一種參數(shù)自整定PID控制器的研究

論文編號:JX1527  論文字?jǐn)?shù):18061.頁數(shù):52

摘要
 
 模糊控制經(jīng)過四十年的發(fā)展，在理論和應(yīng)用方面都取得了巨大的成就，而PID控制作為一種傳統(tǒng)的控制方法，仍是目前工業(yè)過程控制中應(yīng)用最廣泛的一種控制手段。因此，模糊PID控制在控制領(lǐng)域中扮演了十分重要的角色。而該文主要研究的就是參數(shù)自整定模糊PID控制器整定參數(shù)的方法。首先對PID控制器與參數(shù)整定方法、模糊控制的基本原理、發(fā)展歷史、研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進(jìn)行了綜述。然后，針對上述兩種方法中存在的不足，將兩種方法綜合起來，取長補(bǔ)短，提出一種比較完善的模糊PID控制器參數(shù)自整定方法。應(yīng)用模糊集合理論和方法，把操作人員對PID參數(shù)的整定經(jīng)驗總結(jié)成模糊規(guī)則，形成控制規(guī)則表。運用模糊推理與清晰化處理實現(xiàn)對參數(shù)的在線整定。在Z-N法整定出PID參數(shù)的基礎(chǔ)上，將該文提出的自整定規(guī)則應(yīng)用于時滯一階對象的控制。MATLAB仿真結(jié)果表明，該文提出的算法優(yōu)于傳統(tǒng)的整定方法。
關(guān)鍵詞：參數(shù)自整定；模糊PID；MATLAB仿真；模糊結(jié)合論；模擬PID；數(shù)字PID

Abstract

 The theory of fuzzy control has developed about 40 years. It has made the enormous achievement in theory and application, and PID as a kind of traditional control methods, it is still the most extensive kind of control means that the industrial process is used while controlling at the present. So, fuzzy PID has played a very important role in the controlled field. And the main research of this article is that how fuzzy PID controller adjust the parameters. First of all, I introduce the PID controller, the traditional way of making parameters, fuzzy control basic principle, developing history, current situation and developing trend. Then I propose a more perfect method to adjust parameters, on the basis of the strong points of the above-mentioned two ways, named parameters self regulating fuzzy PID controller. In my paper, I set the fuzzy regular according to the experts’ experience with fuzzy theory, and realizing the adjustment parameters on line by using the fuzzy inference system. The emulation result indicates that the algorithm that this article puts forward is superior to traditional methods.
Keyword：parameters self regulating；fuzzy PID；MATLAB simulation；the theory of fuzzily；simulation PID；digital PID

目錄

前言 ……………………………………………………………………………1
1 緒論 ……………………………………………………………………………2
1.1 課題的發(fā)展現(xiàn)狀 ……………………………………………………………2
1.2 課題的意義 …………………………………………………………………3
1.3 論文的主要工作 ……………………………………………………………4
2 模糊理論 ………………………………………………………………………5
2.1 模糊集合論 …………………………………………………………………5
2.1.1 普通集合 …………………………………………………………………5
 2.1.2 模糊集合 …………………………………………………………………6
 2.1.3 模糊關(guān)系和模糊關(guān)系矩陣 ………………………………………………9
2.2 模糊語言變量 ………………………………………………………………10
2.3 模糊蘊(yùn)含關(guān)系 ………………………………………………………………10
2.3.1 模糊蘊(yùn)含關(guān)系的直覺判據(jù) ………………………………………………10
2.3.2 模糊蘊(yùn)含關(guān)系的運算方法 ……………………………………………11
 2.3.3 近似推理 ………………………………………………………………12
 2.3.4 句子連接關(guān)系的邏輯運算 ……………………………………………13
 2.4 基于控制規(guī)則庫的模糊推理 ……………………………………………14
 2.4.1 模糊推理的基本方法 …………………………………………………14
 2.4.2 模糊控制中幾種常見的模糊推理類型 …………………………………15
 3 一種參數(shù)自整定模糊PID控制器的設(shè)計 ……………………………………17
 3.1 基本的PID調(diào)節(jié)器 …………………………………………………………17
 3.1.1 模擬PID調(diào)節(jié)器 …………………………………………………………17
 3.1.2 數(shù)字PID調(diào)節(jié)器 …………………………………………………………19
 3.2 基本模糊控制器的結(jié)構(gòu)和組成 ……………………………………………19
3.3 模糊控制器的設(shè)計思想 ……………………………………………………22
3.4 參數(shù)自整定模糊PID控制器原理 …………………………………………24
3.5 參數(shù)自整定模糊PID控制器的設(shè)計 ………………………………………25
3.5.1 模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) …………………………………………………25
 3.5.2 模糊控制器的設(shè)計 ………………………………………………………26
 3.5.3 模糊控制規(guī)則表 ………………………………………………………27
 4 控制的系統(tǒng)仿真 ……………………………………………………………30
4.1 MATLAB簡介 ………………………………………………………………30
4.2 設(shè)計模糊控制器 …………………………………………………………32
4.2.1 建立Fuzzy推理系統(tǒng) …………………………………………………32
4.2.2 隸屬度函數(shù)的確定 ………………………………………………………32
4.2.3 控制規(guī)則編輯 ……………………………………………………………38
4.2.4 控制規(guī)則觀察 ……………………………………………………………40
4.2.5 控制曲面觀察 …………………………………………………………40
5 結(jié)果分析 ……………………………………………………………………44
5.1 制系統(tǒng)的性能指標(biāo) …………………………………………………………44
5.2 PID控制器單獨作用下系統(tǒng)仿真 …………………………………………44
5.3 參數(shù)自整定模糊PID的系統(tǒng)仿真 …………………………………………46
6 結(jié)論 …………………………………………………………………………50
致謝 ……………………………………………………………………………51
參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………52