模糊PID控制器设计

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1、模糊PID控制器参数自整定报告0引言：PID控制作为一种典型的传统反馈控制器，以其结构简单，易于实现和鲁棒性好等特点在工业过程控制中广泛应用。但是传统PID控制器的参数需要被控对象的数学模型来进行调 整，而控制过程中的滞后性、控制参数的非线性和高阶陛增加了对Kp、Ki、Kd三个参数的调整难度。所以对确定的控制系统通过复杂的计算后，其三个参数的值在控制运行中一般是固定的，不易进行在线的调整。而在实际的工业生产过程中，许多被控对象受到负荷变化和干扰因素的作用，其对象参数的特征和结构易发生改变，这就需要对参数进行动态的调整。 同样因为被控系统的复杂性和不确定性，其精确的数学模型难以建立，甚至无法建立

2、模型， 所以需要利用模糊控制技术等方法来解决。模*® PID无需考虑被控系统的模型，而只根据其误差e和误差变化ec等检测数据来自适应调整 Kp、Ki、Kd的值，最终使被控系统处于稳定 工作态。1、PID控制器：PID参数模糊自整定是找出 PID中3个参数与e和ec之间的模糊关系，在运行中通过 不断卞测e和ec,根据模糊控制原理来对 3个参数进行在线修改，以满足不同e和ec时对控制参数的不同要求，而使被控对象有良好的动稳态性能。从系统的稳定性、响应速度、超 调量和稳态精度等方面来考虑Kp,Ki,Kd的作用如下：(1)比例系数Kp的作用是：加快系统的响应速度，提高系统的调节精度。Kp越大

3、，系统的响应速度越快，系统的调节精度越高，但易产生超调，甚至导致系统不稳定；Kp取值过小，则会降低调节精度，使响应速度缓慢，从而延长调节时间，使系统静态、动态特性变坏。 (2)积分作用系数 Ki的作用是：消除系统的稳态误差。Ki越大，系统的稳态误差消除越快，但Ki过大，在响应过程的初期会产生积分饱和现象，从而引起响应过程的较大超调；若 Ki过小，将使系统稳态误差难以消除，影响系统的调节精度。(3)微分作用系数Kd的作用是：改善系统的动态特性。其作用主要是能反应偏差信号的变化 趋势，并能在偏差信号值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快 系统的动作速度，减少调节时间。2、模糊

4、PID参数自整定控制器设计2.1 控制器结构：|_f西小模糊推理图2 系转结胸框图2.2 模糊化由PID各个参数对系统的影响得到:(a)当误差|e|较大时，说明误差的绝对值较大， 不论误差的变化趋势如何，都应该考虑控制器的Kp取较大值，以提高响应的快速性；而为防止因为|ec|瞬时过大，kd应该取较小的值； 为控制超调，ki也应该取值很小。(b)当误差回在中等大小时，为保证系统的相应速度并控制超调，应减小Kp, Ki值应增大，Kd应适中。(c)当误差|e|较小时，为保证系统具有良好的稳态特性，应加大 Kp、Ki的取值，同时为避 免产生振荡，Kd的取值应该和|ec|联系起来。模*® PI

5、D控制根据系统运行的不同状态，考虑Kp Ki、Kd三者的关联，根据工程经验设计模糊整定这三个参数，选择输入语言变量为误差e和偏差变化率ec,语言变量值取NB,NM NG 0, PS, PM PB七个模糊值；选择输出语言变量为Kp, Ki , AKd语言变量值也取NB, NM NS, 0, PS, PM PB七个模糊值，建立 Kp, Ki , Kd的模糊规则表如下 表1、表2、表3。衰】人的模糊规则表ANRA'MNSZOPSPMPRAT?FKmPMPMPSZOmAMPBPRPMPSPSZONSPMwPMAS阳ZOPMPM中zoNS/VMjWPSPSPSZOMNSNMNMPMPSNSNMN

6、MNMNBPBzozoNMNMNMNR表2 &的模糊规则表eli &7NRNMA'SZOPSPMPRNHNBNRwAMNSZOZORMA-B57?M/NSNSZOZOAS2ASAS20PSPSZQNMNMA5ZOPSPMPMPSANSZOPSRSPMPHPMZOZOrsPSPRPHPBzozoPSPMPMPHPH衷3 &的模糊规则表NMASZOPSPMphNBPSNSNBNRNRA谢PSNMi PSNSA'BNMNMA5ZO20N5A加NM/VSNSza10ZON3ASASNSArSZOESZOZOZOZOZOZOZOPBNSPSPSPSPSPBPRPB

7、PMPMPMPSPSPB2.3设计模糊控制器在MATLA腌令空间输入fuzzy ,弹出对话框，然后进行设置，如图:设置为两输入三输出结构。根据经验设置输入输出的隶属度函数都为:设置完隶属度函数后，按照上述三个模糊规则表格设置模糊规则，如图设置完毕后，保存文件“ zhinengkongz.fis ”至磁盘，留给仿真调用，生成的文件为:SystemName='zhinengkongz'Type='mamdani'Version=2.0NumInputs=2NumOutputs=3NumRules=49AndMethod='min'OrMethod=&

8、#39;max'ImpMethod='min'AggMethod='max'DefuzzMethod='centroid'InputlName='e'Range=-3 3NumMFs=7MF1='nb':'zmf,-3 -1MF2='nm':'trimf,-3 -2 0MF3='ns':'trimf,-3 -1 1MF4='zo':'trimf,-2 0 2MF5='ps':'trimf,-1 1 3MF

9、6='pm':'trimf,0 2 3MF7='pb':'smf,1 3Input2Name='ec'Range=-3 3NumMFs=7MF1='nb':'zmf,-3 -1MF2='nm':'trimf,-3 -2 0MF3='ns':'trimf,-3 -1 1MF4='zo':'trimf,-2 0 2MF5='ps':'trimf,-1 1 3MF6='pm':'trimf,0