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《基于Matlab的模糊自整定PID控制器仿真研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、基于Matlab的模糊自整定PID控制器仿真研究在工程实际应用中，应用最广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、鲁棒性好，工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。但是对一些大惯性、非线性和时变的系统常规PID控制就无能为力了。由于负载扰动或环境变化，受控过程参数和模型结构均发生变化，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
2、的工况和高指标的控制要求。随着计算机技术和模糊控制技术的发展，这种设想已变成了现实。所谓模糊控制是不依赖被控对象精确的数学模型，是在总结操作经验基础上的实现自动控制的一种手段。本文将模糊控制和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。仿真结果表明，与常规PID控制系统相比，该设计获得了更优的鲁棒性和动、静态性及具有良好的自适应性。1控制系统结构模糊自整定PID控制器以被控对象的反馈值与目标值的误差和误差变化率作为输入,
3、用模糊推理的方法对PID的参数Kp，Ki，Kd进行参数自整定，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、(4)（3）（4）式中,，，为采样周期,为采样序号.1模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和隶属函数曲线建立模糊控制器的控
5、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，使误差绝对值以最大速度减小。同时为了防止积分饱和，此时应取较大,较小的和取零。.(2)当时，说明误差在向误差绝对值增大方向变化。此时若误差较大，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，并迅速减小误差绝对值，此时取较大的，不能太大,取较小的值。若误差绝对值较小，控制器实施一般的控制作用，只要扭转误差的变化趋势，使其朝误差绝对值减小方向变化。(
6、3)当或时，说明误差的绝对值朝减小的方向变化，或者已达到平衡状态。此时，可采取保持控制器输出不变。(4)当时，表明系统的曲线与理论曲线平行或一致，为使系统具有良好的稳态性能，应采取较大和值，同时避免设定值附近振荡，并考虑系统的抗干扰性能，适当选取值。设（5）式（5）中，和为系统的经典PID参数,一般用Z-N法来确定。根据PID参数的整定原则及专家经验,采用if-then形式,可得、和的整定规则如表1所示.表1△kp.△ki.△kd的模糊规则将系统误差和误差变化率变化范围定义为模糊集上的论域。它们的模糊集为={NB,NM,NS,O,PS,PM,PB}
7、，模糊集中元素分别代表负大，负中，负小，零，正小，正中，正大。根据、和三个参数模糊规则表构造一个两输入（）三输出（）的模糊控制器，取名为fuzzpid.fis。见图3。3 Matlab仿真模糊控制器的建立在Matlab下运行fuzzyfuzzpid.fis可进入Matlab动态仿真工具箱仿真环境，利用模糊逻辑工具箱建立一个fis型文件，保存为模糊PID.fis。在Matlab命令窗口键入Fuzzy,就会出现一个FISEditor窗口。本文采用双入三输出模糊控制器，输入变量为系统误差和误差变化率，输出变量为、和。在Edit菜单下确定输入、输出，双击每
8、个图标即可进行编辑。在File菜单下选择控制器类型为Mamdani型,用Edit菜单下rules实现编辑模糊规则。取输入量
