模糊PID控制器的研究及应用

电子机电论文编号:JD528 论文字数:20783,页数:52 

目 录

1 绪论…………………………………………………………………………………………… 1
1.1 模糊控制理论的产生及发展………………………………………………………………1
1.2 模糊控制的特点……………………………………………………………………………2
1.3 模糊控制研究与应用现状…………………………………………………………………2
1.4 模糊控制理论和应用展望…………………………………………………………………3
1.5 研究PID控制器参数自整定的意义……………………………………………………… 4
1.6 本课题主要的研究内容……………………………………………………………………4
2 PID控制技术………………………………………………………………………………… 5
2.1 引言…………………………………………………………………………………………5
2.2 数字PID控制技术………………………………………………………………………… 5
2.2.1 数字PID基本算法…………………………………………………………………… 5
2.2.2 改进的数字PID算法………………………………………………………………… 6
2.3 自整定PID控制器的发展与分类……………………………………………………8
3 模糊控制技术……………………………………………………………………………… 10
3.1 引言……………………………………………………………………………………… 10
3.2 模糊控制系统…………………………………………………………………………… 10
3.2.1 模糊控制系统的组成……………………………………………………………… 10
3.2.2 模糊控制系统的特点……………………………………………………………… 11
3.3 模糊控制过程…………………………………………………………………………… 11
3.3.1 模糊控制基本思想………………………………………………………………… 11
3.3.2 模糊控制规则的语言描述………………………………………………………… 14
3.3.3 模糊决策…………………………………………………………………………… 15
3.3.4 控制量的模糊量转化为精确量…………………………………………………… 15
3.4 模糊控制器的设计……………………………………………………………………15
3.4.1模糊控制器的组成………………………………………………………………… 16
3.4.2 模糊控制器的设计步骤…………………………………………………………… 17
3.4.3模糊控制器的结构设计…………………………………………………………… 17
3.4.4 论域和比例因子的确定…………………………………………………………… 18
3.4.5 建立模糊控制器的控制规则……………………………………………………… 20
3.4.6 模糊化……………………………………………………………………………… 22
3.4.7 模糊推理…………………………………………………………………………… 24
3.4.8 解模糊……………………………………………………………………………… 24
3.4.9模糊控制查询表…………………………………………………………………… 26
4 模糊自适应PID控制系统的MATLAB仿真设计……………………………………… 28
4.1 模糊自适应整定PID控制原理……………………………………………………28
4.2 自适应模糊PID控制器……………………………………………………………28
4.3 仿真实例子…………………………………………………………………………32
4.4 常规PID控制系统的仿真设计………………………………………………… 40
4.5 常规PID控制与模糊PID控制的比较……………………………………………41
4.6 本章小结………………………………………………………………………… 41
结束语……………………………………………………………………………………43
致谢……………………………………………………………………………………… 44
参考文献…………………………………………………………………………………45
附录………………………………………………………………………………………46

摘要
目前，工业工程中广泛采用的PID控制，对具有非线性、大时滞、强偶合等特性的被控对象控制效果并不理想，虽然有最优PID、非线性PID及自适应PID等改进形式的PID控制，但从根本上说，由于对PID参数的寻优是对比例、积分、微分三种控制作用的折中以及对干扰抑制整定和目标值跟踪整定的折中，因而其整定的参数并不是最优的。模糊控制器是一种近年来发展起来的新型控制器，其优点是不要求掌握受控对象的精确数学模型，而根据人工控制规则祖师控制决策表，然后由该表决定控制量的大小。
自适应控制运用现代控制理论在线辩识对象特征参数，实时改变其控制策略，使控制系统品质指标保持在最佳范围内，但其控制效果的好坏取决于辩识模型的精确度，这对于复杂系统是非常困难的。因此，在工业生产过程中，大量采用的仍然是PID算法，PID参数的整定方法很多，但大多数都以对象特性为基础。随着计算机技术的发展，人们利用人工智能的方法将操作人员的调整经验作为知识存入计算机中，根据现场实际情况，计算机能自动调整PID参数，这样就出现了智能PID控制器，这种控制器把古典的PID控制与先进的专家系统相结合，实现系统的最佳控制。文主要讨论模糊控制的理论基础、模糊PID控制的基本原理以及模糊PID的设计方法和自适应模糊PID控制器的MATLAB仿真。
关键词：模糊控制；模糊控制器；PID控制技术；模糊PID控制器；自适应模糊PID控制器；MATLAB仿真

Abstract
At present, industrial engineering, which is widely used in PID control of the Nonlinear, time-delay, Strong coupling characteristics of the object to control the result is not satisfactory. Although Optimization PID control, adaptive PID control and nonlinear PID control and other improved forms of PID control, but in a fundamental sense, Because of the PID parameter optimization of the ratio of integrals, Differential role of the three control of compromise and interference suppress ionsetting and tracking target values the entire compromise, hence itstuning parameters is not optimal. Fuzzy controller is a recently developed a new type  controller, its advantage is not required to grasp the object controlled precision mathematical model, and the rules under manual control Ancestors control decision table, which it decided to table the size of the volume control. This paper mainly the theoretical foundation of fuzzy control, the principle of fuzzy PID control, the design methods of fuzzy PID controller and MATLAB simulation of adaptive fuzzy PID controller.
As the operator experience is not accurate description and signal volume eva luation of the control process and eva luation index is difficult to quantify, using Fuzzy theory to solve this problem is an effective way. So people use the basic theory and method of fuzzy math, replace the rule conditions, operation using fuzzy sets, and stored these fuzzy control rules and the relevant information(eg, eva luation index, Initial PID parmeter) as a knowledge base in computer knowledge repository. Then the computer can best adjust PID parameters automatically using fuzzy reasoning based on the actual response of the control system (expert system for the importation). This is adaptive fuzzy PID control.
Keywords : fuzzy control; Fuzzy controller; Fuzzy PID controller; Adaptive Fuzzy PID controller; MATLAB Simulation.