基于Matlab的系统仿真研究.doc

基于Matlab模糊控制仿真研究 摘要： 1.引言 在工业控制过程中，传统的PID控制技术得到了广泛的运用，但对于大时滞，非线性，无法精确的用传递函数描述的复杂系统，常规的PID控制技术很难达到令人满意的控制效果。1965年，美国著名控制论专家Zadeh创立了模糊集合论，为解决复杂系统的控制问题提供了强有力的数学工具，到了l974年．Mamdani创立了基于模糊语言描述控制规则的模糊控制器，并将其成功地应用于工业过程控制，取得了巨大的成功。为解决复杂的控制系统提供了另一种新的方法。本文通过运用Matlab软件进行仿真，充分说明了模糊控制策略的优势。 2.模糊控制系统的Matlab仿真设计 （1）系统总体结构组成 。模糊控制系统的组成如图1结构，先对系统的偏差级偏差的微分进行模糊量化处理，得到模糊变量E和EC，按照模糊规则进行模糊决策的模糊控制变量U，通过模糊控制变量来控制受控对象，其中模糊规则是根据专家经验 图1：模糊系统结构框图 (2)总体系统结构图如图1所示。在matlab命令窗口输入fuzzy,进入FIS编辑器，建立E、EC、U的隶属度函数，E和EC的论域为[-6,6],U的论域为[-1,1],模糊子集{NB，NM，NS，ZE,PS,PM,PB}。图2为E隶属度函数，EC和U的隶属函数与E类似。 图2 E隶属度函数 （3）模糊规则的选择。控制规则是专家对理论知识和实践经验的总结，对控制效果有至关重要的作用。本文的控制规则如表1，共49条规则，在规则编辑器中编写”if E is NB and EC is NB then U is NB（1）”……等49条规则，模糊推理采用Mamdaini推理，解模糊采用缺省值：重心法，其余参数采用默认值,然后保存文件名为F.fis。 表1 模糊控制规则表 （4）simulink仿真及参数调整。在matlab命令窗口输入simulink,然后建立如图3的仿真图。 假设被控对象模型为。将前面建立F.fis导入到工作空间，在模糊控制器中输入F。采样周期为1 s.仿真输入为单位阶跃信号，调节图3中的Ke、Kec、 和Ku使系统的性能达到满意的效果。Ku过小则稳态误差大，上升时间长。过大，稳态误差小了，上升时间小了，但是出现超调，继续增大则出现振荡。可以改善系统的时间常数，使上升时间减小或增加 图3 模糊控制仿真图 （5）与传统PID控制的比较。同样在simulink的环境下建立如图4的仿真图。根据Ziegler-Nichols整定方法，可以简单的得到Kp=2.6，Ki=0.15，Kd=10,在简单调整后可以得到相对满意的控制效果仿真图。 图4 PID控制仿真图 3.结论分析 仿真结果如图5所示。输入为单位阶跃信号。从仿真结果来分析，模糊控制无超调，调节时间短，响应速度快，动态性能明显优于传统的PID控制，缺点存在稳态误差。 图5 仿真结果 参考文献 1、张国良 等编著.模糊控制及MATLAB应用.西安交大大学出版社，2002 张柱华,基于MATLAB的模糊控制仿真研究[J]. 内肛科技，2008，第四期140-141.