基于matlab的模糊pid控制器的设计.doc

最优控制与智能控制基础文献总结报告 基于MATLAB的模糊PID控制器的设计 　　　　　 学生姓名：陈泽少 班级学号：5090111 任课教师：段洪君 　　　　　 提交日期：2012.06.11 　　　　　 成绩： 1 课题背景、意义及发展现状 随着越来越多的新型自动控制应用于实践，其控制理论的发展也经历了经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。控制器的输出经过输出接口、执行机构加到被控系统上；控制系统的被控量，经过传感器、变送器通过输入接口送到控制器。不同的控制系统，传感器、 变送器、执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器；电加热控制系统要采用温度传感器[1]。 目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用。比如，工业生产过程中，对于生产装置的温度、压力、流量、液位等工艺变量常常要求维持在一定的数值上，或按一定的规律变化，以满足生产工艺的要求[2]。PID控制器可以根据PID控制原理对整个控制系统进行偏差调节，从而使被控变量的实际值与工艺要求的预定值一致。 PID（比例 积分 微分）控制具有结构简单、稳定性能好、可靠性高等优点,尤其适用于可建立精确数学模型的控制系统。而对于一些多变量、非线性、时滞的系统，传统的PID控制器并不能达到预期的效果。 随着模糊数学的发展，模糊控制的思想逐渐得到控制工程师们的重视，各种模糊控制器也应运而生。而单纯的模糊控制器有其自身的缺陷—控制效果很粗糙、控制精度无法达到预期标准。但利用传统的PID控制器和模糊控制器结合形成的模糊自适应的PID控制器可以弥补其缺陷；它将系统对应的误差和误差变化率反馈给模糊控制器进而确定相关参数，保证系统工作在最佳状态，实现优良的控制效果[3]。 1.模糊PID控制器的设计 1.1模糊PID控制器的工作原理 模糊PID控制器是以操作人员手动控制经验总结出的控制规则为核心，通过辨识系统当前的运行状态；经过模糊推理，模糊判决，解模糊过程得到确定的控制量以实现对被控对象的在线控制。 模糊PID控制器是运用模糊数学的基本理论和方法，把控制规则的条件、操作用模糊集表示，并把这些模糊控制规则及有关专家的控制信息作为知识存入计算机知识库中[4]，然后计算机根据控制系统实际响应状况，运用模糊控制规则表中的相关的规则进行模糊推理。它能自动调整PID参数，实现对PID控制器参数的最优配备，从而让PID控制具有更强的适应性，优化了控制效果。模糊PID控制器有多种结构和形式，但是其原理都是基本一致的。 1.2模糊PID控制器组织结构和算法的确定 模糊PID控制器的设计选用二维模糊控制器。即，以给定值的偏差e和偏差变化ec为输入；ΔKP，ΔKD，ΔKI为输出的自适应模糊PID控制器，见图1-1。 图1-1 自适应模糊PID控制器 其中PID控制器部分采用的是离散PID控制算法，如公式1-1。 （1-1） 1.3 模糊控制器的基本结构与工作原理 模糊控制器有如下结构，图1-2呈现了其基本控制流程。 模糊化 模糊化 模糊推理 知识库 解模糊 被控对象 图1-2 模糊控制器控制流程 为了了解模糊控制器的工作原理，图1-3列出其结构框图。 模糊化 模糊化 模糊推理 知识库 解模糊 被控对象 图1-3 模糊控制器结构 显然，模糊控制器主要由模糊化接口、知识库、模糊推理机、解模糊接口四部分组成，通过单位负反馈来引入误差，并以此为输入量进行控制动作。 1.4 模糊控制器各部分组成 1.4.1 模糊化接口 模糊化接口接受的输入只有误差信号e（t），由e（t）再生成误差变化率或误差的差分Δe（t），模糊化接口主要完成以下两项功能： ⑴ 论域变换 ⑵ 模糊化 1.4.2 知识库 知识库中存储着有关模糊控制器的一切知识，它们决定着模糊控制器的性能，是模糊控制器的核心[5]。 ⑴ 数据库（Data Base） 数据库中存储着有关模糊化、模糊推理、解模糊的一切知识，包括模糊化中的论域变换方法、输入变量各模糊集合的隶属度函数定义等，以及模糊推理算法、解模糊算法、输出变量各模糊集合的隶属度函数定义等。 ⑵ 规则库（Rule Base） 模糊控制规则集，即以“if…then…”形式表示的模糊条件语句，如 R1：If e* is A1, then u* is C1, R2：If e* is A2, then u* is C2,