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专家PID控制系统Matlab仿真
摘要:分析了一个速度控制器的控制仿真。其传递函数为:
使用专家PID控制系统,输入信号为阶跃信号,取采样时间为1ms,画出阶跃响应曲线和误差变化曲线。
0引言
专家控制(Expert Control)的实质是基于受控对象和控制规律的各种知识,并以智能的方式利用这些知识来设计控制器。利用专家经验来设计PID参数便构成专家PID控制。
典型的二阶系统单位阶跃响应误差曲线如图1、2所示。对于典型的二阶系统阶跃响应过程作如下分析,根据误差及其变化,可设计专家PID控制器,该控制器可分为五种情况进行设计。
1设计
根据误差及其变化,可设计专家PID控制器,该控制器可分为以下五种情况进行设计:
(1)当时,说明误差的绝对值已经很大,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,使误差绝对值以最大速度减小。此时,它相当于实施开环控制。
(2)当时,说明误差在朝误差绝对值增大方向变化,或误差为某一常值,未发生变化。此时,如果,说明误差也较大,可考虑由控制器实施较强的控制作用,以达到扭转误差绝对值朝减小方向变化,并迅速减小误差的绝对值。此时,如果,说明尽管误差朝绝对值增大方向变化,但误差绝对值本身并不很大,可考虑控制器实施一般的控制作用,只要扭转误差的变化趋势,使其初误差绝对值减小方向变化。
(3)当,或时,说明误差的绝对值朝减小的方向变化,或者已经达到平衡状态。此时,可考虑采取保持控制器输出不变。
(4)当,时,说明误差处于极值状态。如果此时误差的
绝对值较大,可考虑实施较强的控制作用。
(5)当时,说明误差的绝对值很小,此时加入积分,减少稳态误差。
2仿真图
图1 阶跃响应曲线
图2 误差曲线
3程序
%Expert PID Controller
clear all;
close all;
ts=0.001;
sys=tf(5.235e005,[1,87.35,1.047e004,0]);
dsys=c2d(sys,ts,z);
[num,den]=tfdata(dsys,v);
u_1=0.0;u_2=0.0;u_3=0.0;
y_1=0;y_2=0;y_3=0;
x=[0,0,0];
x2_1=0;
kp=0.6;
ki=0.03;
kd=0.01;
error_1=0;
for k=1:1:500
time(k)=k*ts;
rin(k)=1.0; %Tracing Jieyue Signal
u(k)=kp*x(1)+kd*x(2)+ki*x(3); %PID Controller
%Expert control rule
if abs(x(1))0.8 %Rule1:Unclosed control firstly
u(k)=0.45;
elseif abs(x(1))0.40
u(k)=0.40;
elseif abs(x(1))0.20
u(k)=0.12;
elseif abs(x(1))0.01
u(k)=0.10;
end
if x(1)*x(2)0|(x(2)==0) %Rule2
if abs(x(1))=0.05
u(k)=u_1+2*kp*x(1);
else
u(k)=u_1+0.4*kp*x(1);
end
end
if (x(1)*x(2)0x(2)*x2_10)|(x(1)==0) %Rule3
u(k)=u(k);
end
if x(1)*x(2)0x(2)*x2_10
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