模糊控制与传统PID控制比较

模糊PID 与常规PID 的MATLAB 仿真比较与分析题目：设某被控对象可等效为含有纯延迟的二阶环节，传递函数为0.02220G(s)=1.6 4.41se s s -⨯++且执行机构具有0.07的死区和0.7的饱和区，采样时间T=0.01，系输入r(t)=1.5。

试分别设计：1）常规模糊控制器，当改变模糊控制的比例因子时，观察分析控制响应曲线有什么变化？2）常规PID 控制器，当改变PID 控制器参数时，观察分析输出响应曲线有什么变化？3）比较两种控制器的控制效果。

解答：1）模糊PID 控制器模糊PID 控制器，即利用模糊逻辑算法并根据一定的模糊规则对PID 控制的比例、积分、微分系数进行实时优化，以达到较为理想的控制效果。

计算机根据所设定的输入和反馈信号，计算实际位置和理论位置的偏差e 以及当前的偏差变化de ，并根据模糊规则进行模糊推理，最后对模糊参数进行解模糊，输出PID 控制器的比例、积分、微分系数。

模糊PID 控制器的模型为图1 模糊PID 控制器的模型系统输出为图中的红色线：图2 PID控制器的仿真结果2）常规PID控制器：常规PID控制器是建立在数学模型基础上的，根据被控对象的静态和动态特性，按照偏差的比例(P-Proportional)、积分(I-Integral)和微分(D-Derivative)的线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。

常规PID控制器的模型为图3 常规PID 控制的模型参数选择：当参数分别选择为：8.0=p k 、15.0=i k 、3.0=d k 时，系统的输出为图中的蓝色线：3）两种模型的控制效果比较：常规PID控制器的算法简单实用，且具有良好的控制效果和鲁棒性。

但常规PID控制器无自适应能力，不能根据现场的情况进行在线自整定参数且当参数变化范围太大时，系统性能会明显变差。

另外，常规PID控制器一般只适用于线性时不变空间，在非线性时变且滞后较大的系统中，其鲁棒性不强，控制效果不理想。

模糊控制与PID控制的比较自20世纪60年代中期起，模糊控制逐渐崭露头角，其优越性也引起了人们的关注。

除了模糊控制，当今热门的控制算法之一是PID控制。

那么，模糊控制与PID控制之间的区别是什么呢？它们各自的优缺点是什么？在特定的应用场合下，哪种控制算法更适用？一、模糊控制概述模糊控制是一种无需准确模型或参数即可执行复杂控制系统的方法，它仅使用模糊逻辑来描述输入和输出之间的关系。

模糊控制系统的输入和输出都是模糊变量。

与其他控制方法相比，模糊控制系统可以更好地处理不确定性和模糊性，具有更强的容错能力和适应性。

模糊控制系统由四个主要组成部分组成：模糊化、模糊推理、解模糊化和规则库。

模糊化部分将传感器输出信号转换为模糊变量，模糊推理部分使用模糊逻辑基于模糊规则将模糊变量转换为控制信号，解模糊化部分将控制信号转换为精确的控制信号，规则库存储了模糊规则及其权重。

二、PID控制概述比例积分微分（PID）控制是一种经典的控制算法，其控制草图由三个部分组成。

比例项（P）根据当前误差大小进行输出，积分项（I）可以消除稳态误差，微分项（D）可以提高系统的稳定性并抑制系统的震荡。

PID控制器的设计基于系统的数学模型，在许多应用中，这个模型是已知的。

在这些情况下，PID控制器可以通过调整不同部分的增益以进行优化。

三、模糊控制与PID控制的对比1. 精度PID控制器可以实现非常高的精度，特别是在恒定环境下，模糊控制器具有更高的容错能力和适应性，而且围绕控制正常的范围内快速做出反应。

2. 调节PID调节通常是更容易实现的PLC控制器中自动化开发环境的系统。

Fuzzy可能更多地需要手动调整和对规则进行逐步精细的训练，但它也可以被训练自动化。

3. 适应性模糊控制器的好处是可以轻松地处理不确定性和模糊性，因此可以应对复杂环境。

PID控制器则对不确定性和模糊性更加敏感，而且会因不确定性的变化而导致过度响应或不足响应的问题。

4. 实际应用PID控制器广泛应用于许多领域，如化工、制造和机械工程。

模糊控制与
传统PID控制比较
目录
引言 (3)
第一章开环测试 (3)
1.1开环测试 (3)
1.2 PID控制 (4)
1.2.1 PID概述： (4)
1.2.2 PID结构 (4)
1.2.3 PID参数作用 (5)
1.2.4 PID调节方法（自整定过程） (6)
第二章：模糊控制 (10)
2.1模糊控制技术的起源与特点 (10)
2.2模糊控制论的特点： (11)
2.3模糊控制研究现状： (11)
2.4模糊控制的发展趋势： (12)
2.5设计一个模糊控制器规则： (12)
2.6一个基本模糊控制器主要有三个功能 (13)
2.7模糊控制器主要步骤： (13)
2.9 simulink仿真 (15)
第三章：模糊控制与传统PID控制比较： (16)
3．1 死区、迟滞 (16)
3.2 PID控制器和模糊控制器对比： (17)
参考文献： (20)
引言
模糊控制不需要确定系统的精确数学模型，是一种基于规则的控制。

模糊控制在智能控制领域由于理论研究比较成熟、实现相对比较简单、适应面宽而得到广泛的应用。

不论是对复杂的水泥回转窑的控制，还是在智能化家用电器中的应用，模糊控制都充当着重要的角色。

以下我们从一个典型工业过程通常可以等效为二阶系统加上一个非线性环节（如纯滞后），给出如下典型控制对象传递函数的一般形式：[1]
Gp（s）=K*e-τs/(T1s+1)（T2s+1）
第一章开环测试
1.1开环测试：取K=1，T1=2，T2=4，τ=0.1；
在simulink中搭建开环测试框架图：
图1 开环测试图
仿真结果：。

科技资讯科技资讯S I N &T NOLO GY I NFORM TI ON2008N O.07SCI EN CE &TECHN OLOG Y I NFOR M A TI O N高新技术传统PI D 控制是通过调整参数获得良好控制效果的,但参数整定值只具有一定局域性的优化值,全局控制效果不是很理想。

模糊控制器是近年来发展很快的一种新型控制器,它能方便地将专家的经验与推理输入计算机中,使计算机在控制时可以像人一样思考并解决问题,从而达到控制被控对象的目的。

本文利用M at l ab 仿真软件,分别将传统PI D 控制与模糊PI D 控制应用于交流伺服系统的控制中,并作了仿真比较研究。

1加入传统PI D 控制器的交流伺服电机系统的仿真对于交流伺服电机这一具有非线性、不确定性等特征的被控对象,我们可用近似的数学模型传递函数来表征系统在无转动惯量变化、无冲击和力矩干扰等情况下的系统的动态特性。

1.1程序法先用M at l ab 程序法,对该伺服电机系统进行传统PI D 控制模拟仿真,程序运行后结果为:加入传统PI D 控制器前后的幅值裕量分别为21.114(dB )和20.4876(dB ),相位裕量分别为18.3824度和63.5621度,最大超调量分别为59.0024%和20.5%;传统PI D 控制器加入前后的阶跃响应仿真曲线对比如图1所示。

1.2模块法为使传统PI D 控制产生更好的效果,可用模块法仿真加入传统PI D 控制器的伺服电机系统(即用M a t l ab/Si m ul i nk 的现成PI D 控制模块)中,仿真框图如图2所示。

在开关打到下面时,即接入PI D 控制器,在线根据经验反复调整PI D 控制器的kp 、kd 、ki 三个参数,当kp=7.6179,kd =0.1001,ki =144.868时,运行仿真得出的阶跃响应波形如图3所示,其控制效果的动态性能(调节时间t s =0.4s、超调量)比程序法好了不少,但控制精度还差些。

模糊控制与PID控制在机器人控制系统中的应用比较研究机器人控制系统是现代机器人技术的关键之一。

机器人控制系统通常由多种控制算法组合而成，以实现控制机构、传感器和执行器之间的有效沟通和合作。

其中，模糊控制和PID控制是被广泛应用的两种控制算法。

本文将对这两种控制算法进行比较研究，探讨它们在机器人控制系统中的应用情况。

1. 模糊控制模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制技术，它使用模糊变量和规则来描述并控制非线性、模糊和复杂的系统。

模糊控制器通常包括模糊推理机、模糊集和模糊逻辑。

通过对输入变量的模糊化和规则的匹配，模糊控制器可以对机器人的动作进行柔性控制，从而满足不同场景下的控制需求。

在机器人控制系统中，模糊控制应用广泛。

例如，机器人的避障控制、路径规划控制和手臂控制等都可以采用模糊控制算法进行优化。

模糊控制有以下优点：1.1 适应复杂系统由于模糊控制算法能够实现非线性、模糊和复杂系统的控制，因此可以针对具有多种信号输入和输出的机器人进行调整和优化，使机器人的响应更为准确。

1.2 开发简单快速使用模糊控制进行机器人控制时，只需要基于模糊集、模糊逻辑和模糊推理等基本概念，即可实现所需的控制动作，而无需进行大量的复杂运算和数据处理，开发难度较小且开发速度快。

1.3 灵活性高机器人控制中的模糊控制通过对机器人动作的柔性控制，使得可实现与机器人环境之间的互动，等效于人的行为，因此其兼容性和灵活性更高。

2. PID控制PID控制器是一种基于比例、积分、微分（英文缩写P、I、D）三个参数的控制算法。

PID控制器能够检测到偏差、积分误差和微分误差，并结合比例系数、积分系数和微分系数，计算出一个控制动作，使机器人实现期望动作。

在机器人控制系统中，PID控制同样应用广泛。

例如，对于机器人的姿态控制、精密装配控制和行走活动控制等，PID控制都可以派上用场。

PID控制有以下优点：2.1 稳定性好PID控制器天然的误差反馈机制，使得可以有效地避免系统出现较大的误差，保证系统状态中的稳态性。

常规PID控制和常规模糊控制的比较作者：胡洋来源：《科学与财富》2016年第26期摘要：PID控制是自动控制领域产生最早、应用最广的一种控制方法，但对于大滞后、非线性的复杂系统，常规PID控制很难保证其控制效果始终处于最佳效果，不易进行在线的调整。

模糊控制不需要确定系统的精确数学模型，是一种基于规则的控制。

模糊控制在智能控制领域由于理论研究比较成熟、实现相对比较简单、适应面宽而得到广泛的应用。

本文就实际问题对两种方法进行Simulink仿真，并做了分析比较。

关键词：PID控制；模糊控制；Matlab仿真1 PID控制器的设计PID控制器传递函数的一般表达式为：Gc（s）=Kp+Ki/s+Kd*s，Kp为比例增益；Ki为积分增益；Kd为微分增益。

PID参数模糊自整定是找出PID中3个参数与e和ec之间的模糊关系，在运行中通过不断检测e和ec，根据模糊控制原理来对3个参数进行在线修改，以满足不同e和ec时对控制参数的不同要求，而使被控对象有良好的动稳态性能。

从系统的稳定性、响应速度、超调量和稳态精度等方面来考虑Kp，Ki，Kd的作用如下：（1）比例系数Kp的作用是：加快系统的响应速度，提高系统的调节精度。

Kp越大，系统的响应速度越快，系统的调节精度越高，但易产生超调，甚至导致系统不稳定；Kp取值过小，则会降低调节精度，使响应速度缓慢，从而延长调节时间，使系统静态、动态特性变坏。

（2）积分作用系数Ki的作用是：消除系统的稳态误差。

Ki越大，系统的稳态误差消除越快，但Ki过大，在响应过程的初期会产生积分饱和现象，从而引起响应过程的较大超调；若Ki过小，将使系统稳态误差难以消除，影响系统的调节精度。

（3）微分作用系数Kd的作用是：改善系统的动态特性。

其作用主要是能反应偏差信号的变化趋势，并能在偏差信号值变得太大之前，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。

2 常规模糊控制器的设计Matlab中的Simulink仿真图如下：在Matlab的命令窗口输入命fuzzy，进入图形用户界面（GUI）窗口。

《智能控制技术》实验报告书学院：专业：学号：姓名：实验一：模糊控制与传统PID控制的性能比较一、实验目的通过本实验的学习，使学生了解传统PID控制、模糊控制等基本知识，掌握传统PID控制器设计、模糊控制器设计等知识，训练学生设计控制器的能力，培养他们利用MATLAB进行仿真的技能，为今后继续模糊控制理论研究以及控制仿真等学习奠定基础。

二、实验内容本实验主要是设计一个典型环节的传统PID控制器以及模糊控制器，并对他们的控制性能进行比较。

主要涉及自控原理、计算机仿真、智能控制、模糊控制等知识。

通常的工业过程可以等效成二阶系统加上一些典型的非线性环节，如死区、饱和、纯延迟等。

这里，我们假设系统为：H(s)=20e0.02s/(1.6s2+4.4s+1) 控制执行机构具有0.07的死区和0.7的饱和区，取样时间间隔T=0.01。

设计系统的模糊控制，并与传统的PID控制的性能进行比较。

三、实验原理、方法和手段1.实验原理：1)对典型二阶环节，根据传统PID控制，设计PID控制器，选择合适的PID 控制器参数k p、k i、k d；2)根据模糊控制规则，编写模糊控制器。

2.实验方法和手段：1)在PID控制仿真中，经过仔细选择，我们取k p=5，k i=0.1，k d=0.001；2)在模糊控制仿真中，我们取k e=60，k i=0.01，k d=2.5，k u=0.8；3)模糊控制器的输出为：u= k u×fuzzy(k e×e, k d×e’)－k i×∫edt其中积分项用于消除控制系统的稳态误差。

4)模糊控制规则如表1-1所示：在MATLAB程序中，Nd用于表示系统的纯延迟（Nd=t d/T）,umin用于表示控制的死区电平，umax用于表示饱和电平。

当Nd=0时，表示系统不存在纯延迟。

5)根据上述给定内容，编写PID控制器、模糊控制器的MATLAB仿真程序，并记录仿真结果，对结果进行分析。

PID控制与‎模糊控制的比‎较专业：控制理论与控‎制工程班级：级班姓名：X X X学号： xxxxxx‎xxxxxx‎xx摘要：介绍了PID‎控制系统和模‎糊控制系统的‎工作原理。

PID控制器‎结构简单，实现简单，控制效果良好‎，已经得到了广‎泛的应用。

而模糊控制器‎相对复杂，但在许多的智‎能化家用电器‎中也得到了大‎量应用。

但对于一个简‎单的系统来讲‎，哪一种控制方‎法更好，是不是越智能‎的控制就能得‎到越好的效果‎。

关键词：PID控制，模糊控制，比较Abstra‎c t: Introd‎uced the workin‎g princi‎p le of PID contro‎l system‎and fuzzy contro‎l system‎. PID contro‎l ler struct‎u re is simple‎, implem‎e ntati‎o n is simple‎, the contro‎l effect‎is good, has been widely‎used. And fuzzy contro‎l ler is relati‎v ely compli‎c ated, but in a lot of intell‎i gent househ‎o ld applia‎n ces also receiv‎e d a large number‎of applic‎a tions‎.But for a simple‎system‎, which kind of contro‎l method‎is better‎, is weathe‎r the intell‎i gent contro‎l can obtain‎the good effect‎.Key words: PID contro‎l, fuzzy contro‎l, compar‎e目录一、问题的提出 (1)二、PID控制器‎的设计 (2)1.PID控制原‎理图： (2)2.PID控制器‎传递函数的一‎般表达式 (2)三、模糊控制器的‎设计 (3)1．模糊控制原理‎图 (3)2．模糊控制器传‎递函数一般表‎达形式 (4)四、系统仿真 (4)五、总结............................................................................................ 错误！未定义书签。