基于Matlab的模糊自整定PID控制器仿真研究

模糊自适应PID控制的Matlab仿真设计研究

姓名：陈明

学号：201208070103

班级：智能1201

一、 模糊控制思想、PID控制理论简介：

在工业生产过程中，许多被控对象受负荷变化或干扰因素很多基于模糊自适

应控制理论, 设计了一种模糊自适应PID 控制器, 具体介绍了这种PID 控制器的控制

特点及参数设计规则, 实现PID 控制器的在线自整定和自调整。通过matlab 软件进

行实例,仿真表明, , 提高控制系统实时性和抗干扰能力,易于实现．便于工程应用。

1.1 模糊控制的思想：

应用模糊数学的基本理论和方法, 控制规则的条件、操作用模糊集来表示、并把

这些模糊控制规则以及有关信息, 诸如PID 控制参数等作为知识存入计算机知识

库, 然后计算机根据控制系统的实际情况(系统的输入, 输出) , 运用模糊推理。 1.2 PID算法：

u(t)=kp* e(t)+ki* ∫e(t)t0dt +kd *de(t)dt = kp*e(t)+ ki*∑ei(t) + kd * ec(t)

其中, u (t) 为控制器输出量, e(t) 为误差信号, ec(t)为误差变化率, kp, ki, kd 分别

为比例系数、积分系数、微分数。

然而，课本中，为了简化实验难度，只是考虑了kp，ki参数的整定。

1.3 模糊PID控制器的原理图：

二、基于Matlab的模糊控制逻辑模块的设计

关于模糊逻辑的设计，主要有隶属函数的编辑，参数的选型，模糊规则导入，生

成三维图等观察。 2.1 模糊函数的编辑器的设定：

打开matlab后，在命令窗口输入“fuzzy”，回车即可出现模糊函数编辑器，基

本设置等。基于课本的实验要求，我选的是二输入（e, 𝑒𝑐）二输出（𝑘𝑝 ,𝑘𝑖）。需

要注意的是，在命名输入输出函数的时候，下标字母需要借助下划线的编辑，即

e_c 能够显示为𝑒𝑐。

2.2四个隶属函数的N, Z, P 函数设定：

实验二 数字pid控制

计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量。因此连续pid控制算法不能直接使用，需要采用离散化方法。在计算机pid控制中，使用的是数字pid控制器。

一、位置式pid控制算法

按模拟pid控制算法，以一系列的采样时刻点kt代表连续时间t，以矩形法数值积分近似代替积分，以一阶后向差分近似代替微分，可得离散pid位置式表达式：

?tu(k)?kp?e(k)??ti?

k?e(j)?j?0k?td(e(k)?e(k?1))??t?e(k)?e(k?1)

t ?kpe(k)?ki?e(j)t?kd

j?0

式中，ki?kp

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自调整模糊PID控制及MATLAB仿真

作者：梁观坡 邹泽华 叶盛杰 朱忠雄 刘林潇 张劲枫

来源：《科技风》2018年第11期

摘要：将自调整模糊控制技术和传统PID控制相结合，可克服常规的PID控制器存在的劣势与短板，使PID控制器具有参数自调整的相应能力。利用自调整模糊控制发挥PID 控制器参数自调整功能， 进一步稳定了PID 控制器的相关性能， 增强了系统的控制精度能力。分析比较传统控制和模糊自调整控制，结合各自的优劣点，在MATLAB中对仿真实验进行模拟验证，使得系统的精确度进一步提高。利用系统的不稳定性的特点，并在其内加入监督控制的功能，达到了抑制控制过程中的不稳定性、不确定性以及时滞性等多项干扰因素的目的，从而很好地改善了系统的控制性能。在MATLAB模糊PID的基础上，将PID的参数引入到系统中，最后根据操作经验制定模糊控制原则。

把MATLAB 中的Fuzzy Toolbox和Simulink结合起来， 就能充分展现了该自调整模糊PID控制系统的仿真。

关键词：自调整模糊控制；PID控制器；MATLAB；Simulink ；自调整模糊PID控制系统的仿真

PID控制技术是目前最普遍的控制方法，实际运行的相关事例和理论分析数据均表明，将这种控制规律用于大多数工业对象会有较理想的结果[1]。PID控制在工业的运用最为广泛。作为最早兴起的发展战略，这种控制战略不需要预备太多的专业知识，因为PID几乎是拥有了复杂系统。PID控制作为一种经典控制，面对精确数学化模型时，PID控制能取得较完美的效果。然而在实际应用中，当被控对象数学模型处于变动时，PID参数调整存在很大难度，且大量被控过程机理盘根错节，被控对象数学模型建立棘手，其控制效果并不理想[2]。本文对传统控制与模糊自调整控制进行比较分析后得出模糊控制具备的优良特点，并将模糊控制与PID控制相结合，结合两种控制方法的特点，设计了一种自整定模糊PID统。以模糊逻辑工具箱和MATLAB中的Simulink为基础， 对PID进行模糊，并将PID的参数引入到系统中，再根据操作经验制定模糊控制规则，对控制系统进行了仿真。

基于模糊PID参数自整定的温度控制系统的研究

摘要：工业温度控制系统具有非线性、时变性和滞后性等特性，严重影响温度控制的快速性和准确性，为了解决常规PID参数调节在温度控制中适应性差，调节效果不理想的问题，这里采用了模糊PID参数自整定控制方法，用模糊控制规则对PID参数进行修改，利用Matlab的Simulink仿真工具箱做了常规PID与模糊PID的仿真对比试验。仿真结果表明，模糊PID参数自整定控制效果在超调量和调节时间上都小于常规PID，提高系统快速性和准确性，改善了温

摘要：工业温度控制系统具有非线性、时变性和滞后性等特性，严重影响温度控制的快速性和准确性，为了解决常规PID参数调节在温度控制中适应性差，调节效果不理想的问题，这里采用了模糊PID参数自整定控制方法，用模糊控制规则对PID参数进行修改，利用Matlab的Simulink仿真工具箱做了常规PID与模糊PID的仿真对比试验。仿真结果表明，模糊PID参数自整定控制效果在超调量和调节时间上都小于常规PID，提高系统快速性和准确性，改善了温度系统动态性能。

关键词：温度控制；Matlab仿真；模糊规则；PID

在工业生产过程中温度是重要的控制参数之一，对温度的有效控制对于保证生产质量具有重大的现实意义和理论价值。工业温度控制系统具有非线性、时变性和滞后性等特性，而常规PID控制器参数往往整定不良，性能欠佳，对运行的工作情况适应性差，导致常规PID控制不能使温度控制达到理想效果。为了改善常规PID控制效果，增强系统的适应性，实现PID参数自整定，本文设计出一种PID参数自整定的模糊控制器。利用模糊逻辑对PID控制器参数进行调整实现控制效果最优，将温度作为控制对象，并利用Matlab的Simulink工具箱实现仿真对比分析常规PID与模糊PID的曲线，最后应用到实际的温度控制系统中，对比分析常规PID与模糊PID的控制效果。

1 PID控制算法的相关介绍