模糊PID控制器的研究及應用

電子機電論文編號:JD528 論文字數:20783,頁數:52 

目 錄

1 緒論…………………………………………………………………………………………… 1
1.1 模糊控制理論的產生及發展………………………………………………………………1
1.2 模糊控制的特點……………………………………………………………………………2
1.3 模糊控制研究與應用現狀…………………………………………………………………2
1.4 模糊控制理論和應用展望…………………………………………………………………3
1.5 研究PID控制器參數自整定的意義……………………………………………………… 4
1.6 本課題主要的研究內容……………………………………………………………………4
2 PID控制技術………………………………………………………………………………… 5
2.1 引言…………………………………………………………………………………………5
2.2 數字PID控制技術………………………………………………………………………… 5
2.2.1 數字PID基本算法…………………………………………………………………… 5
2.2.2 改進的數字PID算法………………………………………………………………… 6
2.3 自整定PID控制器的發展與分類……………………………………………………8
3 模糊控制技術……………………………………………………………………………… 10
3.1 引言……………………………………………………………………………………… 10
3.2 模糊控制系統…………………………………………………………………………… 10
3.2.1 模糊控制系統的組成……………………………………………………………… 10
3.2.2 模糊控制系統的特點……………………………………………………………… 11
3.3 模糊控制過程…………………………………………………………………………… 11
3.3.1 模糊控制基本思想………………………………………………………………… 11
3.3.2 模糊控制規則的語言描述………………………………………………………… 14
3.3.3 模糊決策…………………………………………………………………………… 15
3.3.4 控制量的模糊量轉化為精確量…………………………………………………… 15
3.4 模糊控制器的設計……………………………………………………………………15
3.4.1模糊控制器的組成………………………………………………………………… 16
3.4.2 模糊控制器的設計步驟…………………………………………………………… 17
3.4.3模糊控制器的結構設計…………………………………………………………… 17
3.4.4 論域和比例因子的確定…………………………………………………………… 18
3.4.5 建立模糊控制器的控制規則……………………………………………………… 20
3.4.6 模糊化……………………………………………………………………………… 22
3.4.7 模糊推理…………………………………………………………………………… 24
3.4.8 解模糊……………………………………………………………………………… 24
3.4.9模糊控制查詢表…………………………………………………………………… 26
4 模糊自適應PID控制系統的MATLAB仿真設計……………………………………… 28
4.1 模糊自適應整定PID控制原理……………………………………………………28
4.2 自適應模糊PID控制器……………………………………………………………28
4.3 仿真實例子…………………………………………………………………………32
4.4 常規PID控制系統的仿真設計………………………………………………… 40
4.5 常規PID控制與模糊PID控制的比較……………………………………………41
4.6 本章小結………………………………………………………………………… 41
結束語……………………………………………………………………………………43
致謝……………………………………………………………………………………… 44
參考文獻…………………………………………………………………………………45
附錄………………………………………………………………………………………46

摘要
目前，工業工程中廣泛采用的PID控制，對具有非線性、大時滯、強偶合等特性的被控對象控制效果并不理想，雖然有最優PID、非線性PID及自適應PID等改進形式的PID控制，但從根本上說，由于對PID參數的尋優是對比例、積分、微分三種控制作用的折中以及對干擾抑制整定和目標值跟蹤整定的折中，因而其整定的參數并不是最優的。模糊控制器是一種近年來發展起來的新型控制器，其優點是不要求掌握受控對象的精確數學模型，而根據人工控制規則祖師控制決策表，然后由該表決定控制量的大小。
自適應控制運用現代控制理論在線辯識對象特征參數，實時改變其控制策略，使控制系統品質指標保持在最佳范圍內，但其控制效果的好壞取決于辯識模型的精確度，這對于復雜系統是非常困難的。因此，在工業生產過程中，大量采用的仍然是PID算法，PID參數的整定方法很多，但大多數都以對象特性為基礎。隨著計算機技術的發展，人們利用人工智能的方法將操作人員的調整經驗作為知識存入計算機中，根據現場實際情況，計算機能自動調整PID參數，這樣就出現了智能PID控制器，這種控制器把古典的PID控制與先進的專家系統相結合，實現系統的最佳控制。文主要討論模糊控制的理論基礎、模糊PID控制的基本原理以及模糊PID的設計方法和自適應模糊PID控制器的MATLAB仿真。
關鍵詞：模糊控制；模糊控制器；PID控制技術；模糊PID控制器；自適應模糊PID控制器；MATLAB仿真

Abstract
At present, industrial engineering, which is widely used in PID control of the Nonlinear, time-delay, Strong coupling characteristics of the object to control the result is not satisfactory. Although Optimization PID control, adaptive PID control and nonlinear PID control and other improved forms of PID control, but in a fundamental sense, Because of the PID parameter optimization of the ratio of integrals, Differential role of the three control of compromise and interference suppress ionsetting and tracking target values the entire compromise, hence itstuning parameters is not optimal. Fuzzy controller is a recently developed a new type  controller, its advantage is not required to grasp the object controlled precision mathematical model, and the rules under manual control Ancestors control decision table, which it decided to table the size of the volume control. This paper mainly the theoretical foundation of fuzzy control, the principle of fuzzy PID control, the design methods of fuzzy PID controller and MATLAB simulation of adaptive fuzzy PID controller.
As the operator experience is not accurate description and signal volume eva luation of the control process and eva luation index is difficult to quantify, using Fuzzy theory to solve this problem is an effective way. So people use the basic theory and method of fuzzy math, replace the rule conditions, operation using fuzzy sets, and stored these fuzzy control rules and the relevant information(eg, eva luation index, Initial PID parmeter) as a knowledge base in computer knowledge repository. Then the computer can best adjust PID parameters automatically using fuzzy reasoning based on the actual response of the control system (expert system for the importation). This is adaptive fuzzy PID control.
Keywords : fuzzy control; Fuzzy controller; Fuzzy PID controller; Adaptive Fuzzy PID controller; MATLAB Simulation.