第３０卷第３期２ ０ １ １年９月计 算 技 术 与 自 动 化ＣｏｍｕｔｉｎＴｅｃｈｎｏｌｏａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＶｏｌ．３０，Ｎｏ．３ Ｓｅｐ ．２ ０ １ １收稿日期：２０１１－０５－１７ 作者简介：黄祥源（１９７４—），男，江苏盐城人，硕士研究生，研究方向：自动控制（Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｘｙ ＠ｃｚｉｌｉ．ｅｄｕ．ｃｎ）。文章编号：１００３－６１９９（２０１１）０３－００５６－０６ 恒压供水模糊自适应ＰＩＤ控制器的设计、 仿真黄祥源 （常州轻工职业技术学院，江苏常州 ２１３１６４ ） 摘 要： 对遗传算法和传统ＰＩＤ控制作简要的介绍，针对工程整定方法整定的初始值超调量较大，调节时间较长的问题，利用遗传算法对其初值进行整定。利用遗传算法整定出的一组性能较优良的ＰＩＤ初值，结合模糊控制的思想，利用专家系统直接建立模糊规则，进行模糊自适应ＰＩＤ控制器的初步设计，并对恒压供水系统进行仿真，仿真结果满足设计要求。 关键词：模糊控制；ＰＩＤ控制器；恒压供水；Ｍａｔｌａｂ中图分类号：ＴＰ３１２ 文献标识码：Ａ Ｄｅｓｉｇｎ ｔｏ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｆｕｚｚｙ ＰＩＤ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｆｏｒ Ｃｏｎｓｔａｎｔ－ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｗａｔｅｒ ＳｕｐｐｌｙＨＵＡＮＧ Ｘｉａｎｇ－ｙ ｕａｎ（Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｌｉｇｈｔ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｃｈａｎｇｚｈｏｕ ２１３１６４，ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｇａｖｅ ａ ｂｒｉｅｆ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ．Ｆｏｒ ｔｈｅ ｌａｒｇｅｒ ｏ－ｖｅｒｓｈｏｏｔ ｏｆ ｔｕｎｉｎｇ ｉｎｉｔｉａｌ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｌｏｎｇｅｒ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ｔｉｍｅ ｆｒｏｍ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｎｅａｔｅｎ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｖａｌｕｅｓ ｗｅｒｅ ｓｅｔ ｂｙｕｓｅ ｏｆ ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｓｅｔ ｕｐ ｔｈｅ ｆｕｚｚｙ ｒｕｌｅｓ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｎｄ ｍａｄｅ ｔｈｅ ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ ｄｅｓｉｇｎ ｔｏ ｔｈｅ ａｄａｐｔｉｖｅ ｆｕｚｚｙ ＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔａｎｔ－ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｗａｔｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｓｙｓｔｅｍ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅｏｒｙ，ｂｙ ａ ｓｅｔ ｏｆ ｇｏｏｄ ｉｎｉ－ｔｉａｌ ＰＩＤ ｖａｌｕｅｓ ｆｒｏｍ ｇ ｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ，ａｎｄ ｅｘｐｅｒｔ ｓｙｓｔｅｍ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ；ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；Ｃｏｎｓｔａｎｔ－ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｗａｔｅｒ ｓｕｐｐｌｙ；ｍａｔｌａｂ１ 引 言 目前恒压供水技术在农业、工业和民用供水系统中已广泛使用，由于系统的负荷变化的不确定性，采用传统的ＰＩＤ算法实现压力控制的动态特性指标很难收到理想的效果。在大多数恒压供水系统中采用传统意义的ＰＩＤ调节器，系统的动态特性指标总是不稳定，通过实际应用中的对比发现应用模糊控制理论形成的控制方案在恒压供水系统中有较好的效果。本方案在常规ＰＩＤ控制器基础上引入模糊控制器，实现被控制对象参数变化在一定范围内模糊ＰＩＤ控制，使恒压供水系统动态静态性能指标保持最优。 ２ 模糊控制的结构与原理 模糊控制系统是以模糊集理论，模糊语言变量和模糊逻辑推理为理论基础，采用计算机控制技术构成的一种具有闭环结构的数字控制系统，它从行为上模仿人的模糊推理和决策过程，它的组成核心 是具有智能性的模糊控制器［ １］ 。模糊逻辑控制的实质是利用模糊逻辑建立一种“自由模型”的非线性控制算法，在那些采用传统定量技术分析过程过于复杂的过程，或者提供的信息是定性的、非精确的、非确定的系统中，其控制效果是相当明显的。 模糊控制的基本原理框图如图１所示［ ３］ 。它的核心部分为模糊控制器，如图１中点划线框中所 示，模糊控制器的控制规律由计算机的程序实现。
电信学院毕业设计任务书 题目PCS液位单元PID控制器参数自寻优 学生姓名班级学号 题目类型技术开发指导教师李二超系主任李炜 一、毕业设计的技术背景和设计依据 在大多数的工业过程控制中，被控对象通常具有严重的滞后、时变、非线性的特性，使得传统PID控制难以获得满意的动、静态效果。由于常规PID控制器的结构和参数一旦确定则无法改变，这必然影响控制系统的动态品质和稳态性能。为了优化基本PID控制器的性能，必须在线进行参数的实时调整，使PID控制器向自适应、自学习的方向发展。 本实验室具有德国FESTO公司研制生产的PCS实验装置，集成了目前工业控制中较为典型的四种控制系统：液位控制、流量控制、压力控制、温度控制，分为四个独立站。在往届毕业设计中，开发了基于OPC的PCS平台独立单元控制算法，数据采集方便，利于PID控制器自寻优方法的实施。故本设计拟通过对PCS平台液位控制单元研发，进行基于PCS液位单元的自寻优PID控制。 二、毕业设计的任务 1、查阅相关科技文献，掌握控制、检测、通讯等技术要求； 2、基于液位控制单元的控制平台方案论证； 3、分析PID控制算法性能； 4、基于目标函数对PID控制器参数进行寻优； 5、利用OPC进行通讯完成对液位控制单元的实时控制； 6、进行系统调试； 7、撰写毕业设计说明书； 8、完成指定内容的外文资料翻译。 三、毕业设计的主要内容、功能及技术指标 1、毕业设计的主要内容 1）设计说明书正文主要内容要求 ① PCS液位单元控制硬件； ②总体方案论证 ③分析PID控制算法性能； ④PID控制器参数自寻优； ⑤MA TLAB、OPC之间的通讯步骤。 全文要求逻辑严密、条理清晰，文字流畅，理论联系实际，符合科技写作规范。 2）设计说明书装订及外文阅读翻译要求 毕业设计说明书由以下各部分组成，共100页左右，其顺序为：封面、前言、目录、中文摘要（约200字）和关键词（3-5个）、英文摘要（约200字）和关键词（3-5个）、正文、外文原文（2-3万字符）和译文、参考文献、设计总结、致谢、封底等。 2、设计实现的主要功能及技术指标 1）通过校园局域网和相应的通信协议，实现PCS液位单元和MATLAB/Simulink的半 实物网络化控制系统的连接，为后续研究建立相应的平台。 2）在开发的实验平台上对PID控制器参数进行寻优。
实验三模糊自适应整定PID控制仿真实验 一、实验目的 1．通过实验了解数字PID控制的原理 2．通过实验实现离散系统的数字 PID 控制仿真 3．通过实验了解模糊自适应整定PID控制的原理 4．通过实验实现模糊自适应整定PID控制仿真 5．通过实验进一步熟悉并掌握Matlab软件的使用方法 二、实验内容 1．针对给定离散系统的输入信号的位置响应，设计离散PID控制器，编制相应的仿真程序。2．若采样时间为1ms ,采用模糊PID控制进行阶跃响应,在第300个采样时间时控制器输出加1.0 的干扰,编制该模糊自适应整定PID系统的Matlab仿真程序 三、实验步骤 1．针对给定离散系统的阶跃信号、正弦信号和方波信号的位置响应，设计离散PID控制器，编制相应的仿真程序。 2．确定模糊自整定PID的算法基础 3．针对 kp, ki , kd 三个参数分别建立合适的模糊规则表 4．画出PID参数的在线自校正工作程序流程图 5．编制该模糊自适应整定PID系统的Matlab仿真程序 四、实验要求 1．设被控对象为： 采样时间为1ms,采用Z变换进行离散化，经过Z变换后的离散化对象为： yout(k)=-den(2)yout(k-1)-den(3)yout(k-2)-den(4)yout(k-3)+num(2)u(k-1) +num(3)u(k-2)+num(4)u(k-3) 针对离散系统的阶跃信号、正弦信号和方波信号的位置响应，设计离散PID控制器。其中，S为 信号选择变量，S=1时为阶跃跟踪，S=2时为方波跟踪，S=3时为正弦跟踪。 2．采样时间为1ms ,采用模糊PID控制进行阶跃响应,在第300个采样时间时控制器输出加1.0的干扰,编制炉温模糊控制系统的Matlab仿真程序 五﹑自适应模糊控制的规则 1﹑控制规则：
《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：
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究与应用的重点技术之一。到目前为止，现代控制理论在许多控制应用中获得了大量成功的范例。然而在工业过程控制中，PID 类型的控制技术仍然占有主导地位。虽然未来的控制技术应用领域会越来越宽广、被控对象可以是越来越复杂，相应的控制技术也会变得越来越精巧，但是以PID 为原理的各种控制器将是过程控制中不可或缺的基本控制单元。本文将模糊控制和PID 控制结合起来，应用模糊推理的方法实现 对PID 参数进行在线自整定，实现PID 参数的最佳调整，设计出参数模糊自整定PID 控制器，并进行了 Matlab/Simulink 仿真[2] 。仿真结果表明，与常规PID 控制系统相比，该设计获得了更优的鲁棒性和动、静态性及具有良好的自适应性。 1 PID 控制系统概述 PID 控制器系统原理框图如图1所示。将偏差的比例（K P ）、积分(K I )和微分(K D )通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，K P 、K I 和K D 3个参数的选取直接影响了控制效果。 / 图1 PID 控制器系统原理框图 )( t u 比例 积分 微分 被控对)(t r )(t c )(t e
基于Matlab模糊自适应PID控制器设计 摘要：本文介绍了用模糊推理的原则进行PID参数的整定方法,并利用MATLAB仿真相结合的方法,实现了模糊自适应PID控制器与常规PID控制器的仿真与比较。 关键词：模糊控制PID 自适应 0引言 PID控制广泛应用于工业控制过程。但是大多数工业过程存在着非线性、参数时变性和模型不确定性,常规PID控制就显得无能。模糊自适应控制是一类应用模糊集合理论的控制方法，特别适用于一些大滞后、时变、非线性的复杂系统。 1模糊自适应PID控制器设计 1.1模糊自适应PID控制器的结构 模糊自适应PID控制器在PID控制器的基础上根据系统偏差e和偏差变化率ec，利用模糊规则进行模糊推理，使控制对象具有良好性能，从而控制的目的。结构如下图 图1自适应模糊PID 1.2模糊自适应PID控制算法的设计 （1）精确量得模糊化 该控制器采用2输入3输出的形式,输入语言变量e和ec的论域均为: {e、ec}={-3,-2,-1,0,1,2,3},其模糊集为{NB,NM,NS, ZO, PS, PM, PB},子集中元素分别为负大、负中、负小、零、正小、正中和正大。输出语言变量ΔKp、ΔKi、ΔKd 的论域为:ΔKp、ΔKi、ΔKd={-3, -2, -1,0, 1, 2, 3},其模糊集为{NB,NM,NS, ZO, PS,PM, PB}。 (2)建立模糊控制规则 依据自整定原则及工程设计人员的技术知识和实际操作经验，可列出相应的参数调节规则，建立参数Kp、Ki、Kd模糊控制规则表，如表1所示（3）Simulink 下的模糊推理与模糊控制器的建立 可以利用模糊逻辑工具箱在MATLAB命令窗口输入fuzzy命令按回车键，出来FIS Editor窗口，下来在编辑菜单下添加输入输出模块及进行规则添加，打
参数自寻优模糊控制器优化方法的研究 摘要 模糊控制是智能控制的一个重要分支，其实质是对人观察，思考，判断，决策的思维过程的一种模拟。常规模糊控制器设计简单，易于实现，有着广泛的应用。但因模糊控制器的设计在很大程度上依赖于设计者的实践经验，带有相当的主观性。因此，对于一个特定的被控对象，需要借助某种手段对控制器进行优化才能取得较为满意的设计效果。而改善模糊控制性能的最有效方法是优化模糊控制器的控制规则和有关参数。本文提出了一种基于MATLAB的模糊控制器综合优化方法。该方法首先利用MATLAB中的模糊系统工具箱结合MATLAB函数构建控制规则可调整的模糊控制器，然后利用最优化工具箱优化模糊控制器的控制规则和参数，从而提高模糊控制器的控制性能。最后利用仿真连接器建立系统仿真模型并在单位阶跃输入信号作用下仿真分析系统动态性能和优化设计结果。仿真表明控制规则及参数优化后系统阶跃响应特性基本上能达到快速小超调的设计目标。 关键词：模糊控制；优化；MATLAB；仿真
Rearch on Optimization Method of Fuzzy controller based on Parameters self-optimizing Abstract Fuzzy control is an important branch of the intelligent control.The essence is a simulation to the process of human thinking of observation, thinking, judgement and decision-making. Conventional fuzzy controller is easy to design and implement,and has a wide range of applications. But the design of fuzzy controller mostly relies on the designers’practical experience, with considerable subjectivity.Therefore, a specific object,needs to be optimized to achieve relatively satisfied with the design effect. And the most effective way of improve the performance of fuzzy control is optimizing fuzzy controller control rules and the relevant parameters.It is presented in this paper a comprehensive optimization method of the fuzzy controller. The method based on MATLAB and digital simulation analysis includes three steps: firstly it uses fuzzy control system toolbox and MATLAB function to construct a fuzzy controller with adjustable control rules; secondly, it optimizes the control rules and parameters of the fuzzy controller by the optimum toolbox; thirdly, with the simulation linker, it builds an smulation model of a second-order system with delay and analyzes the dynamic characteristics of the whole system according to the step response. The simulation results show that the system can meet the target of quick and none-overshoot and design the fuzzy controller with high efficiency. Key words: fuzzy control;optimization;MATLAB;simulation
自适应模糊控制几个基本问题的研究进展 谢振华程江涛耿昌茂 (海军航空工程学院青岛分院航空军械系青岛 266041 ) 周德云 (西北工业大学西安 710072 ) [摘要] 综述了模糊控制系统的稳定性分析、系统设计及系统性能提高三个基本问题的研究 ,简述了应用研究 ,最后对自适应模糊控制的理论和应用进行了展望。 关键词模糊控制自适应控制鲁棒性稳定性 1 引言 自从 L. A. Zadeh提出模糊集合论以来 ,基于该理论形成一门新的模糊系统理论学科 ,在控制、信号处理、模式识别、通信等领域得到了广泛的应用。近年来 ,有关模糊控制理论及应用研究引起了学术界的极大兴趣 ,取得了一系列成功的应用和理论成果 ,与早期的模糊控制理论和应用相比有了很大的发展。模糊控制理论成为智能控制理论的一个重要分支。 一般来讲 ,模糊控制理论研究的核心问题在于如何解决模糊控制中关于稳定性和鲁棒性分析、系统的设计方法 (包括规则的获取和优化、隶属函数的选取等 )、控制系统的性能 (稳态精度、抖动及积分饱和度等 )的提高等问题 ,这己成为模糊控制研究中的几个公认的基本问题。其中 ,稳定性和鲁棒性问题的研究最为热烈 ,从早期基于模糊控制器的“多值继电器”等价模型的描述函数分析法 ,扩展到相平面法、关系矩阵分析法、圆判据、L yapunov稳定性理论、超稳定理论、基于滑模控制器的比较法、模糊穴 -穴映射及数值稳定性分析方法等非线性理论方法。设计方法的研究也倍受关注 ,主要表现在对规则的在线学习和优化、隶属函数参数的优化修正等应用了多种思想 ,如最优控制的二次型性能指标、自适应、神经网络、遗传算法等思想。稳态性能的改善一直是模糊控制学者所关注。 围绕上述几个基本问题 ,出现了多变量模糊控制[1 ,2 ] 、模糊神经网络技术 [3 ] 、神经模糊技术 [4 ] 、自适应模糊控制 [5] 、模糊系统辨识[6 ] 等热点研究领域。在模糊控制理论与应用方面 ,日本学者取得了很大的成就[7] ,我国学者在这方面也付出了不懈的努力 ,并取得了许多重要的成果。所有这些工作促进了模糊控制的理论和应用的快速发展。 本文拟对近几年自适应模糊控制几个基本问题的研究现状作一总结 ,希望能从这一侧面反映其研究情况和发展动向。主要内容包括 :( 1 )稳定性分析问题的研究 ;( 2 )系统设计方法的研究 ;( 3)系统性能提高的研 究 ;( 4 )应用研究情况。 2 稳定性分析 众所周知 ,任何一个自动控制系统 ,首先必须是稳定的 ,否则这个系统就无法工作。因此 ,在控制系统的分析和设计中 ,系统的稳定性研究占有重要的地位 ,模糊控制系统也是如此。由于模糊系统本质上的非线性和缺乏统一的系统描述 ,使得人们难以利用现有的控制理论和分析方法对模糊控制系统进行分析和
模糊自适应PID控制器 的设计
模糊自适应PID 控制器的设计 一、 模糊自适应原理 模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机控制方法，作为智能控制的一个重要分支，在控制领域获得了广泛应用，模糊控制与传统控制方式相比具有以下突出优点: ·不需要精确的被控对象的数学模型； ·使用自然语言方法，控制方法易于掌握； ·鲁棒性好，能够较大范围的适应参数变化； ·与常规PID 控制相比，动态响应品质优良。 常规模糊控制器的原理如图1所示: 图1 模糊控制系统框图 PID 控制规律: 1 01()[()()()] p D I d u t k e t e t dt T e t T dt =++? 式中：p k ---比例系数； I T ---积分时间常数； D T ---微分时间常数。 在工业生产中过程中，许多被控对象随着负荷变化或干扰因素影响，其对象特性参数或结构发生改变。自适应控制运用现代控制理论在线辨识对象特征参 数，实时改变其控制策略，使控制系统品质指标保持在最佳范围内，但其控制效果的好坏取决于辨识模型的精确度，这对于复杂系统是非常困难的。因此，在工业生产中过程中，大量采用的仍然是PID 算法，PID 参数的整定方法很多，但大多数都以对象特性为基础。 随着计算机技术的以展，人们利用人工智能的方法将操作人员的调整经验作为知识存入计算机中，根据现场实际情况，计算机能自动调整PID 参数，这样就出现了智能PID.这种控制器把古典的PID 控制与先进的专家系统相结合，实现系统的最佳控制。这种控制必须精确地确定模型，首先将操作人员长期实践积累
第１３卷增刊１２００９年１１月 电机与控制学报 ＥＬＥＣＴＲＩＣＭＡＣＨＩＮＥＳＡＮＤＣＯＮＴＲＯＬ Ｖ０１．１３ ＮＯＶ． Ｓｕｐｐｌ．１ ２００９多变量自寻优稳态解耦模糊控制器 符强１’２，林辉１ （１．西北ｔ业大学自动化学院，陕西西安７１００７２；２．长安大学信息丁程学院，陕两西安７１００６４） 摘要：针对交流电机伺服控制系统，提出一种多变量自寻优稳态解耦模糊控制器。控制器回避多变量模糊规则库的构建问题，由前后两级串联而成，前级为常规单变量模糊控制器的简单并联，后级为解耦系数矩阵。为了限定控制器的基本应用范围，以闭环控制系统的多项式矩阵描述为基础，给出线性定常系统渐近稳定的基本必要条件。利用被控对象的稳态增益矩阵，在稳定状态附近实现系统的解耦控制，并引入额外的解耦系数评估调节子模糊控制器。对其进行实时评估和调节，进一步改善系统的动态性能。理论分析和仿真验证了控制方案的正确性和有效性。 关键词：多变量模糊控制；多项式矩阵描述；稳态增益；解耦控制；自寻优 中图分类号：ＴＰ２７３文献标志码：Ａ文章编号：１００７—４４９Ｘ（２００９）增ｌ－００９２—０７ Ｎｏｖｅｌｍｕｌｔｉｖａｒｉａｂｌｅｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｓｅｌｆ－ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ａｎｄｓｔｅａｄｙ－ｓｔａｔｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅ ＦＵＱｉａｎ９１”，ＬＩＮＨｕｉｌ （１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｃＣｏｎｔｒｏｌ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００７２，Ｃｈｉｎａ； ２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００６４。Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏａｃｃｅｌｅｒａｔｅｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｏｒｙａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎＡＣｍａｃｈｉｎｅｓｅｒｖｏｓｙｓｔｅｍ，ａｎｏｖｅｌ ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｂｌｅｓｅｌｆ－ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ｓｔｅａｄｙ?－ｓｔａｔｅ?－ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉｔｈｔｗｏｓｅｒｉｅｓ??ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｓｔａｇｅｓｗａｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．Ｔｈｅｆｉｒｓｔｓｔａｇｅｃｏｎｓｉｓｔｅｄｏｆ ｓｉｍｐｌｙｐａｒａｌｌｅｌ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｕｎｉｖａｒｉａｂｌｅ ｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓａｎｄｔｈｅｓｅｃｏｎｄｏｎｅＷｉｌｔｓａｎｕｍｅｒｉｃａｌｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｍａｔｒｉｘ．Ｓｕｃｈｋｉｎｄｏｆｄｅｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｋｉｌｌｆｕｌｌｙａｖｏｉｄｅｄｔｈｅｐａｉｎｓｔａｋｉｎｇｔａｓｋｏｆｍｕｈｉｖａｒｉａｂｌｅｆｕｚｚｙｒｕｌｅｂａｓｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＰｏｌｙｎｏｍｉａｌＭａｔｒｉｘＤｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙ，ａｎａｓｙｍｐｔｏｔｉｃａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙｎｅｃｅｓｓａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｃｌｏｓｅｄ—ｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈａｌｉｎｅａｒｔｉｍｅ—ｉｎｖａｒｉａｎｔｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｏｂｊｅｃｔＷａｓｄｅｒｉｖｅｄ，ｗｈｉｃｈｃｌｅａｒｌｙｄｅｆｉｎｅｓｔｈｅａｐｐｌｉ－ｃａｔｉｏｎｓｃｏｐｅｏｆｔｈｅｍｕｈｉｖａｒｉａｂｌｅｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅｔｈｅｓｙｓｔｅｍｓｔｅａｄｙ－ｓｔａｔｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌＷａｓｒｅａｌｉｚｅｄｗｉｔｈｔｈｅｈｅｌｐｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍＳｔｅａｄｙ－ｓｔａｔｅＧａｉｎＭａｔｒｉｘ．Ｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｙｓｔｅｍｔｒａｎｓｉｅｎｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｔｈｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎａｎｄｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｆｕｚｚｙｓｕｂ—ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｏｓｅｌｆ－ｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｄｅ－ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｍａｔｒｉｘｅｌｅｍｅｎｔｓｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ．Ｔｈｅｏｖｅｒａｎｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｔｈｅｕｌｔｉｍａｔｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅ－ｓｕｉｔｓｒｅｖｅＭｅｄｔｈｅｖａｌｉｄｉｔｙａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｕｈｉｖａｒｉａｂｌｅｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌ；ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌｍａｔｒｉｘｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ；ｓｔｅａｄｙ—ｓｔａｔｅｇａｉｎ；ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ；ｓｅｌｆ－ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ 收稿日期：２００８—０７—２８ 作者简介：符强（１９ｒ７８一），男．博士研究生，研究方向为检测技术与自动化装１、航空航天交流电机伺服控制技术等； 林辉（１９５７一），男，教授，博士研究生导师，研究方向为现代电力电子技术、交流电机伺服控制技术、智能控制技术等。 万方数据
院系：控制系 姓名：刘锋 学号：M201071802 指导老师：关治洪 一、PID 控制器的设计 1. PID 线性控制器至今在控制系统的应用中占有统治地位[3]。这是因为PID 控制器结构简 单，使用方便，控制对象面广，在理论上有成熟的稳定性设计和参数整定方法，在工程应用中积累了丰富的实践经验。 PID 参数的整定方法很多，主要有Ziegler-Nichols 整定法，临界比例度法，衰减曲线法。 首先通过实验获取控制对象的单位阶跃响应，得到响应曲线如下： 可以看到单位阶跃响应曲线看起来不是一条S 形的曲线，所以不能用Ziegler-Nichols 方法来整定参数[1]。 考虑用临界比例度法，由于临界比例法要求系统的阶数是三阶或者三阶以上，所以不可以使用临界比例度法。 下面考虑衰减曲线法 用Simulink 搭建系统仿真图如下： 图2 断开积分微分后的阶跃响应 逐渐增大比例增益K ，观察示波器，直到响应系统的第一次超调量和第二次超调量之比为4:1时，记下此时的增益K 值，可以得到K=290时，比例度大约为4:1，此时比例度Ps =0.00345，T s =0.0067s.
图3 K=290时系统的响应 有经验公式[2]， 表1 经验公式 计算得Kp=362, Ti=0.002s, Td =0.00067s. 将子系统的参数按上述修改，得到仿真图如下： 图4 t=1s 时，施加阶跃信号后的系统响应 可以看到PID 控制能达到很好的控制效果。
系统的整体框图设计如下： 图5 系统的整体框图 其中子系统设计如下 图6 子系统框图 t=0时刻起施加给定R=20，t=1s时刻起施加负载扰动LOAD=5得到系统的响应曲线如下： 图7 系统响应 可以看到用PID设计的控制器使系统响应速度较快，具有一定的抗负载扰动能力，最终得到的输出误差在2%之内。但是系统最终有微小的扰动，为了消除这种扰动，我们可以采取使PID微分环节含有死区，这样使微分项对于小信号不太敏感，以消除这种微小的扰动对控制器输出的影响。
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) 1.1PID控制器的发展与应用 (1) 1.2PID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) 2.2PID控制原理 (5) 2.3PID控制器系统概述 (5) 2.3.1比例控制(P) (7) 2.3.2 积分调节(I) (7) 2.3.3微分调节(D) (9) 第三章 PID控制器应用技术简介 (10) 3.1数字PID控制算法原理 (11) 3.2位置式PDI控制算法 (11) 3.3控制规律的选择 (12) 3.4PID控制器的参数整定 (13)
第四章模糊PID控制器及系统仿真 (13) 4.1模糊自适应PID控制系统 (13) 4.2常规PID和模糊自适应PID控制系统的仿真比较 (14) 4.3常规PID控制系统仿真 (14) 4.4模糊自适应PID控制系统仿真 (16) 4.5二者的比较 (18) 第五章总结 (20) 参考文献 (23) 致谢 (24)
*******大学2012届本科生毕业设计（论文） 摘要 随着工业生产的发展，于20世纪30年代，美国开始使用PID功调节器，它比直接作用式调节器具有更好的控制效果，因而很快得到了工业界的认可。至今，在所有生产过程控制中，大部分的回路仍采用结构简单、鲁棒性强的PID控制或改进型PID控制策略。PID控制作为一种经典的控制方法，几乎遍及了整个工业自动化领域，是实际工业生产过程正常运行的基本保证;控制器的性能直接关系到生产过程的平稳高效运行以及产品的最终质量，因此控制系统的设计主要体现在控制器参数的整定上。随着计算机技术的飞跃发展和人工智能技术渗透到自动控制领域，近年来出现了各种实用的PID控制器参数整定方法。 PID控制算法作为最通用的控制方法，对它的参数整定有许多方法;对于不同的控制要求、不同的系统先验知识，考虑用不同的方法;这些算法既要考虑到收敛性、直观、简单易用，还要综合负载干扰、过程变化的影响，并能根据尽可能少的信息和计算量，给出较好的结果。 论文在较为全面地对PID控制器参数自整定方法的现状分析研究的基础上，针对基于继电器反馈和最小二乘的自整定方法以及其应用的可行性进行了相关的研究，主要的工作和结果概括如下: 为克服一自由度PID控制器无法兼顾目标跟踪和外扰抑制的缺点，结合二自由度控制器的结构和基于幅值最优化的控制器参数整定方法，并通过分析得到控制器参数求解公式，实现了二自由度PID控制器参数整定和二自由度Pl控制器参数整定。与常规控制方法相比，该方法得到的控制器具有更好的闭环响应性能，并且由于二自由度系数的半固定性，在整定PID 控制器参数之前就可以确定，因此，对控制器参数的求解难度无影响。 针对一类一阶大时滞不稳定特殊对象，普通的PID控制器很难满足要求，甚至不能实现系统的稳定。基于首先引入内环状态反馈，以改善对象动态特性的思想，采用双环控制结构，先将对象状态反馈镇定，然后按照内模控制原理设计外环的控制器。只要选择适当的可调参数兄的值，通过该方法得到的PID控制器对不稳定对象具有较好控制效果及鲁棒性。 通过仿真比较研究，对于连续对象，综合得到几种较好的基于继电器反馈的控制器参数整定方法，对离散采样数据采用基于最小二乘模型辨识的参数整定方沪书尸摘要法，提出并设计基于Matlab/simulink仿真工具的PID控制器参数整定仿真应用软件。介绍了PID整定控制器的应用框架、辅助设计与仿真软件的功能、特点，并给出了仿真实例。 最后是对论文的综述和展望。 关键词：模糊PID控制器参数自整定 Matlab 自适应PID控制时滞系统参数整定继电反馈幅值最优化不稳定 ABSTRACT With the development of industrial production in the 1930s, the United States began using the