溫度控制誰稱雄：PID vs.模糊邏輯 <?:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />
作者:Peter Galan，CONTROL ENGINEERING
本文轉載自：http://www.cechinamag.com/Cstmf/BCsy/AtcShow.asp?AID=362
通常，對於溫度控制的理解，是覺得其技術成熟且改變不大。有一些工業的應用（如，注塑工業），不僅對時間進行精確的控制，而 且在當設定值改變時，對於快速加溫階段和擾動的快速回應形成最小程度的過沖（ overshoot）和下沖（undershoot）。一般採用的PID控制技術難以滿足這些特殊的場合。
目前存在2種的複雜溫度控制器。一種方案是基於增加特殊性能的PID，另一種方案是模糊邏輯控制。
增強的PID溫度控制
加熱和冷卻過程中的不同速度（時間常數）可根據溫度設定值，進行PID常數的動態調節。這樣的調節需要一個加熱模型--加熱過程的反轉靜態特性（inverse static characteristic）。一旦控制系統執行加熱模型，它的輸出可被相應地用於前饋變數。前饋變數與比例成分的輸出一起使加熱模型符合加熱過程。
一個近似的時間優化控制方法需要將溫度控制的全部過程分為3 個部分，每部分都有其不同控制機制。在第一階段（溫度在設定值之下）和最後一個階段（溫度在設定值之上），冪常量（分別是滿值和 零）被應用，控制調節誤差。在中間階段（設定值在中間），線性PID控制開始作用。在這裏所謂的線性控制區（linear control zone，LCZ）、非線性、調節誤差限制（regulation error limit ，REL）就能被使用，會有助於限制溫度的過沖和下沖。圖1中，為加強的PID溫度控制器的框圖，適用範圍較廣。
模糊邏輯
工程師們對模糊邏輯的瞭解已經超過35年。模糊控制的魅力在於小規模的微型控制器，因為這一技術比常規的PID要求較少的計算冪和更少的操作存儲量。
模糊控制的基本形式可類比人工控制過程。根據暫態溫度背離設定值（調節誤差，e(n)）的程度和溫度改變的速率（或調節誤差的背離，(e(n)) ，人工調整應用于加熱成分的冪。整個過程由系統的物理或數學性質決定。溫度的背離和溫度的改變速率是高？是底？還是中等？模糊控 制以同樣的過程變數狀態運行。
如圖2，模糊溫度控制器的框圖表明，模糊控制器的輸出是如何在功能加強的傳統的PID 控制器的情況下與前饋模組的輸出相結合的。類似的適配模組可使解模糊化過程優化（使模糊化輸出變數成為明確的輸出值），並且同時 幫助加熱器模組更真實反映加熱過程。
你的系統你做主
即使像溫度控制這類最簡單的過程，如果增加了諸如快速增溫階段也可能變得很複雜。執行功能加強的、傳統的PID控制器就成為一項挑戰，特別是如果需要自調整能力以幫助確定優化PID常量時。然而，不可否認的是，PID控制的理論的運用相當廣泛。
另外，模糊控制似乎能較簡單的實現相同的性能。由一階或更高階的多項式（LCZ在增強PID 控制中提供唯一一個零階近似值）控制的，用於時間優化控制系統的二階轉換曲線的近似值使模糊控制在時間優化控制應用中頗佔優勢。 作為相對較為新的控制方法，它也能提供更多的發展空間。