matlab模糊控制器

沈阳化工大学

本科毕业论文

题 目： 基于MATLAB的模糊PID控制器的设计及其实现_ 院 系： 信息工程学院_____________ __ 专 业： 电气工程及其自动化_____________ 班 级： 电气 0703__________________ 学生姓名： 李辰龙____________________ 指导教师： 刘 晶____________________

论文提交日期：2011年6月27日 论文答辩日期：2011年6月28日

毕业设计（论文）任务书

电气工程及其自动化专业

0703班 学生：李辰龙

毕业设计（论文）题目： 基于MATLAB的模糊PID控制器的设计及其实现 毕业设计（论文）内容： 1. 学习模糊控制理论； 2. 学习MATLAB仿真软件； 3. 设计fuzzy-PID仿真控制系统 毕业设计（论文）专题部分： 模糊PID MATLAB仿真控制系统的设计

起止时间

基于Matlab模糊控制器HDL代码的自动生成

诸葛俊贵

（上海师范大学精密机电系统与控制工程研究室，上海201418）

摘

要

以水箱液位控制为例，提出了一种基于Matlab的模糊控制器HDL代码自动生成方法，生成的代码可以

移植到FPGA控制系统上。该方法分4个步骤：（1）利用Matlab的FuzzyLogic工具箱设计模糊控制器。（2）将模糊控制器转换为LookupTable的形式。（3）将制作好的控制器查找表用状态机实现。（4）用HDLCoder将状态机实现的模糊控制器翻译成HDL代码。

关键词

FPGA；Matlab；Simulink；模糊控制器；LookupTable；状态机；HDLCoder

TP273+.4

文献标识码

A

文章编号1007－7820（2012）01－042－04

中图分类号

FuzzyControllerHDLCodeAutomaticallyGeneratedBasedonMatlab

ZHUGEJungui

（LabofPrecisionMechano-electronicsSystemsandControlEngineering，ShanghaiNormalUniversity，Shanghai201418，China）

Abstrac

基于MATLAB的PID控制系统参数调节的仿真分析

1、引言

PID控制是最早发展的自动控制策略之一，PID控制系统由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。具有简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。PID控制的参数自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。

本文首先从PID理论出发，建立模型，讨论系统的稳定性，快速性，准确性。利用MATLAB对PID控制的参数进行仿真，设计不同的参数，以使系统满足所要求的性能指标。

2、 控制领域有一个很重要的概念是反馈， 它通过各种输出值和它们各自所需值的实时比较的度量—各种误差，再以这些误差进行反馈控制来减少误差。这样形成的因果链是输入、动态系统、输出、测量、比较

题目自适应模糊PID控制器的MATLAB的设计

学生姓名

学号

专业班级

指导教师

学院电气工程与信息工程学院

答辩日期

2

摘要

PID(比例积分微分)控制具有结构简单、稳定性能好、可靠性高等优点，尤其适用于可建立精确数学模型的控制系统。而对于一些多变量、非线性、时滞的系统，传统的PID控制器并不能达到预期的效果。

随着模糊数学的发展，模糊控制的思想逐渐得到控制工程师们的重视，各种模糊控制器也应运而生。而单纯的模糊控制器有其自身的缺陷——控制效果很粗糙、控制精度无法达到预期标准。但利用传统的PID控制器和模糊控制器结合形成的模糊自适应的PID控制器可以弥补其缺陷；它将系统对应的误差和误差变化率反馈给模糊控制器进而确定相关参数，保证系统工作在最佳状态，实现优良的控制效果。

本设计介绍了参数自适应模糊PID控制器的设计方法和步骤。并利用MATLAB中的SIMULINK和模糊逻辑推理系统工具箱进行了控制系统的仿真研究，并简要地分析了对应的仿真数据。

关键词：经典PID控制；模糊控制；自适应模糊PID控制器；参数整定；MATLAB仿真

I

ABSTRACT

PID(Proportion Integration Differentiation)control，with lots

前 言

PID控制是比例(P)积分(I)微分(D)控制的简称。在生产过程自动控制的发展历程中，PID 控制是历史最久、生命力最强的基本控制方式。在本世纪40年代以前，除在最简单的情况下可采用开关控制外,它是唯一的控制方式。PID 控制具有以下优点：

(1)原理简单，使用方便。

(2)适应性强，它可以广泛用于化工、热工、冶 金以及造纸、建材等各种生产部门。按PID控制进 行工作的自动调节器早已商品化。

(3)鲁棒性强，即其控制品质对被控对象特性的变化不大敏感。

正是由于具有这些优点，在实际过程控制和运 动控制系统中，PID 控制都得到了广泛应用。据统 计，工业控制的控制器中PID类控制器占有90%以上。

PID控制结构简单、可靠性高，在工业控制中得到了广泛的应用。但是实际工业生产过程往往具有大滞后、非线性、时变不确定性，因此常规PID控制经常达不到理想的控制效果。因此，有必要提出一种算法简单且对被控对象数学模型要求不高的自适应 PID 控制器。

在控制系统里，如果难以获得被控制对象的数学模型，或者被控对象是个比较复杂的非线性、时变而且又有大的滞后的系统，一般的PID控制难以达到预期的效果，而模糊控制技术在复杂、大滞后、难以建立精确数学模型的

前 言

PID控制是比例(P)积分(I)微分(D)控制的简称。在生产过程自动控制的发展历程中，PID 控制是历史最久、生命力最强的基本控制方式。在本世纪40年代以前，除在最简单的情况下可采用开关控制外,它是唯一的控制方式。PID 控制具有以下优点：

(1)原理简单，使用方便。

(2)适应性强，它可以广泛用于化工、热工、冶 金以及造纸、建材等各种生产部门。按PID控制进 行工作的自动调节器早已商品化。

(3)鲁棒性强，即其控制品质对被控对象特性的变化不大敏感。

正是由于具有这些优点，在实际过程控制和运 动控制系统中，PID 控制都得到了广泛应用。据统 计，工业控制的控制器中PID类控制器占有90%以上。

PID控制结构简单、可靠性高，在工业控制中得到了广泛的应用。但是实际工业生产过程往往具有大滞后、非线性、时变不确定性，因此常规PID控制经常达不到理想的控制效果。因此，有必要提出一种算法简单且对被控对象数学模型要求不高的自适应 PID 控制器。

在控制系统里，如果难以获得被控制对象的数学模型，或者被控对象是个比较复杂的非线性、时变而且又有大的滞后的系统，一般的PID控制难以达到预期的效果，而模糊控制技术在复杂、大滞后、难以建立精确数学模型的

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

PID控制器与状态反馈控制器MATLAB教学实例设计

作者：张栋

来源：《教育教学论坛》2015年第04期

摘要：为解决控制理论授课过程中PID控制器与状态反馈控制器设计的区别与联系，本文设计了一个MATLAB/SIMULINK仿真教学实例，便于学生深入理解与掌握教学过程中的基本理论与方法。

关键词：PID控制器；状态反馈；观测器；参数整定

中图分类号：G642.1 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）04-0165-02 一、引言

PID控制器设计与状态反馈控制器两类控制器[1，2]相同之处为二者均属于反馈控制，因此在实际使用中，都需考虑闭环系统的稳定性；两类控制器最主要的相异之处为二者闭环系统极点的配置灵活性不同： PID控制器属于输出反馈，只能将闭环极点配置到闭环系统的根轨迹上；而状态反馈控制器在被控系统状态完全可控的条件下，可以将闭环极点任意配置。 本文利用MATLAB与SIMULINK仿真设计了一个实例，对同一个被控对象进行PID控制器设计与基于观测器的状态反

题 目 自适应模糊PID控制器的MATLAB的设计

学生姓名 学 号 专业班级 指导教师 学 院 电气工程与信息工程学院 答辩日期

2

摘 要

PID(比例 积分 微分)控制具有结构简单、稳定性能好、可靠性高等优点，尤其适用于可建立精确数学模型的控制系统。而对于一些多变量、非线性、时滞的系统，传统的PID控制器并不能达到预期的效果。

随着模糊数学的发展，模糊控制的思想逐渐得到控制工程师们的重视，各种模糊控制器也应运而生。而单纯的模糊控制器有其自身的缺陷——控制效果很粗糙、控制精度无法达到预期标准。但利用传统的PID控制器和模糊控制器结合形成的模糊自适应的PID控制器可以弥补其缺陷；它将系统对应的误差和误差变化率反馈给模糊控制器进而确定相关参数，保证系统工作在最佳状态，实现优良的控制效果。

本设计介绍了参数自适应模糊PID控制器的设计方法和步骤。并利用MATLAB中的SIMULINK和模糊逻辑推理系统工具箱进行了

重庆交通大学

毕业设计（论文）

题目名称：模糊PID控制器设计

学院：机电与汽车工程学院

专业：电气工程与自动化

班级：2009 级 2 班

学号：

学生姓名：

指导教师：

2013年6月

前言

模糊控制是智能控制的一个分支，它的概念是由美国加利福尼亚大学著名教授 L.A.Zaden 提出的，经过 20 多年的发展，模糊控制取得了瞩目的成就。它适用于非线性、数学模型不确定的控制对象，对被控对象的时滞非线性和时变性具有一定的适应能力，同时对噪声也有较强的抑制作用，即鲁棒性较好。但由于模糊控制器本身消除系统稳态误差的性能比较差，难以达到较高的控制精度。而用PID控制正好可以弥补其不足，而本设计的目的正在于此。

模糊PID控制器在工业生产中扮演了十分重要的角色，这种控制器不但具有PID控制精度高等优点，又兼有模糊控制灵活、适应性强的优点，对复杂控制系统和要求高精度的伺服系统可获得优良的控制效果随着智能控制理论的迅速发展,使传统的工业控制技术不断向前发展。1985年提出了自寻优Fuzzy2PID调节器,具有模糊推理的自整定PID控制器也出现了,并逐步商品化,如三菱电机公司在1988年开发了MACTUS 210系列的模糊PID自校正调节器,这类控制器用模糊控制规则和推理,

基于MATLAB的PID 控制器设计

基于MATLAB的PID 控制器设计

一、PID控制简介

PID控制是最早发展起来的经典控制策略, 是用于过程控制最有效的策略之一。由于其原理简单、技术成，在实际应用中较易于整定, 在工业控制中得到了广泛的应用。它最大的优点是不需了解被控对象精确的数学模型,只需在线根据系统误差及误差的变化率等简单参数, 经过经验进行调节器参数在线整定, 即可取得满意的结果, 具有很大的适应性和灵活性。

积分作用:可以减少稳态误差, 但另一方面也容易导致积分饱和, 使系统的超调量增大。

微分作用:可提高系统的响应速度, 但其对高频干扰特别敏感, 甚至会导致系统失稳。

所以, 正确计算控制器的参数, 有效合理地实现 PID控制器的设计,对于PID 控制器在过程控制中的广泛应用具有重要的理论和现实意义。

在PID控制系统中, PID控制器分别对误差信号e（t）进行比例、积分与微分运算, 其结果的加权和构成系统的控制信号u（t），送给对象模型加以控制。 PID控制器的数学描述为

其传递函数可表示为:

从根本上讲, 设计PID控制器也就是确定其比例系数Kp、积分系数T i 和微分系数T d , 这三个系