摘要：PID控制算法简单，参数调整方便，应用广泛。但是常规的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。该文设计的仿人智能PID控制器用正态函数拟和模糊控制规则，辅以根据误差和误差变化率 的调整，能根据实际情况调整和完善PID参数，具有鲁棒性强，响应速度快，稳态精度高等优点。该方法在导弹自动驾驶仪的设计中有很好的应用效果。 关键词：控制器；模糊控制；自动驾驶仪；仿真
1 引言
据统计，工业控制的控制器中PID类控制器占90％上。PID控制器是最早出现的控制器类型，因其结构简单，各个控制器参数有着明显的物理意义，调整方便，所以这类控制器很受工程技术人员的欢迎。 随着控制理论的发展，出现了各种分支，如专家系统、模糊逻辑、神经网络、灰系统理论等，它们和传统的PID控制策略相结合又派生出各种新型的PID金融机构大额交易和可疑交易报告管理办法
控制器，大大改进了传统PID控制器的性能。 本文设计的仿人智能PID控制器把模糊控制规则函数化。能根据实际情况自动调整和完善PID参数的控制规则实现在线调整PID参数。 2 设计仿人智能PID控制器的参数
PID控制器的控制量的表达形式一般是：
u = kp*error+ki*errori+kd*errord (1)
仿人智能 PID控制器的参数整定是到PID控制的三个参数kp、ki、kd与误差e、误差变化率ē cvb之间的关系，在运行中不断检测 e和ē；，根据控制原理对kp、ki、kd进行在线修改以满足不同 e和ē时对控制参数的不同要求，而使得被控对象具有良好的动态、静态性能。
2.1 仿人智能 PID控制器参数的设计原则
从系统的稳定性、响应速度、超调量和稳态精度等方面 考虑kp、ki、kd的作用如下：
1)比例系数kp的作用是加快系统的响应速度，提高系统的调节精度。kp越大，系统的响应速度越快，系统的调节精度越高，但易产生超调，甚至会导致系统不稳定。kp取值过小。则系统响应速度缓慢。会降低调节精度。
2)积分系数ki的作用是消除系统的稳态误差。ki 越大，系统的静态误差消除越快，但ki过大，
在响应过程的初期会产生积分饱和现象，从而引起响应过程的较大的超调。若ki 过小，将使系统静态误差难以消除，影响系统的调节精度。
3)微分系数kd的作用是改善系统的动态特性，其作用主要是在响应过程中抑制偏差向任何方向变化，对偏差变化进行提前预报。但kd过大，会影响过程提前制动，从而延迟调节时间。
kp、ki、kd的调节规则如下：
1)当偏差较大时，选择适当大的kp、ki、kd，使系统快速上升，但又不会产生过大的超调；当偏差进入小范围内，适当减小ki、kd，以提高稳态精度。
2)在响应的初期，ki应取较小的值，以避免积分饱和；随着偏差的减小和偏差变化率的增大，也适当增大。
2．2 设计仿人智能 PID控制器的参数
在一般 PID控制器中，kp、ki、kd是定常的参数。 本文设计的仿人智能 PID控制器是在一
般 PID控制器的基础上，根据上述的kp、ki、kd的调节规则，设计根据误差和误差变化率进行实时更新的kp、ki、kd，以达到增强系统稳定性、加快系统响应速度、减小超调量和提高稳态精度的目的。
kp、ki、kd是与误差e和误差变化率ē相关的函数，表达式形式为：
kp = f1(e,ē)=f11(e)+f12(ē)+f13(e,ē空气净化高压电源) (2)
ki = f2(e,ē)=f21(e)+f22(ē)+f23(e,ē) (3)
kd = f3(e,ē)=f31(e)+f32(ē)+f33(e,ē) (4)
f11(e)=k11﹒[1-exp-()],f12=k12﹒exp-() (5)
f21(e)=k21﹒[1-exp-()],f22=k22﹒exp-()(6)
f31(e)=k31﹒[1-exp-()],f32=k32﹒exp-() (7)
kp、ki、kd的值随着误差e和误差变化率ē改变。当偏差较kp、ki、kd大时，偏差的权应该
大些，而当偏差小时，应适当增加偏差变化率的权重。由此而设计可方便地改变误差e和误差变化率ē权重的函数形式。
图2 正太函数的曲线形状
周文麟
以上函数的大体曲线形状如图2所示。
K11 、K12、 K21协方差、K22、K31、K32称为比例因子，调节曲线的上下幅度，从宏观上调整误差和误差变化率的比例；b11、b12、b21、b22、b31、b32称为权重因子，调节曲线的左右延展，从微量上修正误差和误差变化率的权重。
3 数字仿真
根据(2)、(3)、(4)对kp、ki、kd进行实时更新，设计仿人智能 PID控制器的控制量u：
u = kp*error+ki*errori+kd*errord （8）
本文仿真试验以某型导弹自动驾驶仪俯仰通道来讨论。考虑阻尼回路有：
（9）
取特征弹道的参数：
KD= a3a4/(a2+a1a4)= 0.0225,
TD = 1/= 0.0424,
εD= a1+a4/= 0.0541,
TqD = 1/a4 = 53.9479。
各参数的具体含义见参考文献[1]。该控制器具有鲁棒性强、动态响应快、稳态精度高等优点。
3．1 仿人智能PID控制器的鲁棒性
在一般的 PID控制器中，分别取三组kp、ki、kd，其中kp 依次取为：0.5、1.0、2.5，获得控制对象对正弦曲线和方波曲线的跟踪效果。 在仿人智能 PID控制器中，也分别取三组kp、ki、kd，其中依次取为：0.5、1.0、2.5，获得控制对象对正弦曲线和方波曲线的跟踪效果。
由此可见，一般的PID控制器对参数的变化很敏感，不同参量是跟踪效果的差异较大。仿人智能PID控制器能根据误差和误差变化率实时调整kp、ki、kd，所以当控制器的参量变化时，仍能保持较好的跟踪效果，体现了仿人智能PID控制器具有较强的鲁棒性。
3．2 仿人智能PID控制器的快速性
仿人PID控制器一般的PID控制器能更快地进入稳态。仿人PID控制器的响应快速性是通过Kd来进行调节的。当K31分别取0.1、5.0、10.0时，控制系统对方波的跟踪曲线。
由此可见，仿人PID控制器的动态响应具有快速性，课通过微分系数进行微量调节。
3.3 仿人智能PID控制器的稳定性
跟踪曲线在误差为零的点存抖振。减小抖振的措施是：适当增大Ki，减小稳态误差，同时要避免出现积分饱和。当K21分别取1.0、2.0、5.0时，控制系统对方波的跟踪曲线。减弱抖振后，仿人智能PID控制器具有更强的稳定性。
4 结束语
从误差的角度来讲，控制的过程就是一个把系统误差逐渐减小，最后使误差趋于零的过程。本文设计的仿人智能PID控制器的特点是：根据人的控制思维过程设计控制规则对PID参数进行实时调整。土著菌
采用上述仿人智能控制器，无需精确确定对象的模型，同时也降低了对实践经验的依赖，控制系统能自动调整和完善控制规则，实现在线调整 PID参数。某型导弹自动驾驶仪设计的仿真结果也表明该控制器具有鲁棒性强，响应速度快，稳态精度高等优点；另外，该算法简单，参数调整方便，具有工业应用价值。
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