一种参数自整定PID控制器的研究

论文编号:JX1527  论文字数:18061.页数:52

摘要
 
 模糊控制经过四十年的发展，在理论和应用方面都取得了巨大的成就，而PID控制作为一种传统的控制方法，仍是目前工业过程控制中应用最广泛的一种控制手段。因此，模糊PID控制在控制领域中扮演了十分重要的角色。而该文主要研究的就是参数自整定模糊PID控制器整定参数的方法。首先对PID控制器与参数整定方法、模糊控制的基本原理、发展历史、研究现状和发展趋势进行了综述。然后，针对上述两种方法中存在的不足，将两种方法综合起来，取长补短，提出一种比较完善的模糊PID控制器参数自整定方法。应用模糊集合理论和方法，把操作人员对PID参数的整定经验总结成模糊规则，形成控制规则表。运用模糊推理与清晰化处理实现对参数的在线整定。在Z-N法整定出PID参数的基础上，将该文提出的自整定规则应用于时滞一阶对象的控制。MATLAB仿真结果表明，该文提出的算法优于传统的整定方法。
关键词：参数自整定；模糊PID；MATLAB仿真；模糊结合论；模拟PID；数字PID

Abstract

 The theory of fuzzy control has developed about 40 years. It has made the enormous achievement in theory and application, and PID as a kind of traditional control methods, it is still the most extensive kind of control means that the industrial process is used while controlling at the present. So, fuzzy PID has played a very important role in the controlled field. And the main research of this article is that how fuzzy PID controller adjust the parameters. First of all, I introduce the PID controller, the traditional way of making parameters, fuzzy control basic principle, developing history, current situation and developing trend. Then I propose a more perfect method to adjust parameters, on the basis of the strong points of the above-mentioned two ways, named parameters self regulating fuzzy PID controller. In my paper, I set the fuzzy regular according to the experts’ experience with fuzzy theory, and realizing the adjustment parameters on line by using the fuzzy inference system. The emulation result indicates that the algorithm that this article puts forward is superior to traditional methods.
Keyword：parameters self regulating；fuzzy PID；MATLAB simulation；the theory of fuzzily；simulation PID；digital PID

目录

前言 ……………………………………………………………………………1
1 绪论 ……………………………………………………………………………2
1.1 课题的发展现状 ……………………………………………………………2
1.2 课题的意义 …………………………………………………………………3
1.3 论文的主要工作 ……………………………………………………………4
2 模糊理论 ………………………………………………………………………5
2.1 模糊集合论 …………………………………………………………………5
2.1.1 普通集合 …………………………………………………………………5
 2.1.2 模糊集合 …………………………………………………………………6
 2.1.3 模糊关系和模糊关系矩阵 ………………………………………………9
2.2 模糊语言变量 ………………………………………………………………10
2.3 模糊蕴含关系 ………………………………………………………………10
2.3.1 模糊蕴含关系的直觉判据 ………………………………………………10
2.3.2 模糊蕴含关系的运算方法 ……………………………………………11
 2.3.3 近似推理 ………………………………………………………………12
 2.3.4 句子连接关系的逻辑运算 ……………………………………………13
 2.4 基于控制规则库的模糊推理 ……………………………………………14
 2.4.1 模糊推理的基本方法 …………………………………………………14
 2.4.2 模糊控制中几种常见的模糊推理类型 …………………………………15
 3 一种参数自整定模糊PID控制器的设计 ……………………………………17
 3.1 基本的PID调节器 …………………………………………………………17
 3.1.1 模拟PID调节器 …………………………………………………………17
 3.1.2 数字PID调节器 …………………………………………………………19
 3.2 基本模糊控制器的结构和组成 ……………………………………………19
3.3 模糊控制器的设计思想 ……………………………………………………22
3.4 参数自整定模糊PID控制器原理 …………………………………………24
3.5 参数自整定模糊PID控制器的设计 ………………………………………25
3.5.1 模糊控制系统的结构 …………………………………………………25
 3.5.2 模糊控制器的设计 ………………………………………………………26
 3.5.3 模糊控制规则表 ………………………………………………………27
 4 控制的系统仿真 ……………………………………………………………30
4.1 MATLAB简介 ………………………………………………………………30
4.2 设计模糊控制器 …………………………………………………………32
4.2.1 建立Fuzzy推理系统 …………………………………………………32
4.2.2 隶属度函数的确定 ………………………………………………………32
4.2.3 控制规则编辑 ……………………………………………………………38
4.2.4 控制规则观察 ……………………………………………………………40
4.2.5 控制曲面观察 …………………………………………………………40
5 结果分析 ……………………………………………………………………44
5.1 制系统的性能指标 …………………………………………………………44
5.2 PID控制器单独作用下系统仿真 …………………………………………44
5.3 参数自整定模糊PID的系统仿真 …………………………………………46
6 结论 …………………………………………………………………………50
致谢 ……………………………………………………………………………51
参考文献………………………………………………………………………52