基于MATLAB的模糊PID控制器设计与仿真研究

2002年第 5期 机 车 电 传 动 2002年 9月10日 ELECTRIC DRIVE FOR~ MOTIVES № 5，2002 Sep．10，2002 研 究 开 发 基予~ TLAB均模糊mD接制器 设 计 与⋯仿 真 研 究 常满波，胡鹏飞 (西南交通大学 电气工程学院，四川 成都 610031 ) 摘 要 ：针对在复杂系统 中实现 自组织参数的 PID控制问题，介绍 了一种基于模糊控制原 理的 PID参数 自组织控制器的设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，同时利用 MATLAB中的SIMULINK和 FUZZY工具箱 进行了仿真研究 ，仿真结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明 ，参数 自组织模糊控制系统 比参数 固定的系统的控制效果好。 关键词 ：PID控制器 ；MATLAB；模糊控制 ；仿真 中图分类号：TP391．9 文献标识码：A 文章编号 ：1000—128X(2002)05—0034—03 作者简介：常满波 (1976一)． 男，西南交通 大学电气工 程 学院硕士研 究生，主要 从 事计算机应用技 术的研 究 一 Design and simulation research of PID fuzzy controller based on M ATLAB CHANG M an-bo，HU Peng-fei (School of Electric Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu，Sichuan 61003 1，China) Abstract：Aiming at the problem of realizing PID control with self-organizing parameters in complex system，a design scheme of PID parameter self-organizing controller based on fuzzy control principle is put forward．Simulation study is made with the too lboxes of SIM ULINK and FUZZY inside MATLAB．Comparisons show a better control result of fuzzy control system with self-organ izing parameter than with fixed parameter system． Key words：PID controller；M ATLAB；fuzzy control；simulation 根据偏差的比例 (P)、积分 (I)、微分 (D )进行控 制 (简称PID控制 )，是控制系统中应用最为广泛的一 种控制规律 。但是 ，要想取得好 的控制效果 ，必须离 线或者在线整定PID控制器的参数，使之具有合理的 数值 实际上，任何一个有效的控制设计都需要包含 人的经验知识、判断技巧和直觉推理能力。基于这一 想法，本文根据模糊控制原理，设计了一种参数自组 织PID控制器，试图把人的判断技巧与推理能力参与 到控制系统设计中去。该控制方案既对PID算法加以 保 留和改进 ，又运用模糊控制原理在线整定 PID控制 器的参数。这样得到的控制系统在理论上具有超调 小 、稳态控制精度高等特点 。 1 模糊控制器的实现 一 般来说 ，PID控制器的结构和算法已经确定， 控制品质的好坏主要取决于控制参数选择是否合理。 通常 ，不同的偏差 和偏差变化率 I Ae I，对 PID 控制器参数 。、 、 的整定 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 不同。 (1)当I eI较大时 ，为 _『加快 系统的响应速度 ，应 收稿日期：2002—03—19；收修改稿日期：2002 06—10 - — — 34-—— 取较大的K。；但为了避免由于开始时的偏差 的瞬时 变大 可能 出现 的微分过饱 和而使控 制作用超 出许 可 的范围 ，应取较小的K ；同时为 了防止系统响应 出现 较大的超调 ，产生积分饱 和 ，应对积分作用加 以限制 ， 通常取 K。=0。 (2)当偏差IeI处于中等大小时，为使系统响应具 有较／J,09超调， 。应取得小些 ， 。的取值要适当；在这 种情况下 的取值对系统影响较大，取值要大小适 中 ，以保证 系统 的响应 速度。 (3)当偏差IeI较小即接近于设定值时，为使系统 具有良好的稳态特性，应增加 。和 。的取值。同时为 避免在系统的设定值附近出现振荡 ，应增强系统的抗 干扰性能。当I△P I较小时， 可取值大些；当I△P I较 大时 ， 。应取小些 。 根据以上原则，可以采用模糊推理的方法设计参 数 自调整的模糊PID控制器。其结构框图如图1所示： 选择偏差绝对值E和偏差变化率绝对值E 作为 语言输入变量。 与 的语言值选为 、 、 、z四 档，论域 {0，a。，a ，a，l，Ec={0，b。，b ，b，l。变量E各 语言值隶属函数如图2所示 ，变量￡ 各语言值隶属函 数如图3所示。输出语言变量为 、 和 ，他们 维普资讯 http://www.cqvip.com 第5期 常满波，胡鹏飞：基 MATLAB的模糊PID控制器设计与仿真研究 图 1 控制器的结构框图 的语言值也选为 B ～ 、 M ～ 、 S ～ 、 Z ～ 四档 ，论域分别为Kp= {0，Cp-， ， }，Ki={0，CI。，Cn， }， ={0， 。， ， C。，}。各语言值的隶属函数见图4(图中'『依次为 、 、 )。 图4 、 、Da的隶属函数 根据以上分析和语言变量的设定 ，可以总结出 、 和 的自调整控制规则(见表 1)。 表 1 、 ．和 的调整规则表 例如：对应于第一栏中M、Z、S中K 对应的调整 规则(M )的隶属度计算方法是： 。(cP)= (Ca)-／z~(a) 雎c(b) 依此类推，可以分别求得参数 。、 和 在不同 偏差和偏差变化下，按照模糊规则调整的隶属度 ，也 就可以求得此时参数的调整值。以 。为例： ∑ pJ(c ) K = l_———一 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(1) ∑ (c ) j=l 式中 (Ca)('『=1，2，⋯，，l，规则条件语句的数 量 )是由当前偏差和偏差变化测量值的绝对值经量化 后的 和 c对应的隶属度函数 (口)和 ( 求得的 对应于表 1中的关于 的隶属度。 为参数 所取的 模糊子集的模糊论域中心值。 同理，可以得到参数 。、 ： ∑ (ct) Ki=上l-——一 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(2) ∑ (ct) y=l ∑．“ dJ(c。) K =上 ———一 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ⋯⋯⋯⋯⋯(3) ∑ dJ(c。) j=l 由于PID参数自调整模糊控制器在参数 、 、 与偏差和偏差变化之间建立了在线 自调整算法，满足 了系统在不同的偏差和偏差变化下对控制参数的不 同要求 ，所以可以取得优于常规PID控制器的效果。 2 仿真研究 为了验证PID参数 自调整模糊控制器的效果，我 们在MATLAB中利用SIMULINK和FUZZY 2个工具箱 对2个不同阶次的被控制对象进行仿真研究。 设被控对象的数学模型为 1 Gl( )=—s2 +2 。_ s+ 一 l ，’1d G ( ) ．／ 一 35— 维普资讯 http://www.cqvip.com 机 车 电 传 动 2002年 在MATLAB中创建图5所示的模糊控制系统仿真 模型，该方框图中的PID控制器和模糊控制器分别是 封装好的子系统，其内部模型如图5～图7所示，其中图 7中的模糊逻辑控制器中隐含了输入输出关系的FIS， 需要利用行命令或者GUI编辑函数事先建立。 仿真运行后得到图 8、图9所示的结果 (阶跃 响 应 )。显然参数 自组织模糊控制系统比参数固定的系 统的控制效果好得多。 表 2中列出了模糊控制与常规 PID控制 (Zeigler— Nichols方法 )的性能指标。表中J，o。表示最大超调的百 分比，丁 代表稳定时间。从所得数据分析也可以得到 参数 自组织模糊控制系统控制性能更好的结论。 图8 G ( )仿真结果 图9 G2(s)仿真结果 表2 仿真结果分析 3 结束语 本文将模糊控制理论和MATLAB有机结合，通过 对PID参数 自组织模糊控制器的设计与仿真研究，介 绍了对复杂系统实现模糊控制的一般方案。这种设计 方法的本质是对复杂系统进行了非线形处理 ，从而提 高了系统的鲁棒性与智能性。 参考文献 ： [1]李人厚．智能控制理论和方法【M】．西安：西安电子科技大学出版 社。1999． [2]张志涌．精通MATLAB[M]．北京：北京航空航天大学出版社 ，2000． [3]肖 建．现代控制系统综合与设计【M】．北京：中国铁道出版社 ， 2000． [4]陈 曦 ，李 炜．制冷空调系统的模糊控制实现【J】．电子技术应 用．2000．(1Ol (上接 第 3 3页 ) 3 结论 本文研究了适应低压大电流要求，具有较高动态 响应速度 、稳压精度 、功率密度和功率变换效率的交 错并联SR—BUCK变流器电路和V 控制方法。研究结 果表明：相对于常规SR—BUCK变流器电路，交错并 联SR—BUCK变流器电路的输出电流i。的纹波幅值减 小，等效频率提高 ，从而易于设计输出电压纹波小 、 动态响应速度快 、功率密度高的开关电源。相对于常 规电压型控制和电流型控制方法 ，V 控制方法可以显 著改善开关变流器的输入和负载响应速度。 参考文献 ： [1]Xunwei Zhou，Xingzhou Zhang．Investigation of Candidate VRlVl To- pologies for Future Microprocessors[C]．IEEE Applied Power Electron— icsConferenceProc．1998，l3(1)：123一l28． [2]XueweiZhou，ThomasGWang，FredCLee．OptimizingDesignforLow VoltageDC-DCConverters[C]．IEEEAppliedPowerElectronicsConfer— enceProc．1997，12(2)：612-616． [3]George Schuellein．Current Sharing of Redundant Synchronous Buck Regulators Powering High Performan ce Microprocessors using the V Control Method[C]．IEEE Applied Power Electronics Conference Proc． 1998，13(2)：853-859． [4]王凤岩 ，许建平 ，吴松荣．开关电源 V：控制方法研究⋯ ．机车电 传动，2001，(3)：22—24． 维普资讯 http://www.cqvip.com