基于Matlab的模糊自整定PID控制器仿真研究.doc

基于Matlab的模糊自整定PID控制器仿真研究 姜丰辉1 ，陈晓高2 (1.青岛科技大学学报（自然版）编辑部, 山东 青岛 266061；2.中山大学 数学与计算科学学院，广东 广州 510275) 摘　要：将模糊控制与PID控制结合，利用模糊推理方法实现对PID参数的在线自整定。使用MATLAB对系统进行仿真，结果表明系统的动态性能得到了提高。 关键词:　模糊PID控制器；参数自整定；Matlab；仿真 Simulation Study of Fuzzy Self-tuning PID Controller Based on Matlab JIANG Feng-hui1, CHEN Xiao-gao2 （1.Editorial Office of Journal of Qingdao University of Science and Technology(Natural Science Edition), Qingdao 266061,China; 2.School of Mathematics and Computational Science Sun Yat-sen University, Guangzhou 510275,China） Abstract: Combining fuzzy control and PID control, the self-tuning of PID parameters is realized through fuzzy inference. The results of Matlab simulation indicate that the dynamic performance of system is improved. Keywords: fuzzy PID controller; parameter self-tuning; Matlab; simulation PID控制由于其算法简单、鲁棒性好和可靠性高，广泛应用于工业过程控制，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统。由于受到参数整定方法烦杂的困扰，常规PID控制器参数往往整定不良、性能欠佳，对运行工况的适应性差[1-2]。针对这些问题，人们一直在寻求PID控制器参数的自动整定技术，以适应复杂的工况和高指标的控制要求。随着计算机技术的发展和数字智能控制器的实际应用，这种设想已变成了现实。本研究将模糊控制和PID控制结合起来，应用模糊推理的方法实现对PID参数进行在线自整定，实现PID参数的最佳调整，设计出参数模糊自整定PID控制器，并进行了Matlab/Simulink仿真。 控制系统结构 模糊自整定PID控制器以误差和误差变化作为输入,可以满足不同时刻的和对PID参数自整定的要求。利用模糊规则在线对PID参数进行修改,便构成了自整定模糊PID控制器，控制系统结构见图1。 图1 模糊自整定PID控制器结构 Fig.1 Structure of fuzzy self-tuning PID controller PID参数模糊自整定是找出PID三个参数与和之间的模糊关系,在运行中通过不断检测和,根据模糊控制原理对3个参数进行在线修改,以满足不同和是对控制参数的不同要求,而使对象有良好的动、静态性能。系统所使用的PID控制器的算法为 连续情况 （1） （2） 式中, 为比例系数; 为积分时间常数; 为微分时间常数。 数字情况有位置公式(3)及增量公式(4) （3） （4） 式中,，， 为采样周期, 为采样序号. 糊控制器的设计 语言变量隶属度函数的确定 模糊控制器采用两输入三输出的形式,以和为输入语言变量，、和为输出语言变量。输入语言变量的语言值均取为“负大”(NB)、“负中”(NM)、“负小”(NS)、“零”(ZO)、“正小”(PS)、“正中”(PM)、“正大”(PB)7种.输出语言变量的语言值均取为“零”(ZO)、“正小”(PS)、“正中”(PM)、“正大”(PB)4种.将偏差和偏差变化率量化到(-3,3)的区域内,输出量化到(0,3)的区域内，隶属函数曲线见图2。 图2 和隶属函数曲线 Fig。1 Membership function curve 建立模糊控制器的控制规则表 根据参数、和对系统输出特性的影响,可得出在不同的和时，参数的自整定原则。 (1)当很大时，不论误差变化趋势如何，都应考虑控制器的输出应按最大(或最小)输出，以达到迅速调整误差，使误差绝对值以最