刘豪
长江三峡通航管理局，湖北 宜昌443002
摘要：本文根据模糊PID的基本原理，结合船闸的实际情况，分析了该技术在船闸中运用的可能性和主要优势，并提出了一种船闸控制中模糊PID控制器的设计思路和在PLC运用中的程序流程，为广大船闸科技工作者提供参考。
关键字：船闸 模糊PID 人字门 电机控制
前言
船闸作为重要的通航设施，其运行的效率和稳定性和和社会经济发展密切相关。一般船闸修建的时间较长，控制技术方案较为保守，目前在船闸的人字门和阀门控制使用的调速方案较为简单，严重影响了同行效率，同时也会对设备产生较大的磨损，导致系统的维护工作量增加，系统可靠性降低。
本文主要根据模糊PID控制的基本原理，结合实际分析了其在船闸中应用和设计流程，为广大船闸工作者提供参考。
模糊PID的原理
PID 是英语 Proportional．Integral．Derivative 的缩写，即比例、积分和微分的意思。在控制领域PID控制的应用历史最为久远，在上世纪 20 年代的研究船舶自动导航中，Minorsky 率先应用输出PID控制器来控制系统。1940 年期间，PID的概念被正式提出。从此，PID 控制器凭借其结构简单、原理易理解、参数容易调节、使用成本低、可靠性高等优势开始在过程控制中迅速得到了普及。即便在目前这个崭新的控制理念和控制方法不断涌现，科学技术不断更新换代的环境下，电力、冶金、化工等工业过程控制领域仍有近 90%的回路在应用 PID 控制策略，因而其也被誉为控制领域的常青树[1]。
目前为止 PID 控制虽然在控制领域中处于主导地位，但面对极为复杂的系统，常规的 PID 控制已然不能达到预期的效果。与此同时，模糊控制的非线性也使得它的应用有一定的局限性。两种控制方式各有优缺点，将二者结合起来，就是模糊PID控制，模糊PID控制就是控制系统的PID参数可以在不同时刻，根据预先制定好的控制规则不断进行调整。模糊 PID 控制基于传统的PID控制与模糊控制这一智能控制技术。它可以把人们在实践中总结出的宝贵经验模糊化为一条条控制规则，用以对输入信号进行模糊推理，从而得到最佳的、最适宜的PID参数，提高控制质量[2]。
常用的模糊PID控制系统的结构如图1所示，和传统PID的区别在于参数的整定并不是一成不变的，而是根据在模糊控制器的输入值进行调整，最终计算出用于PID控制器的参数。由于PID参数根据实际情况不断调节，所以往往可以取得更好的控制效果。
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可以看到，对于非规则的动水阻力矩曲线来说，目前过于简单的控制方法难以达到理想的控制效果，同时该曲线根据水位的不同也会产生一定的变化，因此需要一种更加灵活更加智能化的控制方法。
本文提出的模糊PID控制方法，主要的设计流程是前期通过工程师经验和现场调试数据获得各输入变量的量化等级和模糊子集，确定隶属函数，设计控制规则和模糊推理规则。然后根据隶属度表和模糊控制规则表求解模糊控制查询表，最终将这些规则通过编程输入到PLC中来实现模糊PID的控制效果，如图4是一种模糊PID在PLC中实现的程序流程图。
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使用模糊PID方法的优势在于可以根据实际的情况灵活调整PID控制器的参数，获得更好的控制效果，同时在对抗环境干扰上也具有较高的鲁棒性。同时该系统可以通过输入水位参数、阻力矩参数，温度参数到模糊控制器中，实现更符合实际需求的控制效果，在后期具有更高的可操作性。
结语
本文由船闸人字门和阀门当前的主流控制方法，根据模糊PID的基本原理，结合船闸的实际情况，分析了该技术在船闸中运用的可能性和主要优势，并提出了一种船闸控制中模糊PID控制器的设计思路和运用到PLC的程序流程，为广大船闸科技工作者提供参考。
参考文献
[1]陶永华. 新型PID控制及其应用[J]. 工业仪表与自动化装置, 1998, 000(001):59-61.
[2]王述彦, 师宇, 冯忠绪. 基于模糊PID控制器的控制方法研究[J]. 机械科学与技术, 2011.
[3]曾志彬. 万安船闸人字门无级变速运行探讨[C]// 度全国水电厂学术年会暨全国大中型水电厂技术协作网成立大会. 中国电力企业联合会, 2004.
[4]宗慕伟, 杨裔轩. 葛洲坝 2 号船闸下闸首人字门动水阻力矩的模型试验研究[J]. 水利水运工程学报, 1989 (4): 27-40.