模糊—pid控制的matlab仿真分析

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1、模糊—PID控制的MATLAB仿真分析：本文针对实际应用PID控制时所发现的问题，提出了尝试使用模糊-PID控制的思路，并采用Matlab进行了仿真计算和分析。经过和原数字PID控制性能的对比，得到了模糊-PID的控制效果优于数字PID的结论，并提出了一些可能出现的消极因素。关键词：模糊-PID，Matlab，仿真分析PID控制是经典控制中用于过程控制最有效的策略之一，由于其原理简单、技术成熟，在工业控制中得到了广泛的应用。它最大的优点是不需了解被控对象精确的数学模型，只需在线根据系统误差及误差的变化率等简单参数，经过经验进行调节器参

2、数在线整定，即可取得满意的结果，具有很大的适应性和灵活性。PID控制中的中积分作用可以减少稳态误差,微分作用可以提高响应速度。但另一方面积分作用容易导致积分饱和,使系统超调量增大,微分作用对高频干扰特别敏感,甚至导致系统失稳。PID控制本质上属于线性控制，因此对于具有很强非线性的对象来说，控制效果具有先天的不足。对于这种情况，就应该采用具有非线性特性的控制方法，以适应整个系统的特点。模糊控制是近代提出的一种控制方法，其本质上是非线性的，并且具有一定的智能性。因此，如果将二者有机的结合起来，就可以使PID控制具有了模糊控制的智能和非线性

3、特点，同时使模糊控制有了PID控制的确定结构，发挥其二者的长处，得到令人满意的控制效果。本文从这一观点出发，力图设计一种模糊—PID控制器，来实现对原有PID控制性能方面的提高。在设计了控制器之后，利用Matlab/Simulink进行了仿真，并对模糊—PID和原PID系统进行了对比分析。1．模糊PID控制器的设计模糊控制器的原理框图如图1所示：de/dt模糊推理PID调节器受控对象eec+——stepKpKIKDinout图1模糊PID控制器结构从图1可以看出，模糊推理过程为双输入三输出系统。两个输入分别为系统误差E以及误差的变化率

4、EC，而输出则为PID调节器的三个控制参数Kp、KI和KD。模糊逻辑控制器的工作过程可以描述为：首先将模糊控制器的输入量转化为模糊量供模糊逻辑决策系统用，模糊逻辑决策器根据控制规则决定的模糊关系R，应用模糊逻辑推理算法得出控制器的模糊输出控制量。最后经精确化计算得到精确的控制值去控制被控制对象。描述输入变量E和EC以及输出变量Kp、KI和KD的语言集的模糊子集及其论域定义如下：E、EC和KP的模糊子集为：{NB（负大），NM（负中），NS（负小），ZO（零），PS（正小），PM（正中），PB（正大）}；KI和KD只取正值，其模糊子集为

5、：{ZO，PS，PM，PB}；利用这些模糊语言变量，根据经验和实际情况得到输入量和输出量的隶属函数及其分布如图2所示。μE，EC，KP0123456-1-3-5-4-2-6011.522.530.5μKI，KD图2输入输出量的隶属度函数及其分布为了正确的控制输出量，在本文中为Kp、KI和KD，根据这三个参数对系统的影响情况，结合经验及对系统响应过程的掌握，采用理论分析加实验“试凑”得到模糊PID控制规则，总结归纳如下：（1）在偏差较大时，为尽快消除偏差，提高响应速度，KP取大值，KI取零；在偏差较小时，为继续消除偏差，并防止超调过大，

6、产生振荡，KP值要减小，KI取小值；在偏差很小时，为消除静差，克服大超调，使系统尽快稳定，KP值继续减小，KI值不变或稍取大一点。（2）当E和EC同号时，被控量是朝着偏离给定值的方向变化，而当E和EC异号时，被控量朝着接近给定值的方向变化。因此，当被控量接近给定值时，反号的比例作用阻碍几分作用，避免积分超调及随之带来的振荡，有利于控制；而当被控量远未接近给定值并向给定值变化时，则由于这两项反向，将会减慢控制过程。在偏差E较大，偏差变化EC与偏差E异号时，KP值取零或负值，以加快控制的动态过程。（3）偏差变化EC的大小表明偏差变化的速率

7、，EC越大，KP取值越小，KI取值越大，反之亦然。（4）微分作用类似于人的预见性，它阻止偏差的变化，有助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定，加快系统的动作速度，减小调整时间，改善系统的动态性能。因此，在E较大时，KD取零，实际为PI控制；在E较小时，KD取一正直，实行PID控制。根据以上的分析，可得各模糊规则如表1。表1模糊规则表EECNBNMNSZOPSPMPBNBPS/M/ZOPS/B/PMPS/B/PSPS/B/PMNM/S/ZONMNSPM/S/ZOPM/S/PSPM/S/PSNB/ZO/ZOZOPSNB/ZO/ZOPM/S

8、/ZOPMNM/S/ZOPS/B/PMPS/B/PSPS/B/PMPS/M/ZOPB由表1的模糊参数表即可对PID控制的三个参数进行在线调节，以实现最佳的控制效果。模糊控制的输出得到的仍旧是一个模糊子集，它是反映控制语言