由于液壓伺服系統的固有特性(如死區、泄漏、阻尼系數的時變性以及負載干擾的存在)，系統往往會呈現典型的不確定性和非線性特性。這類系統一般很難精確描述控制對象的傳遞函數或狀態方程，而常規的PID控制又難以取得良好的控制效果。另外，單一的模糊控制雖不需要精確的數學模型，但是卻極易在平衡點附近產生小振幅振蕩，從而使整個控制系統不能擁有良好的動態品質。

本文針對這兩種控制的優缺點并結合模糊控制技術，探討了液壓伺服系統的模糊自整定PID控制方法，同時利用MATLAB軟件提供的Simulink和Fuzzy工具箱對液壓伺服調節系統的模糊自整定PID控制系統進行仿真，并與常規PID控制進行了比較。此外，本文還嘗試將控制系統通過單片機的數字化處理，并在電液伺服實驗臺上進行了測試，測試證明：該方法能使系統的結構簡單化，操作靈活化，并可增強可靠性和適應性，提高控制精度和魯棒性，特別容易實現非線性化控制。

1 、模糊PID自整定控制器的設計

本控制系統主要完成數據采集、速度顯示和速度控制等功能。其中智能模糊控制由單片機完成，并采用規則自整定PID控制算法進行過程控制。整個系統的核心是模糊控制器，AT89C51單片機是控制器的主體模塊。電液伺服系統輸出的速度信號經傳感器和A／D轉換之后進入單片機，單片機則根據輸入的各種命令，并通過模糊控制算法計算控制量，然后將輸出信號通過D／A轉換送給液壓伺服系統，從而控制系統的速度。

模糊控制器的主程序包括初始化、鍵盤管理及控制模塊和顯示模塊的調用等。溫度信號的采集、標度變換、控制算法以及速度顯示等功能的實現可由各子程序完成。軟件的主要流程是：利用AT89C51單片機調A／D轉換、標度轉換模塊以得到速度的反饋信號，然后根據偏差和偏差的變化率計算輸入量，再由模糊PID自整定控制算法得出輸出控制量。啟動、停止可通過鍵盤并利用外部中斷產生，有按鍵輸入則調用中斷服務程序。

2 、模糊控制器算法研究

采用模糊PID自整定控制的目的是使控制器能夠根據實際情況調整比例系數Kp、積分系數Ki和微分系數Kd，以達到調節作用的實時最優。

為了簡化運算和滿足實時性要求，即該調節系統的基本控制仍為PID控制，但使PID調節參數由模糊自整定控制器根據偏差e和偏差變化率ec進行自動調整，同時把模糊自整定控制器的模糊部分按Kp、Ki和Kd分成3部分，分別由相應的子推理器來實現。

2.1 、輸入值的模糊化

模糊自整定PID控制器是在fuzzy集的論域中進行討論和計算的，因而首先要將輸入變量變換到相應的論域，并將輸人數據轉換成合適的語言值，也就是要對輸入量進行模糊化。結合本液壓伺服系統的特性，這里選擇模糊變量的模糊集隸屬函數為正態分布，具體分布如圖4所示。根據該規則可把實際誤差e、誤差變化率ec(de／dt)對應的語言變量E、EC表示成模糊量。E、EC的基本論域為[-6，+6]，將其離散成13個等級即[-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4，+5，+6]。考慮到控制的精度要求，本設計將[-6，+6]分為負大[NB]、負中[NM]、負小[NS]、零[ZO]、正小[PS]、正中[PM]、正大[PB]等7個語言變量，然后由e、ec隸屬函數根據最大值法得出相應的模糊變量。