摘要：為解決氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制過程中出現(xiàn)的超調(diào)大、精度低等問題，本文采用BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)整定出較優(yōu)的PID（Proportional Integral Derivative）控制參數(shù)，對(duì)Smith 預(yù)估控制器以及模糊控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了基于BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的Smith-Fuzzy-PID 控制方法。搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)來對(duì)控制方法進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果表明，提出的方法調(diào)節(jié)過程無超調(diào)，調(diào)節(jié)時(shí)間僅為1.9 s，定位精度在±0.5% 以內(nèi)，有效提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的快速精準(zhǔn)定位。

關(guān)鍵詞：氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥；Smith 預(yù)估；模糊控制；BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；PID 控制

中圖分類號(hào)：TH861 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥是過程工業(yè)中最常用的終端控制元件[1]，在其實(shí)際控制過程中，由于氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥本身具有非線性、滯后等特性，會(huì)導(dǎo)致調(diào)節(jié)過程會(huì)出現(xiàn)超調(diào)大、精度低等問題[2]，圍繞非線性滯后系統(tǒng)開展控制策略的研究一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)，也是氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥定位系統(tǒng)研發(fā)過程中的難點(diǎn)。Garcia 等[3]采用ZiegXADz4cIugzjPq0eWaaCb3w==ler-Nichols（Z-N） 法與Haalmana 法對(duì)PID（ Proportional Integral Derivative）控制器的參數(shù)進(jìn)行整定，結(jié)果表明Z-N 法整定的參數(shù)控制效果更好，但還存在超調(diào)并且穩(wěn)態(tài)誤差較大。Baskar 等[4] 提出了一種基于進(jìn)化算法的多變量PID 控制器，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法可以實(shí)現(xiàn)控制功能，但存在超調(diào)和振蕩現(xiàn)象。武自才等[5] 采用積分分離的PID 控制算法來對(duì)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。金獻(xiàn)軍[6] 提出一種分段式的PID 控制算法，將整個(gè)控制過程分成兩個(gè)部分，在不同階段使用不同的PID參數(shù)進(jìn)行控制，改善了系統(tǒng)的控制性能。付健等[7] 對(duì)五步開關(guān)法進(jìn)行了優(yōu)化，提出了低速區(qū)理想速度-位移曲線，優(yōu)化后的算法減小了最大超調(diào)量以及穩(wěn)定時(shí)間。李飛[8] 將模糊控制與PID 控制相結(jié)合，采用模糊PID 算法對(duì)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制，并與常規(guī)PID控制進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明模糊PID 算法將最大超調(diào)量降低到10% 左右。

綜上，目前對(duì)非線性滯后系統(tǒng)的控制算法研究主要集中在改進(jìn)的五步開關(guān)法以及PID 控制方法等方面。改進(jìn)的五步開關(guān)法需要做大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)才能獲得最好的控制參數(shù)，參數(shù)整定過程比較復(fù)雜。在對(duì)PID 控制參數(shù)的獲取上，目前還有采用試湊法、經(jīng)驗(yàn)法來整定PID 參數(shù)，但整定出的參數(shù)控制精度不高、控制性能需進(jìn)一步提高。積分分離PID 與分段式PID 控制還是基于PID 控制的定參數(shù)控制方案， 自適應(yīng)性較差。模糊PID 控制算法可以實(shí)現(xiàn)PID 參數(shù)的自整定，減小最大超調(diào)量，但無法完全消除超調(diào)現(xiàn)象。因此，本文提出一種基于BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的Smith-Fuzzy-PID 算法作為氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥定位系統(tǒng)的核心控制方法，并搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，驗(yàn)證該方法在氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥定位系統(tǒng)中的有效性，從而實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的快速、穩(wěn)定和精確控制。