模糊自適應(yīng)PID控制的Matlab仿真設(shè)計(jì)研究陳明

1、模糊自適應(yīng)PID控制的Matlab仿真設(shè)計(jì)研究 姓名：陳明 學(xué)號(hào)：201208070103 班級(jí)：湖南大學(xué)智能1201一、 模糊控制思想、PID控制理論簡(jiǎn)介：在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，許多被控對(duì)象受負(fù)荷變化或干擾因素很多基于模糊自適應(yīng)控制理論, 設(shè)計(jì)了一種模糊自適應(yīng)PID 控制器, 具體介紹了這種PID 控制器的控制特點(diǎn)及參數(shù)設(shè)計(jì)規(guī)則, 實(shí)現(xiàn)PID 控制器的在線自整定和自調(diào)整。通過(guò)matlab 軟件進(jìn)行實(shí)例,仿真表明, , 提高控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和抗干擾能力,易于實(shí)現(xiàn)便于工程應(yīng)用。1.1 模糊控制的思想：應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)

2、的基本理論和方法, 控制規(guī)則的條件、操作用模糊集來(lái)表示、并把這些模糊控制規(guī)則以及有關(guān)信息, 諸如PID 控制參數(shù)等作為知識(shí)存入計(jì)算機(jī)知識(shí)庫(kù), 然后計(jì)算機(jī)根據(jù)控制系統(tǒng)的實(shí)際情況(系統(tǒng)的輸入, 輸出) , 運(yùn)用模糊推理。1.2 PID算法：u (t) = Kp·e (t) + Ki·t0e (t) dt + Kd·de (t)dt= Kp e (t) 

3、+ Ki ei (t) + Kdec (t) 其中, u (t) 為控制器輸出量, e ( t ) 為誤差信號(hào), ec (t) 為誤差變化率, Kp , Ki , Kd 分別為比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分?jǐn)?shù)。然而，課本中，為了簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)難度，只是考慮了kp，ki參數(shù)的整定。1.3 模糊PID控制器的原理圖：二、基于Matlab的模糊控制邏輯模塊的設(shè)計(jì)關(guān)于模糊邏輯的

4、設(shè)計(jì)，主要有隸屬函數(shù)的編輯，參數(shù)的選型，規(guī)則導(dǎo)入，生成三維圖等2.1 模糊函數(shù)的編輯器的設(shè)定： 打開matlab后，在命令窗口輸入“fuzzy”，回車即可出現(xiàn)模糊函數(shù)編輯器，基本設(shè)置等。基于課本的實(shí)驗(yàn)要求，我選的是二輸入（e, ec）二輸出（kp , ki）。需要注意的是，在命名輸入輸出函數(shù)的時(shí)候，下標(biāo)字母需要借助下劃線的編輯，即e_c 能夠顯示為ec。2.2四個(gè)隸屬函數(shù)的N, Z, P 函數(shù)設(shè)定：在隸屬函數(shù)的設(shè)定中，N 選用的是基于trimf（三角形隸屬函數(shù)） , Z是基于zmf（Z型隸屬函數(shù)），P是基于smf（S型隸屬函數(shù) ）。 分別設(shè)定二輸入（e, ec）二輸出（kp , ki）每個(gè)函數(shù)

5、的N、Z、P的選型，以及取值范圍，實(shí)際的參數(shù)范圍。并且，模糊計(jì)算的 連接詞運(yùn)算 And Method取min , Or Method取max, 蘊(yùn)含推理Implication取min， 輸出合成運(yùn)算Aggregation取max, 去模糊化運(yùn)算 Defuzzification取centroid(重心法)。這些都完成后，即可。下圖以輸入e為例：2.3 添加模糊規(guī)則： 在FIS Editor菜單欄下的Edit中打開“Rules”,即可進(jìn)行規(guī)則的添加，依照課本9條抹灰規(guī)則，添加完成后，如下：2.4 模糊規(guī)則的視圖觀察，以及輸入輸出的的三位圖 觀察模糊規(guī)則的視圖：在e, ec 的視圖上，可以明顯的發(fā)現(xiàn)各有一條紅線，這條紅線就是用于調(diào)節(jié)這兩個(gè)參數(shù)，當(dāng)參數(shù)變化時(shí)，kp，ki的值也會(huì)隨之變。這樣很容易觀察 輸入?yún)?shù)的變化導(dǎo)致 輸出參數(shù)的變化。2.4.2 輸出e, ec及kp，ki的多維圖：輸入e, ec對(duì)kp的控制：輸入e, ec=none對(duì)kp的控制：因?yàn)閑c在試驗(yàn)中，值比較小，忽略考慮后，對(duì)kp的最終值影響不大，可以看出與課本上實(shí)驗(yàn)得出的kp=2.67 基本是差不多的，驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)的正確性。：輸入e, ec對(duì)ki的控制輸入e, ec=none對(duì)ki的控制：因?yàn)閑c在試驗(yàn)中，值比較小，忽略考慮后，對(duì)kp的最終值影響不大，可以看出與課