模糊控制pid simulink

模糊自适应PID控制器及Simulink仿真

目 录

摘 要 ............................................... 1 ABSTRACT ............................................. 1

第一章 绪论 ..................................... 1

1.1 PID控制器的发展与应用 ................................ 1 1.2 PID控制器参数设置中存在的问题 ........................ 2 1.3模糊自适应PID控制器发展研究现状 ...................... 2 1.4 本文的主要工作........................................ 4

第二章 PID控制原理简介 .......................... 4

2.1引言 .................................................. 4 2.2 PID控制原理 ...........

【关键词】倒立摆 模糊控制 PID控制 模糊PID控制 MATLAB仿真

【英文关键词】Inverted pendulum Fuzzy control PID control Fuzzy PID control MATLAB Simulation

倒立摆论文：基于PID的二级倒立摆控制器的设计

【中文摘要】二级倒立摆系统是一个具有多变量、强耦合性、高度非线性的不稳定的系统，它可以反应出控制界当中的很多问题，例如：鲁棒性、可镇定性、跟踪性等。在控制领域当中，有很多的不稳定系统以及非线性系统，而倒立摆系统能够对这样的系统进行检验，所以倒立摆系统是控制领域当中学者研究的热点之一。倒立摆的控制方法也在军事、机器人等领域中得到了广泛性的应用。第一章简单介绍了倒立摆系统研究的历史与现状，并阐述了在不同时期所取得的成果。因为本文设计的是模糊PID控制器，所以在接下来的章节中我们首先要做的就是相关理论的准备工作。准备的内容包括：PID理论、模糊理论等相关知识的介绍。之后用拉格朗日函数方法建立一个二级倒立摆的数学模型，根据这个模型求出它的状态与输出两个方程，用现代控制理论对该系统的稳定性、可控制性、能观测性进行分析，同

已知系统的传递函数为：1/(10s+1)*e(-0.5s)。假设系统给定为阶跃值r=30，系统初始值r0=0.试分别设计 (1)常规的PID控制器； (2)常规的模糊控制器；

(3)比较两种控制器的效果；

(4)当通过改变模糊控制器的比例因子时，系统响应有什么变化？

一．基于simulink的PID控制器的仿真及其调试：

调节后的Kp，Ki，Kd分别为：10 ，1， 0.05。 示波器观察到的波形为：

二．基于simulink的模糊控制器的仿真及其调试：

（1）启动matlab后，在主窗口中键入fuzzy回车，屏幕上就会显现出如下图所示的“FIS Editor”界面，即模糊推理系统编辑器。

（2）双击输入量或输出量模框中的任何一个，都会弹出隶属函数编辑器，简称MF编辑器。

（3）在FIS Editor界面顺序单击菜单Editor—Rules出现模糊规则编辑器。

本次设计采用双输入（偏差E和偏差变化量EC）单输出（U）模糊控制器，E的论域是[-6,6]，EC的论域是[-6,6]，U的论域是[-6,6]。它们的状态分别是负大（NB）、负中（NM）、负小（NS）、零（ZO）、正小（PS）、正中（PM）、正大（PB）。语言值的隶属函数选择三角形的隶

山东电力技术

2009年第6期（总第170期）SHANDONG DIANLI JISHU

0引言

在工业控制过程中，PID类型的控制技术占有主导地位，特别是在化工、冶金过程控制中，众多量大而面广的控制过程如温度、流量、压力、液位，基本上仍应用着PID类型的控制单元。虽然未来的控制技术应用领域会越来越广，被控对象会越来越复杂，但是以PID为原理的各种控制器仍是工业控制的重要部分。

随着科学技术的迅猛发展，对自动控制系统的控制精度、响应速度、系统的稳定性和适应能力的要求越来越高，传统的PID控制主要是控制具有确切模型的线性过程，而实际上，大多数工业过程都不同程度地存在非线性，有时甚至是非常严重的非线性，同时有些过程很难或不能建立数学模型，因而一般的PID控制无法实现对此类过程的精确控制，而模糊控制不需要建立过程数学模型，适用于复杂的难以建立精确数学模型的对象，这是将其应用于工业过程控制的主要原因，模糊控制因而得到越来越广泛的应用。

模糊控制系统是一种典型的智能控制系统，是通过计算机完成人们用自然语言所描述的控制活动，可以不需要知道被控对象的数学模型即可实现较好的控制，具有系统响应快，超调小，过渡过程时间短等优点。在控制原理上它应用模糊集合论、模糊语言变量和

烟台大学文经学院毕业论文（设计）

模糊PID控制方法研究 Fuzzy PID Controller

烟台大学文经学院毕业论文（设计）

2 模糊控制器的设计

2.1 模糊控制器的基本原理

2.1.1 模糊控制器的原理

模糊控制(Fuzzy Control)是以模糊集理论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种智能控制方法，它从行为上模仿人的模糊推理和决策过程。模糊控制是先将操作人员或专家经验编成模糊规则，然后将来自传感器的实时信号通过模糊规则模糊化，将模糊化后的信号作为模糊规则的输入，完成模糊推理，进行解模糊化，最后将解模糊后得到的输出量加到执行器上。图2-1是模糊控制原理框图。

图2-1 模糊控制原理框图

2.1.2 模糊控制器的组成

在整个控制器中，模糊控制器是整个控制系统的核心，所采用的模糊规则、合成推理算法和模糊决策的方法等都是决定整个控制器优劣的因素。其组成如图2-2：

图2-2 模糊控制器的组成框图

烟台大学文经学院毕业论文（设计）

模糊化接口是模糊控制器的输入借口，主要作用是将真实的确定量输入转换为一个模糊矢量。

数据库和规则库共同组成了

《系统辨识与自适应控制》

课程论文

基于Matlab的模糊自适应PID控制器仿真研究

学 院： 电信学院 专 业： 控制工程 姓 名： 王 晋 学 号： 102430111356

基于Matlab的模糊自适应PID控制器仿真研究

王晋

（辽宁科技大学 电信学院 鞍山）

摘 要：传统PID在对象变化时，控制器的参数难以自动调整。将模糊控制与PID控制结合，利用模糊推理方法实现对PID参数的在线自整定。使控制器具有较好的自适应性。使用MATLAB对系统进行仿真，结果表明系统的动态性能得到了提高。

关键词: 模糊PID控制器；参数自整定；Matlab；自适应

0引言

在工业控制中，PID控制是工业控制中最常用的方法。但是，它具有一定的局限性:当控制对象不同时，控制器的参数难以自动调整以适应外界环境的变化。为了使控制器具有较好的自适应性，实现控制器参数的自动调整，可以采用模糊控制理论的方法[1]

模糊控制已成为智能自动化控制研究中最为活跃而富有成果的领域。其中，模糊PID控制技术扮演了十分重要的角色，并目仍将成为未来研

《系统辨识与自适应控制》

课程论文

基于Matlab的模糊自适应PID控制器仿真研究

学 院： 电信学院 专 业： 控制工程 姓 名： 王 晋 学 号： 102430111356

基于Matlab的模糊自适应PID控制器仿真研究

王晋

（辽宁科技大学 电信学院 鞍山）

摘 要：传统PID在对象变化时，控制器的参数难以自动调整。将模糊控制与PID控制结合，利用模糊推理方法实现对PID参数的在线自整定。使控制器具有较好的自适应性。使用MATLAB对系统进行仿真，结果表明系统的动态性能得到了提高。

关键词: 模糊PID控制器；参数自整定；Matlab；自适应

0引言

在工业控制中，PID控制是工业控制中最常用的方法。但是，它具有一定的局限性:当控制对象不同时，控制器的参数难以自动调整以适应外界环境的变化。为了使控制器具有较好的自适应性，实现控制器参数的自动调整，可以采用模糊控制理论的方法[1]

模糊控制已成为智能自动化控制研究中最为活跃而富有成果的领域。其中，模糊PID控制技术扮演了十分重要的角色，并目仍将成为未来研

一、设计目的

1．掌握PID控制规律及控制器实现。

2．掌握用Simulink建立PID控制器及构建系统模型与仿真方法。 二、使用设备

计算机、MATLAB软件 三、设计原理

在模拟控制系统中，控制器中最常用的控制规律是PID控制。PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差。PID控制规律写成传递函数的形式为

E(s)1KiG(s)??Kp(1??Tds)?Kp??KdsU(s)Tiss 式中，KP为比例系数；Ki为积分系数；Kd为微分系数；

Ti?KpKi为积分时间常

Td?数；

KdKp为微分时间常数；简单来说，PID控制各校正环节的作用如下：

（1）比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。

（2）积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti，Ti越大，积分作用越弱，反之则越强。

（3）微分环节：反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号变得太大之前，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。 四、上机过程

1、在MATLAB命令窗口中输入“Simulink”进入仿真界面。 2、构建PID控制

辽宁科技大学毕业设计（论文） 第I页

模糊PID控制在液位控制中的应用

摘要

液位控制是工业控制中的一个重要问题，针对液位控制过程中存在大滞后、时变、非线性的特点，为适应复杂系统的控制要求，人们研制了种类繁多的先进的智能控制器，模糊PID控制器便是其中之一。模糊PID控制结合了PID控制算法和模糊控制方法的优点，可以在线实现PID参数的调整，使控制系统的响应速度快，过渡过程时间大大缩短，超调量减少，振荡次数少，具有较强的鲁棒性和稳定性，在模糊控制中扮演着十分重要的角色。本文介绍了模糊PID控制在双容水箱的液位控制系统中的应用。首先建立了液位控制系统数学模型，介绍了PID控制、模糊控制以及模糊PID的基本原理，然后利用MATLAB工具生成仿真曲线。

关键词:液位系统，液位控制，模糊PID控制，仿真

辽宁科技大学毕业设计（论文） 第II页

The Application on Fuzzy PID Control for Water

Level Control System

Abstract

Water level control is an important problem

锅炉汽包水位自整定模糊PID控制

第２６卷第３期

２００８年７月沈阳师范大学学报（自然科学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈｅｎｙａｎｇＮｏｒｍａｌＵｎｉｚＰｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ）Ｖ０１．２６．Ｎｏ．３Ｊｕｌ．２００８文章编号：１６７３—５８６２（２００８）０３—０２９４—０３

锅炉汽包水位自整定模糊ＰＩＤ控制

于洪泽１，２

（１．沈阳理工大学信息科学与工程学院，辽宁沈阳１１０１６８；２．辽东学院机电学院，辽宁丹东１１８００３）

摘要：锅炉汽包水位是一种非线性、时变大、强耦合的多变量系统．在建立锅炉汽包水位调

节系统的基础上，运用自整定模糊ＰＩＤ控制对汽包水位进行控制．并对控制器的设计进行仿真分

析，结果表明自整定模糊ＰＩＤ控制改善了汽包水位控制系统的静、动态特性，从而实现了对锅炉汽

包水位的最佳实时控制．

关键词：锅炉；汽包水位；模糊控制；模糊自整定ＰＩＤ控制；仿真

中图分类号：ＴＫ２２３．１＋３文献标识码：Ａ

在锅炉运行中，水位是一个很重要的参数．若水位过高，则会影响汽水分离的效果，使用气设备发生故障；而水位过低，则会破坏汽水循环，严重时导致锅炉爆炸．同时高性能的锅炉产生的蒸汽流量很大，而汽包的体积相对来说较小，所以锅炉水位控制显得非常重要．锅炉水位