们也能够运用交集方式来进行展示，便是：

二元结构：IC=AI∩AC；三元结构：IC=AI∩CT∩OR四元结构：IC=AI∩CT∩ST∩OR。

当中，IC是指智能控制（Intelligent Control）；AC是指自动控制（Artificial Intelligence）；CT是指控制论（Control Theory）；OR是指运筹学（Operations Research）；ST是指系统论（System Theory）。

在智能控制结构进展中能够看出：（1）因为人工智能理论及技术的进展和其往控制领域当中的不断渗入，与运筹学的定量改进方式（比如线性筹划、网络筹划、改进决策以及多目标改进等各种方式）逐渐和控制系统问题进行联合，从理论和实践方面维控制理论打开了新进展方向，提供了新思维与方式，进而为智能控制的出现打下了坚实的基础；（2）智能控制便是把人工智能的理论及技术与运筹学的改进方式，和控制理论及技术与系统问题进行联合，从未知的环境（其是指广义的被控制对象或者是经过与其外界环境）中，模仿人类的智能，从而完成对系统的抑制。

3 基于智能控制的PID控制方式

如前面所说，尽管常规PID控制当中拥有一些不足的地方，可是因为其拥有非常明显的优点，所以其从工业经过抑制领域当中始终都占据着主导位置。可是，从现实运用过程中，因为很多被控制过程机理都非常繁琐，拥有非常强的非线性、不稳定性以及滞后性等特征，所以致使PID控制参数的整定达不到预定的成效；从噪声以及负载干扰等众多因素的影响下，过程参数乃至是模型构造都会伴随时间以及工作环境的改变而不断转变，这便需要从PID控制当中，不但PID参数的整定不能依附系统数学模型，同时PID参数还要进行在线调节，进而可以让实时控制的需求得到满足。所以，用PID控制来当作核心，并联合应用智能控制技术，进而逐渐产生了多个基于智能控制的PID控制方式，比如专家PID控制、神经网络PID控制以及遗传PID控制等。

4 结语

综合上面所说，将传统PID控制和智能控制充分联合在一起，进而所产生的智能PID控制，能够非常好的抑制较为繁琐的非线性系统，同时其还兼顾了各个方式的优点。伴随对智能控制理论的不断钻研，过程智能控制和其应用一定会得到更大的进展，并且还会产生更多新的PID智能控制方法，进而让PID控制的性能变得更为完备，同时控制的效果也会得到大幅度增加。

参考文献

[1]刘莉宏.基于智能控制的PID控制方式的研究[J].北京工业职业技术学院学报，2012，（2）：33-38.

[2]王威，杨平.智能PID控制方法的研究现状及应用展望[J].自动化仪表，2008，（10）：1-3.