本發(fā)明涉及自動(dòng)化控制領(lǐng)域，尤其涉及一種三電平dc-dcbuck變換器的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的輸出電壓和飛跨電容電壓的解耦控制方法。

背景技術(shù)：

在高輸入/輸出電壓的功率變換場(chǎng)合，選取具有合適耐壓值的功率開(kāi)關(guān)器件往往比較困難。多電平變換器利用飛跨電容使得輸入電壓在串聯(lián)的各開(kāi)關(guān)管之間均分，不但能降低開(kāi)關(guān)管電壓應(yīng)力和減小輸出濾波器體積，還能提高動(dòng)態(tài)特性，所以在輸入/輸出電壓較高的中大功率變換場(chǎng)合具有廣泛的應(yīng)用前景。但是，多電平變換器的輸出電壓與各飛跨電容電壓之間存在耦合的關(guān)系，是一個(gè)強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng)，所以需要將其解耦成多個(gè)單輸入輸出系統(tǒng)，以對(duì)飛跨電容電壓和輸出電壓進(jìn)行獨(dú)立的控制。雖然現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)有一些有效的控制方法，但是利用滑模技術(shù)控制輸出電壓同時(shí)利用自整定模糊pid技術(shù)控制飛跨電容電壓的解耦以及平衡的方法尚屬空白，這就亟需本領(lǐng)域技術(shù)人員解決相應(yīng)的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，特別創(chuàng)新地提出了一種用于三電平dc-dcbuck變換器的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的輸出電壓和飛跨電容電壓的解耦控制方法，

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供了一種基于等效控制理論的定頻滑模控制器對(duì)輸出電壓進(jìn)行控制，并結(jié)合傳統(tǒng)pid控制與模糊控制的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)出自整定模糊pid控制器對(duì)飛跨電容電壓進(jìn)行控制。

一種用于三電平dc-dcbuck變換器的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的輸出電壓和飛跨電容電壓的解耦控制方法，包括如下步驟：

s1，建立滑膜面和開(kāi)關(guān)控制器的滑模函數(shù)，設(shè)計(jì)滑?？刂破鳎瑢?duì)三電平dc-dcbuck變換器的輸出電壓進(jìn)行控制；

s2，設(shè)計(jì)模糊pid控制器，將控制器的輸出偏差以及偏差的變化量同時(shí)輸入到模糊控制器中，分別對(duì)pid控制器的三個(gè)參數(shù)kp、ki、kd進(jìn)行調(diào)節(jié)，經(jīng)過(guò)處理后實(shí)現(xiàn)對(duì)飛跨電容電壓的解耦控制。

所述的用于三電平dc-dcbuck變換器的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的輸出電壓和飛跨電容電壓的解耦控制方法，優(yōu)選的，所述s1包括：

建立滑?？刂破髦械那袚Q函數(shù)s＝s(x)和切換面s(x)＝0以及變結(jié)構(gòu)控制函數(shù)

其中u⁺(x)≠u(mài)^-(x)。

開(kāi)關(guān)變換器的狀態(tài)空間方程為切換函數(shù)默認(rèn)選擇

采用滯環(huán)控制的方法來(lái)限制開(kāi)關(guān)切換頻率，定義控制規(guī)律為：

根據(jù)切換函數(shù)切換的滯環(huán)寬度2δ和滑模面等效導(dǎo)數(shù)根據(jù)下式估算出時(shí)間t1和t2：

以系統(tǒng)閉環(huán)輸出電壓偏差x1及其微分x2和積分x3為狀態(tài)變量，有：

滑模控制的切換函數(shù)為：

s(x)＝k1x1+k2x2+k3x3

其中k1＞0，k2＞0，k3＞0。

設(shè)計(jì)基于等效控制理論的定頻滑?？刂破?，滑模控制器的輸出占空比d。

所述的用于三電平dc-dcbuck變換器的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的輸出電壓和飛跨電容電壓的解耦控制方法，優(yōu)選的，所述s2包括：

綜合傳統(tǒng)的pid控制與模糊控制的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)出自整定模糊pid控制器對(duì)三電平dc-dcbuck變換器的飛跨電容電壓進(jìn)行控制。

模糊控制器由輸入量模糊化接口、知識(shí)庫(kù)(包括數(shù)據(jù)庫(kù)和規(guī)則庫(kù))、模糊推理機(jī)和輸出量解模糊接口四部分組成。模糊控制器能充分利用有經(jīng)驗(yàn)的人員對(duì)非線性的被控對(duì)象進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，充分發(fā)揮pid控制器的良好控制作用，使整個(gè)控制系統(tǒng)達(dá)到最佳狀態(tài)。

本系統(tǒng)中的pid控制器有5個(gè)輸入量：e2(k)、ec(k)(即e2(k)-e2(k-1))、δkp、δki和δkd，而輸出量即為控制量δd(k)，其控制算法為：

式中，δd(k)和e2(k)分別為第k個(gè)采樣時(shí)刻控制器的輸出值(控制量)和輸入值(偏差信號(hào))；kp為比例系數(shù)，ti、td分別是積分、微分時(shí)間常數(shù)；t是系統(tǒng)采樣周期；其中ki＝kpt/ti、kd＝kptd/t。

選取常規(guī)pid控制器的三個(gè)控制參數(shù)的初始值分別為k′p、k′i、kd，那么pid控制器的三個(gè)參數(shù)kp、ki、kd可由下式得出：

式中δkp、δki、δkd為模糊控制器的輸出量。

從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、超調(diào)量及穩(wěn)態(tài)精度等方面綜合考慮pid控制器三個(gè)控制參數(shù)kp、ki、kd的作用，可得到模糊控制規(guī)則。利用重心法實(shí)現(xiàn)解模糊化，因?yàn)橹匦姆ㄔ谳斎胄盘?hào)有較小的變化時(shí)，其推理的輸出值也會(huì)發(fā)生變化。重心法其實(shí)質(zhì)上就是加權(quán)平均法，可用下式表示：

其中，u^*是精確量，xi是輸出量論域中相應(yīng)元素的值，μc(xi)表示xi的隸屬度。

經(jīng)過(guò)解模糊化得到u^*，還需要把其轉(zhuǎn)化為基本論域中的精確量u；設(shè)輸出量u的基本論域?yàn)閇-y，y]，模糊論域?yàn)閧-n，-(n-1)，...，n-1，n}，定義比例因子k＝y(tǒng)/n，那么可得：

u＝u^*×k。

綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明提出的滑?？刂品椒ê妥哉：齪id控制方法使該控制器能夠調(diào)節(jié)輸出電壓跟蹤參考值的同時(shí)平衡飛跨電容電壓在輸入電壓值的一半，能夠發(fā)揮三電平dc-dcbuck變換器相較于傳統(tǒng)buck變換器的優(yōu)勢(shì)。文中利用的控制方法具有啟動(dòng)過(guò)程無(wú)超調(diào)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快和抗擾動(dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1為本發(fā)明三電平dc-dcbuck變換器示意圖；

圖2a和2b為本發(fā)明d＜0.5時(shí)三電平dc-dcbuck變換器等效拓?fù)鋱D；

圖3a和3b為本發(fā)明0.5≤d＜1時(shí)三電平dc-dcbuck變換器等效拓?fù)鋱D；

圖4為本發(fā)明三電平dc-dcbuck變換器在占空比0＜d＜0.5時(shí)，開(kāi)關(guān)管的柵極信號(hào)、開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓和電感電流的波形圖；

圖5為本發(fā)明三電平dc-dcbuck變換器在占空比和0.5≤d＜1時(shí)，開(kāi)關(guān)管的柵極信號(hào)、開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓和電感電流的波形圖；

圖6為本發(fā)明三電平dc-dcbuck變換器解耦控制框圖；

圖7為本發(fā)明模糊pid控制器結(jié)構(gòu)框圖；

圖8為本發(fā)明輸出電壓閉環(huán)控制框圖；

圖9為本發(fā)明飛跨電容電壓閉環(huán)的控制框圖；

圖10是本發(fā)明三電平dc-dcbuck變換器雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)的具體含義。

本發(fā)明的步驟為：

步驟1，分析影響飛跨電容電壓和輸出電壓的因素，針對(duì)飛跨電容電壓閉環(huán)與輸出電壓閉環(huán)耦合的特點(diǎn)給出解耦條件，建立三電平dc-dcbuck變換器的數(shù)學(xué)模型。從控制理論的角度來(lái)看，三電平dc-dcbuck變換器是一個(gè)多輸入多輸出系統(tǒng)。占空比di(i＝1，2)是輸入的控制量，飛跨電容電壓vcf和輸出電壓vo或電感電流可看作是輸出量。如圖1所示，開(kāi)關(guān)管si(i＝1，2，3，4)導(dǎo)通時(shí)，流過(guò)si的電流為電感電流il(穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感電流的脈動(dòng)量很小，可以認(rèn)為電感電流為恒定值il)；si關(guān)斷時(shí)，沒(méi)有電流流過(guò)。若設(shè)開(kāi)關(guān)管si的占空比為di，那么在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)流過(guò)si的電流平均值為：

isi＝il×di(1)

飛跨電容cf的電流平均值為相鄰的兩開(kāi)關(guān)管s1、s2的電流平均值之差，即：

icf＝is1-is2＝il×(d1-d2)(2)

那么在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，飛跨電容電壓vcf的變化量可表示為：

在三電平dc-dcbuck變換器中，濾波器兩端電壓是開(kāi)關(guān)管s3和s4兩端電壓之和。由于s1和s4總是互補(bǔ)導(dǎo)通的，s2和s3也總是互補(bǔ)導(dǎo)通的，所以s1導(dǎo)通時(shí)，s4關(guān)斷，此時(shí)加在s4兩端的電壓為vs4＝vin-vcf；s2導(dǎo)通時(shí)，s3關(guān)斷，此時(shí)加在s3兩端的電壓為vs3＝vcf。因此，可得到濾波器兩端電壓的平均值，即變換器的輸出電壓vo為：

vo＝vcf·d2+(vin-vcf)·d1(4)

如果開(kāi)關(guān)管的占空比d1和d2相等，則δvcf為0，δvcf將自動(dòng)穩(wěn)定在vin/2。但在實(shí)際的電路中，由于驅(qū)動(dòng)脈沖電路的不對(duì)稱(chēng)以及開(kāi)關(guān)管本身開(kāi)關(guān)性能的差異，各開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間并不完全相等。為方便研究，假設(shè)：di＝d+δdi(i＝1，2)，其中δdi可以看作是各開(kāi)關(guān)管的占空比在穩(wěn)態(tài)值d附近的擾動(dòng)量，并且/δdi/＜＜d。根據(jù)式(3)和(4)，可得到飛跨電容電壓vcf的變化量及輸出電壓vo的表達(dá)式為：

δvcf＝(δd1-δd2)·il·ts/cf(5)

vo＝d·vin+δd1·(vin-vcf)+δd2·vcf(6)

式中vcf為飛跨電容cf在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的電壓平均值。

步驟2，飛跨電容電壓和輸出電壓的解耦。根據(jù)式(5)，我們可以通過(guò)調(diào)節(jié)δdi來(lái)調(diào)節(jié)控制飛跨電容cf的電壓vcf穩(wěn)定在vin/2。但是，調(diào)節(jié)δdi的同時(shí)必然導(dǎo)致輸出電壓vo的變化。我們期望調(diào)節(jié)δdi來(lái)控制飛跨電容電壓vcf的同時(shí)，對(duì)輸出電壓vo不產(chǎn)生影響，也就是希望式(6)中的后兩項(xiàng)之和為0?？梢詫⑸鲜龅目刂颇繕?biāo)用方程組的形式表示如下：

由式(4)可以得到：

δd1+δd2＝0(8)

因此，只要滿足式(8)，就可以通過(guò)調(diào)節(jié)δdi來(lái)調(diào)節(jié)控制飛跨電容cf的電壓vcf穩(wěn)定在vin/2，并且對(duì)輸出電壓vo不構(gòu)成影響。

上面利用式(8)將輸出電壓從飛跨電容的控制中獨(dú)立出來(lái)，使得輸出電壓vo只與占空比d和輸入電壓vin有關(guān)。令

δd1＝-δd2＝δd(9)

那么，d和vo、δd和δvcf分別構(gòu)成相互獨(dú)立的兩個(gè)單輸入單輸出系統(tǒng)。對(duì)兩個(gè)單輸入單輸出系統(tǒng)分別進(jìn)行閉環(huán)控制，就得到整個(gè)系統(tǒng)的閉環(huán)控制框圖如圖6所示。

步驟3，三電平dc-dcbuck變換器的建模。對(duì)于buck三電平直流變換器的多模態(tài)工作情況，可以根據(jù)其工作原理，將工作過(guò)程統(tǒng)一成兩個(gè)等效拓?fù)涞男问健?duì)于圖1所示的buck三電平直流變換器，電路工作在穩(wěn)態(tài)時(shí)，飛跨電容cf的電壓vcf在一個(gè)周期內(nèi)的平均值可以近似為vin/2。

當(dāng)占空比0＜d＜0.5時(shí)，buck三電平直流變換器的四個(gè)工作狀態(tài)可用兩個(gè)工作狀態(tài)來(lái)等效，如圖2a、2b所示。

圖2a、2b所示變換器的動(dòng)態(tài)方程為

當(dāng)u＝1時(shí)，表示開(kāi)關(guān)管s1和s2不同時(shí)關(guān)斷，變換器工作于圖2a等效子拓?fù)?；?dāng)u＝0時(shí)，表示開(kāi)關(guān)管s1和s2同時(shí)關(guān)斷，變換器工作于圖2b等效子拓?fù)?。以輸出電壓偏差x1及其微分x2和積分x3為狀態(tài)變量，可得

其中

則f(x)＝ax+h，g(x)＝b。

當(dāng)占空比0.5≤d＜1時(shí)，buck三電平直流變換器工作于三電平模式(當(dāng)占空比d＜0.5時(shí)，buck三電平直流變換器工作于兩電平模式，不再討論該種情況)，可以用兩個(gè)工作狀態(tài)來(lái)等效，如圖3a、3b所示。

圖3a、3b所示變換器的動(dòng)態(tài)方程為

當(dāng)u＝1時(shí)，表示開(kāi)關(guān)管s1和s2同時(shí)導(dǎo)通，變換器工作于圖3a等效子拓?fù)洌划?dāng)u＝0時(shí)，表示開(kāi)關(guān)管s1和s2不同時(shí)導(dǎo)通，變換器工作于圖3b等效子拓?fù)?。以輸出電壓偏差x1及其微分x2和積分x3為狀態(tài)變量，可得

其中

則f(x)＝ax+h，g(x)＝b。

對(duì)于式所示的開(kāi)關(guān)變換器系統(tǒng)，由于f(x)和g(x)是平滑矢量場(chǎng)，并且矢量場(chǎng)的平滑性是指函數(shù)具有任意階連續(xù)偏導(dǎo)數(shù)。那么，對(duì)于給定的函數(shù)s(x)和矢量場(chǎng)f(x)，定義函數(shù)s(x)對(duì)f(x)李導(dǎo)數(shù)為：

因此，由(14)可知，李導(dǎo)數(shù)lfs即函數(shù)s(x)沿矢量場(chǎng)f(x)的導(dǎo)數(shù)。如果用李導(dǎo)數(shù)lfs設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)變換器的切換函數(shù)就能得到以下結(jié)論。

①滑模面的存在條件和可達(dá)條件

②滑模運(yùn)動(dòng)的必要條件

由式(15)，可得

③滑模運(yùn)動(dòng)的等效控制

為使系統(tǒng)在滑模面上保持滑模運(yùn)動(dòng)，則有：

由式(17)得系統(tǒng)的等效控制ueq為：

④滑模運(yùn)動(dòng)的充要條件

由式(15)、(17)和式(18)可得，存在滑模運(yùn)動(dòng)的充要條件就是等效控制ueq的取值必須滿足以下條件：

0＜ueq＜1(19)

步驟4，輸出電壓閉環(huán)的滑?？刂破髟O(shè)計(jì)。對(duì)于buck三電平直流變換器的多模態(tài)工作情況，很適合于采用滑?？刂苼?lái)實(shí)現(xiàn)和改善變換器輸出電壓的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。以系統(tǒng)閉環(huán)輸出電壓偏差x1及其微分x2和積分x3為狀態(tài)變量，則有：

設(shè)滑模控制的切換函數(shù)為

s(x)＝k1x1+k2x2+k3x3(21)

其中k1＞0，k2＞0，k3＞0。

選擇滑?？刂坪瘮?shù)為

其中s為切換函數(shù)，

由式(13)和(21)知，切換函數(shù)s(x)對(duì)g(x)李導(dǎo)數(shù)為

上式表明，切換函數(shù)s(x)滿足式(15)所示的存在滑模運(yùn)動(dòng)的必要條件。

由式(13)可得：

將式(24)代入式(14)中，可得切換函數(shù)s(x)對(duì)f(x)李導(dǎo)數(shù)為

由式(18)可得：

把式(20)中的x1＝vref-vo和x2＝d(vref-vo)/dt代入式(26)，有

由于在穩(wěn)態(tài)時(shí)有vo≈vref，且實(shí)際電路中l(wèi)和c的值都足夠小，如果選擇k1/k2＝1/(rc)，那么式(27)可近似為0＜ueq≈2vref/vin-1＜1，即所選擇的切換函數(shù)滿足存在滑模運(yùn)動(dòng)的充要條件。除此之外，只要k1、k2和k3選擇恰當(dāng)，也能滿足存在滑模運(yùn)動(dòng)的充要條件。

為了實(shí)現(xiàn)基于等效控制理論的滑?？刂?，可以把滑模變結(jié)構(gòu)控制的等效控制量ueq等價(jià)為脈寬占空比d，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)buck三電平直流變換器的定頻控制，即

由于式(28)中的占空比d是根據(jù)圖3a、3b中等效子拓?fù)浣⒌哪Ｐ陀?jì)算出來(lái)的，即式(28)中的占空比d表示在一個(gè)周期中開(kāi)關(guān)管s1和s2同時(shí)導(dǎo)通的時(shí)間與周期的比值，根據(jù)圖5所示的波形可以得到

由式(29)知，開(kāi)關(guān)管的占空比d為

將式(28)代入式(30)，有

將式(31)寫(xiě)成數(shù)字形式，有：

其中e1(k)＝vref-vo(k)(k＝1，2...n)，t為采樣周期。

采用式(32)設(shè)計(jì)基于等效控制理論的定頻滑?？刂破?，滑?？刂破鞯妮敵鰹檎伎毡萪。輸出電壓閉環(huán)控制框圖如圖8所示。

步驟5，模糊pid控制器設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)中的pid控制器有5個(gè)輸入量：e2(k)、ec(k)(即e2(k)-e2(k-1))、δkp、δki和δkd，而輸出量即為控制量δd(k)，其控制算法為：

式中，δd(k)和e2(k)分別為第k個(gè)采樣時(shí)刻控制器的輸出值(控制量)和輸入值(偏差信號(hào))；kp為比例系數(shù)，ti、td分別是積分、微分時(shí)間常數(shù)；t是系統(tǒng)采樣周期；其中ki＝kpt/ti、kd＝kptd/t。

選取常規(guī)pid控制器的三個(gè)控制參數(shù)的初始值分別為k′p、k′i、k′d，那么pid控制器的三個(gè)參數(shù)kp、ki、kd可由下式得出：

式中δkp、δki、δkd為模糊控制器的輸出量。

模糊控制器輸入量為飛跨電容電壓偏差e2(k)和偏差的變化量ec(k)，輸出量為pid控制器三個(gè)參數(shù)的修正量，即δkp、δki和δkd。

e2、ec、δkp、δki和δkd的模糊集為均為：{nb、nm、ns、ze、ps、pm、pb}，其中nb、nm、ns、ze、ps、pm、pb分別代表負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中和正大；模糊集論域均為{-3，-2，-1，0，1，2，3}。

輸入量e2、ec和輸出量δkp、δki、δkd的實(shí)際取值范圍，就是系統(tǒng)的基本論域。基本論域中的量是連續(xù)取值的模擬量。設(shè)偏差e2的基本論域?yàn)閇-x，x]，如果偏差e2的模糊集論域?yàn)閧-n，-(n-1)，...，n-1，n}，則定義精確量e2的模糊量化因子為ke為：

同理，可定義偏差變化量ec的量化因子kec。

從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、超調(diào)量及穩(wěn)態(tài)精度等方面綜合考慮pid控制器三個(gè)控制參數(shù)kp、ki、kd的作用，可得出模糊控制規(guī)則如下：

①在pid控制中，系統(tǒng)的響應(yīng)速度是由kp決定的。為了使系統(tǒng)獲得良好的性能，當(dāng)處于調(diào)節(jié)初期時(shí)，應(yīng)該適當(dāng)選取較大的kp值以提高系統(tǒng)響應(yīng)速度；當(dāng)處于調(diào)節(jié)中期時(shí)，kp應(yīng)該選取較小的值，以便使系統(tǒng)在保證一定響應(yīng)速度的同時(shí)具有較小的超調(diào)量；在處于調(diào)節(jié)末期時(shí)，kp應(yīng)該選取較大的值以便減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度。

②積分作用可以消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。當(dāng)處于調(diào)節(jié)初期時(shí)，因?yàn)橐恍┲T如飽和非線性的因素，可能產(chǎn)生積分飽和的現(xiàn)象，導(dǎo)致超調(diào)量較大。所以，為避免積分飽和現(xiàn)象，在調(diào)節(jié)初期應(yīng)該減弱積分環(huán)節(jié)作用，ki甚至可以為零；當(dāng)處于調(diào)節(jié)中期時(shí)，為了避免對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性造成影響，ki應(yīng)該選取適中的值；當(dāng)處于調(diào)節(jié)末期時(shí)，需要適當(dāng)增大積分作用，以減小系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度。

③微分環(huán)節(jié)能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)，改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合理論分析，在調(diào)節(jié)初期，應(yīng)當(dāng)加大微分作用，即取較大的kd值，以便使超調(diào)量較小甚至無(wú)超調(diào)量；在調(diào)節(jié)中期，kd應(yīng)選取適當(dāng)大小的值；在調(diào)節(jié)末期，應(yīng)當(dāng)減小kd的值，以便削弱被控過(guò)程的制動(dòng)作用。

本發(fā)明用重心法實(shí)現(xiàn)解模糊化，因?yàn)橹匦姆ㄔ谳斎胄盘?hào)有較小的變化時(shí)，其推理的輸出值也會(huì)發(fā)生變化。重心法其實(shí)質(zhì)上就是加權(quán)平均法，可用下式表示：

其中，u^*是精確量，xi是輸出量論域中相應(yīng)元素的值，μc(xi)表示xi的隸屬度。

經(jīng)過(guò)解模糊化得到u^*，還需要把其轉(zhuǎn)化為基本論域中的精確量u。設(shè)輸出量u的基本論域?yàn)閇-y，y]，模糊論域?yàn)閧-n，-(n-1)，...，n-1，n}，定義比例因子k＝y(tǒng)/n，那么可得

u＝u^*×k(37)

在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。