基于matlab模糊自整定pid控制器的設(shè)計(jì)與仿真

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1、機(jī)電工程技術(shù)!""#年第$%卷第!期+)?應(yīng)用與模糊控制基于&’()’*模糊自整定+,-控制器的設(shè)計(jì)與仿真王三武，董金發(fā)（武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院，湖北武漢.$""/"）摘要：本文介紹了模糊自整定+,-控制器的設(shè)計(jì)方法并利用&’()’*中的模糊工具箱設(shè)計(jì)模糊控制器，有機(jī)地將模糊+,-控制器與0,&1),23結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)+,-參數(shù)自調(diào)整模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真。仿真結(jié)果表明，該控制器改善了控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，增強(qiáng)了其實(shí)用性。關(guān)鍵詞：模糊控制；+,-控制；參數(shù)自整定；仿真中圖分類號(hào)：(&%/45#6.文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：’文

2、章編號(hào)：4""787.7!9!""#:"!8""#/8".4引言!和!"對(duì)控制器參數(shù)的不同要求，從而使受控對(duì)象具有在機(jī)電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，+,-控制器以其算法簡(jiǎn)單，良好的動(dòng)態(tài)性能和靜態(tài)性能。模糊參數(shù)自整定+,-控制系計(jì)算量小，使用方便，魯棒性較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。用，并取得了良好的控制效果。但是對(duì)于一些時(shí)變和非線性的系統(tǒng)常規(guī)+,-就顯得無能為力了。常規(guī)+,-控制參數(shù)的最佳調(diào)整還未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，依靠人工湊試的整定方法不僅需要豐富的經(jīng)驗(yàn)和技巧，而且十分費(fèi)時(shí)。同時(shí)，在實(shí)際控制系統(tǒng)控制過程中，由于噪

3、聲、負(fù)載擾動(dòng)和其他一些環(huán)圖4模糊+,-控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖境條件變化的影響，受控過程參數(shù)，模型結(jié)構(gòu)均將發(fā)生變化。在這種情況下，采用常規(guī)+,-控制器難以獲得滿意的（$）+,-參數(shù)整定原則控制效果，而模糊控制不依賴被控對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)系統(tǒng)在受控過程中對(duì)應(yīng)不同的!和!"，將+,-是在總結(jié)操作經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的一種手段。本文參數(shù)的整定原則歸納如下：應(yīng)用模糊推理的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)+,-參數(shù)的在線自動(dòng)整定，并!當(dāng)!較大時(shí)，說明誤差的絕對(duì)值較大，#$應(yīng)取依此設(shè)計(jì)出一般控制系統(tǒng)的模糊參數(shù)自整定+,-控制器。較大值，以提高響應(yīng)

4、的快速性；而為防止!"瞬時(shí)過大，基于&’()’*的仿真結(jié)果表明，與常規(guī)+,-控制系統(tǒng)相#&應(yīng)該取較小的值；同時(shí)為避免出現(xiàn)較大的超調(diào)，應(yīng)對(duì)積比，該設(shè)計(jì)能獲得更優(yōu)的魯棒性和動(dòng)、靜態(tài)性及具有良好分作用加以限制;通常取#%<"。的自適應(yīng)性。"當(dāng)=>=處于中等大小時(shí)，為使系統(tǒng)響應(yīng)超調(diào)較小，!模糊參數(shù)自整定+,-控制器的設(shè)計(jì)#$應(yīng)取小些。在這種情況下，#&的取值對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)影響較（4）模糊控制大，#%的取值要適當(dāng)。模糊控制是以模糊集合論、模糊數(shù)學(xué)、模糊語言形式#當(dāng)!較小時(shí)，為使系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性，#$的知識(shí)表示和模糊邏輯的

5、規(guī)則推理為理論基礎(chǔ)，采用計(jì)算與#%均應(yīng)取大些，同時(shí)為避免系統(tǒng)在設(shè)定值附近出現(xiàn)振機(jī)控制技術(shù)構(gòu)成的一種具有反饋通道的閉環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)蕩;并考慮系統(tǒng)的抗干擾性能，應(yīng)適當(dāng)?shù)剡x取#&值。#&值模糊控制原理［4］。主要包括其中的模糊量化處理、模糊的選擇根據(jù)!"值來確定。當(dāng)!"較大時(shí)，#&取較小控制規(guī)則、模糊決策、非模糊化處理等環(huán)節(jié)組成的模糊控值；當(dāng)!"較小時(shí)，#&取較大值。通常情況下#&為中等制器。大小。（!）模糊控制+,-控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（.）模糊控制器的設(shè)計(jì)本文在常規(guī)+,-基礎(chǔ)上，以被控對(duì)象的反饋值與目標(biāo)!各變量隸屬函數(shù)的

6、確定值的誤差!和誤差變化率!"作為輸入，用模糊推理的方模糊控制器輸入語言變量的，分別表示輸入量的偏差法對(duì)+,-的參數(shù)#$、#%、#&進(jìn)行在線自整定，以滿足不同和偏差變化率，規(guī)定他們的論域?yàn)椋菏崭迦掌冢?""%—"7—47#/04Q應(yīng)用與模糊控制機(jī)電工程技術(shù)!""#年第$%卷第!期!，!"&’($，(!，()，"，)，!，$*根據(jù)模糊規(guī)則表在線修正023參數(shù)，計(jì)算公式如下：它們的模糊集為：#$&#’$("#$；#%)#’%("#%；#&)#’&("#&；其中#$、#%、!，!"&’+,，+-，+.，/，0.，0-

7、，0,*#&為原先定好的初始023參數(shù)。"#$、"#%、"#&為模糊控其含義依次為負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中、制器的三個(gè)輸出參數(shù)，可根據(jù)被控對(duì)象的狀態(tài)自動(dòng)調(diào)整正大。023的三個(gè)控制參數(shù)的取值。輸出變量#$，#%，#&用以確定控制量，并規(guī)定其論域#.2-42+5下的模糊推理與模糊控制器的建立為：由模糊控制規(guī)則表可將以上參數(shù)調(diào)節(jié)寫成條件語句形#$，#%，#&&’($，(!，()，"，)，!，$*式?？梢岳媚：壿嫻ぞ呦浣⒁粋€(gè)678型文件，保存輸出量的語言變量模糊集為：為0239678。在-:;4:,命令窗

8、口鍵入6<==>，就會(huì)出現(xiàn)一#$，#%，#&&’+,，+-，+.，/，0.，0-，0,*個(gè)?2.@A7BCD窗口。本設(shè)計(jì)采用雙入三輸出模糊控制器，各個(gè)語言值的定義分別由給出的三角形隸屬函數(shù)曲線輸入輸出變量分別為偏差!和偏差變化率!"，輸出變量來描述。分別為#$、#%、#&。在@A7B菜單下確定輸入、輸出，雙擊!建立控制規(guī)則表每個(gè)圖標(biāo)就可以進(jìn)行編輯。在?7EF菜單下選擇-GHAG7I依據(jù)