下载文档原格式
基于MATLAB控制系统的仿真与应用毕业设计论文目录一、内容概括 (2)1. 研究背景和意义 (3)2. 国内外研究现状 (4)3. 研究目的和内容 (5)二、MATLAB控制系统仿真基础 (7)三、控制系统建模 (8)1. 控制系统模型概述 (10)2. MATLAB建模方法 (11)3. 系统模型的验证与校正 (12)四、控制系统性能分析 (14)1. 稳定性分析 (14)2. 响应性能分析 (16)3. 误差性能分析 (17)五、基于MATLAB控制系统的设计与应用实例分析 (19)1. 控制系统设计要求与方案选择 (20)2. 基于MATLAB的控制系统设计流程 (22)3. 实例一 (23)4. 实例二 (25)六、优化算法在控制系统中的应用及MATLAB实现 (26)1. 优化算法概述及其在控制系统中的应用价值 (28)2. 优化算法介绍及MATLAB实现方法 (29)3. 基于MATLAB的优化算法在控制系统中的实践应用案例及分析对比研究31一、内容概括本论文旨在探讨基于MATLAB控制系统的仿真与应用，通过对控制系统进行深入的理论分析和实际应用研究，提出一种有效的控制系统设计方案，并通过实验验证其正确性和有效性。
本文对控制系统的基本理论进行了详细的阐述，包括控制系统的定义、分类、性能指标以及设计方法。
我们以一个具体的控制系统为例，对其进行分析和设计。
在这个过程中，我们运用MATLAB软件作为主要的仿真工具，对控制系统的稳定性、动态响应、鲁棒性等方面进行了全面的仿真分析。
在完成理论分析和实际设计之后，我们进一步研究了基于MATLAB 的控制系统仿真方法。
通过对仿真模型的建立、仿真参数的选择以及仿真结果的分析，我们提出了一种高效的仿真策略。
我们将所设计的控制系统应用于实际场景中，通过实验数据验证了所提出方案的有效性和可行性。
本论文通过理论与实践相结合的方法，深入探讨了基于MATLAB 控制系统的仿真与应用。
基于Matlab的模糊PID控制器设计与仿真研究何鹏【摘要】简单介绍了常规PID控制的优缺点和模糊控制的基本原理,介绍了模糊PID控制的系统结构,同时利用MATLAB中的SIIVIULINK和FUZZY工具箱进行了仿真研究.仿真结果表明,模糊PID具有比常规PID更好的控制效果.【期刊名称】《微型电脑应用》【年(卷),期】2010(026)004【总页数】3页(P59,62,64)【关键词】PID控制;模糊PID控制;Maflab仿真【作者】何鹏【作者单位】上海交通大学,上海,200240【正文语种】中文【中图分类】TP2730 引言PID控制是最早发展起来的控制策略之一。
由于其算法简单，鲁棒性好和可靠性高.被广泛应用于工业过程控制。
在PID控制中。
一个至关重要的问题是PID参数（比例系数、积分时间、微分时间）的整定。
参数整定的优劣不但会影响到控制质量，而且还会影响到控制系统的稳定性和鲁棒性。
而实际工业生产过程往往具有非线性、时变等不确定性干扰。
常规 PID控制器经常出现参数整定不良、控制性能欠佳，且对运行工况的适应性较差等情况。
[1]针对以上问题，长期以来，人们一直在寻求PID控制器的自动整定技术，以适应复杂的工况和高指标的控制要求。
模糊控制是一类应用模糊集合理论的控制方法，不需要被控对象的精确数学模型，因而特别适用于一些大滞后、时变、非线性的复杂系统。
将模糊控制和传统PID控制相结合组成模糊PID控制器，不但具有PID控制精度高等优点，又兼有模糊控制灵活、适应性强的优点，是近年来控制领域十分活跃的一支分支。
[2]1 模糊PID控制结构模糊PID控制器以误差e（k）和误差变化率ec（k）作为输入，可以满足不同时刻的e（k）和e c（k）对PID参数整定的要求。
利用模糊控制规则对PID参数进行修改，便构成了模糊PID控制器，其结构如图1所示。
图1 模糊PID控制结构PID参数模糊自整定是找出PID三个参数与误差e（k）和误差变化率ec（k）之间的模糊关系，在运行中通过不断检测，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（k）和e c（k）对控制参数的不同要求。
沈阳化工大学本科毕业论文题目：基于MATLAB的模糊PID控制器的设计与其实现_ 院系：信息工程学院_____________ __专业：电气工程与其自动化_____________班级：电气0703__________________学生姓名：李辰龙____________________指导教师：刘晶____________________论文提交日期：2011年6月27日论文答辩日期：2011年6月28日毕业设计（论文）任务书电气工程与其自动化专业0703班学生：李辰龙内容摘要PID（比例积分微分）控制具有结构简单、稳定性能好、可靠性高等优点,尤其适用于可建立精确数学模型的控制系统。
而对于一些多变量、非线性、时滞的系统，传统的PID控制器并不能达到预期的效果。
随着模糊数学的发展，模糊控制的思想逐渐得到控制工程师们的重视，各种模糊控制器也应运而生。
而单纯的模糊控制器有其自身的缺陷—控制效果很粗糙、控制精度无法达到预期标准。
但利用传统的PID控制器和模糊控制器结合形成的模糊自适应的PID控制器可以弥补其缺陷；它将系统对应的误差和误差变化率反馈给模糊控制器进而确定相关参数，保证系统工作在最佳状态，实现优良的控制效果。
论文介绍了参数自适应模糊PID控制器的设计方法和步骤。
并利用MATLAB 中的SIMULINK 和模糊逻辑推理系统工具箱进行了控制系统的仿真研究，并简要地分析了对应的仿真数据。
关键词: 经典PID控制; 模糊控制; 自适应模糊PID控制器; 参数整定; MATLAB仿真ABSTRACTPID(Proportion Integration Differentiation) control, with lots of advantages including simple structure, good stability and high reliability, is quite suitable to establish especially the control system which accurate mathematical model is available and needed. However, taken multivariable, nonlinear and time-lag into consideration, traditional PID controller can not reach the expected effect.Along with the development of Fuzzy Mathematics, control engineers gradually pay much attention to the idea of Fuzzy Control, thus promoting the invention of fuzzy controllers. However, simple fuzzy controller has its own defect, where control effect is quite coarse and the control precision can not reach the expected level. Therefore, the Fuzzy Adaptive PID Controller is created by taking advantage of the superiority of PID Controller and Fuzzy Controller. Taken this controller in use, the corresponding error and its differential error of the control system can be feed backed to the Fuzzy Logic Controller. Moreover, the three parameters of PID Controller is determined online through fuzzification, fuzzy reasoning and defuzzification of the fuzzy system to maintain better working condition than the traditional PID controller. Meanwhile，the design method and general steps are introduced of the Parameter self-setting Fuzzy PID Controller. Eventually, the FuzzyInference Systems Toolbox and SIMULINK toolbox are used to simulate Control System. The results of the simulation show that Self-organizing Fuzzy Control System can get a better effect than the Classical PID controlled evidently.Keywords: Classic PID control; Fuzzy Control; Parameters tuning; the Fuzzy Adaptive PID Controller; MATLAB simulation目录第一章绪论 (8)1.1 课题研究的背景与学术意义 (8)1.2 经典PID控制系统的分类与简介 (10)1.2.1 P控制 (10)1.2.2 PI控制 (10)1.2.3 PD控制 (10)1.2.4 比例积分微分（PID）控制 (10)1.3 模糊逻辑与模糊控制的概念 (11)1.3.1 模糊控制相关概念 (11)1.3.2 模糊控制的优点 (12)1.4 模糊控制技术的应用概况 (13)1.5 本文的研究目的和内容 (14)第二章PID控制 (16)2.1 PID的算法和参数 (16)2.1.1 位移式PID算法 (16)2.1.2 增量式PID算法 (17)2.1.3 积分分离PID算法 (18)2.1.4 不完全微分PID算法 (19)2.2 PID参数对系统控制性能的影响 (20)2.2.1 比例系数K P对系统性能的影响 (20)2.2.2 积分时间常数T i对系统性能的影响 (20)2.2.3 微分时间常数T d对系统性能的影响 (20)2.3 PID控制器的选择与PID参数整定 (20)2.3.1 PID控制器的选择 (21)2.3.2 PID控制器的参数整定 (21)第三章模糊控制器与其设计 (23)3.1 模糊控制器的基本结构与工作原理 (23)3.2 模糊控制器各部分组成 (23)3.2.1 模糊化接口 (24)3.2.2 知识库 (24)3.2.3 模糊推理机 (25)3.2.4 解模糊接口 (25)3.3模糊推理方式 (25)3.3.1 Mamdani模糊模型（迈达尼型） (25)3.3.2 Takagi-Sugeno模糊模型(高木-关野) (26)3.4模糊控制器的维数确定 (26)3.5 模糊控制器的隶属函数 (28)3.6模糊控制器的解模糊过程 (30)3.7 模糊PID控制器的工作原理 (31)第四章模糊PID控制器的设计 (32)4.1 模糊PID控制器组织结构和算法的确定 (32)4.2 模糊PID控制器模糊部分设计 (32)4.2.1 定义输入、输出模糊集并确定个数类别 (32)4.2.2 确定输入输出变量的实际论域 (33)4.2.3 定义输入、输出的隶属函数 (33)4.2.4 确定相关模糊规则并建立模糊控制规则表 (35)4.2.5 模糊推理 (38)第五章模糊PID控制器的MATLAB仿真 (40)5.1 模糊控制部分的fuzzy inference system仿真 (40)5.1.1 定义输入输出变量并命名 (40)5.1.2 编辑隶属函数 (40)5.1.3 编辑模糊规则库 (41)5.2 对模糊控制器的SIMULINK建模 (43)5.2.1 将模糊系统载入SIMULINK (43)5.2.2 在SIMULINK中建立模糊子系统 (43)5.3 PID部分的SIMULINK建模 (44)5.4 模糊PID控制器的SIMULINK建模 (45)5.5 利用子系统对控制系统进行SIMULINK建模 (45)5.6 控制系统的SIMULINK仿真研究 (46)第六章结束语 (51)参考文献 (53)致谢 (54)第一章绪论1.1 课题研究的背景与学术意义随着越来越多的新型自动控制应用于实践，其控制理论的发展也经历了经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。
模糊PID基本原理及matlab仿真实现（新⼿！新⼿！新⼿！）有关模糊pid的相关知识就把⾃⼰从刚接触到仿真出结果看到的⼤部分资料总结⼀下，以及⼀些⾃⼰的ps以下未说明的都为转载内容在讲解模糊PID前，我们先要了解PID控制器的原理（本⽂主要介绍模糊PID的运⽤,对PID控制器的原理不做详细介绍）。
PID控制器（⽐例-积分-微分控制器）是⼀个在⼯业控制应⽤中常见的反馈回路部件，由⽐例单元P、积分单元I和微分单元D组成。
PID控制的基础是⽐例控制；积分控制可消除稳态误差，但可能增加超调；微分控制可加快⼤惯性系统响应速度以及减弱超调趋势。
1.1传统PID控制传统PID控制器⾃出现以来，凭借其结构简单、稳定性好、⼯作可靠、调整⽅便等优点成为⼯业控制主要技术。
当被控对象的结构和参数具有⼀定的不确定性，⽆法对其建⽴精确的模型时，采⽤PID控制技术尤为⽅便。
PID控制原理简单、易于实现，但是其参数整定异常⿇烦。
对于⼩车的速度控制系统⽽⾔，由于其为时变⾮线性系统不同时刻需要选⽤不同的PID参数，采⽤传统的PID控制器，很难使整个运⾏过程具有较好的运⾏效果。
1.2模糊PID控制模糊PID控制，即利⽤模糊逻辑并根据⼀定的模糊规则对PID的参数进⾏实时的优化，以克服传统PID参数⽆法实时调整PID参数的缺点。
模糊PID控制包括模糊化，确定模糊规则，解模糊等组成部分。
⼩车通过传感器采集赛道信息，确定当前距赛道中线的偏差E以及当前偏差和上次偏差的变化ec，根据给定的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控制参数。
2.1模糊化模糊控制器主要由三个模块组成：模糊化，模糊推理，清晰化。
具体如下图所⽰。
⽽我们将⼀步步讲解如何将模糊PID算法运⽤到智能车上。
（最好⽤笔⼀步步⾃⼰写⼀遍）⾸先我们的智能车会采集到赛道的相关数据，例如摄像头车，其采集到的数据经过算法处理之后会得到与中线的偏差E，以及当前偏差和上次偏差的变化（差值）EC两个值（即此算法为2维输⼊，同理也可以是1维和3维，但2维更适合智能车）。
基于MATLAB的模糊PID控制系统的设计与仿真作者：王超蒋平来源：《电子世界》2013年第04期【摘要】在传统的PID控制基础上，本文介绍了一种基于PID模糊控制的混合型控制，通过MATLAB&Simulink软件和模糊逻辑工具箱设计控制系统结构模型.仿真结果证明，该控制方法具有更优的性能。
【关键词】模糊PID控制；MATLAB仿真1.引言在传统的控制方法中，PID控制凭借其算法简单、精度高、可靠性强、技术成熟、应用广泛的优点脱颖而出，占据了工业控制系统80%以上的份额；然而随着现代控制系统越来越复杂，精度要求也越来越高，传统、单一的控制策略已经无法满足设计性能的要求，同时，随着电子技术和计算机的发展，各种新兴的智能算法也不断涌现，将传统算法和智能算法相结合，成为现代控制系统策略选择的趋势。
作为智能控制中最重要且最有效的手段之一的模糊控制，在应对复杂系统的非线性和时变特征时有着较好的表现，因此越来越多的被应用到工程实践中，并已取得了不俗的成绩。
本文介绍的是基于传统的PID控制和现代控制理论中的智能模糊控制相结合的一种控制方法，用MATLAB&Simulink软件和模糊逻辑工具箱设计控制系统结构模型，并通过仿真结果证明该控制方法具有更优的性能。
2.PID模糊控制系统的结构3.利用MATLAB&Simulink软件进行控制仿真基于现代控制理论的模糊控制，内容比较抽象，理论性较强，比较枯燥。
另外，模糊控制是模糊集合理论、模糊语言变量以及模糊逻辑推理为基础的一种计算机控制，它处理的问题可能难以靠解析求解，需要采用复杂的数值计算方法，采用软件编程，不仅工作量大，而且过程繁杂，大大制约了控制方法的性能验证和工程实现。
MATLAB&simulink是MathWorks公司推出的当今国际控制界最为流行的面向工程和科学计算的高级语言，是公认的最为灵活和有效的仿真软件。
而且随着智能控制的迅速推广应用，MathWorks公司已经添加了智能逻辑控制工具箱，其中包括模糊控制工具箱、神经网络控制箱等热门工具。
基于MATLAB的模糊PID-Smith控制器的设计与仿真摘要：针对工业控制中大惯性、纯滞后、参数时变非线性受控对象难于控制问题，结合Smith预估算法能有效克服纯滞后、模糊控制鲁棒性较强以及PID控制稳态精度高这三者的优点，提出了一种模糊PID Smith控制器的设计方法，并将其应用于电机网络控制系统中。
MATLAB仿真结果表明，新的控制方案与传统的Smith控制器、Fuzzy PID控制器相比，不仅具有满意的控制性能，而且具有较强鲁棒性和抗干扰性能，稳态精度高，对时变滞后对象具有良好的控制效果。
关键词：网络控制系统；纯滞后；模糊PID；Smith控制；模糊PID Smith控制器0 引言PID控制是一种典型的传统反馈控制器，具有结构简单、鲁棒性好和易于实现等优点,被广泛地应用于工业过程控制。
在网络化控制系统中，传统PID控制器的参数的调整对被控对象的数学模型依赖较大，并且控制过程中的滞后性、控制参数的非线性和高阶性也增加了对控制参数的调整难度。
而模糊控制系统正是由于它不依赖于工业对象模型,具有较强的鲁棒性，近年来被广泛的应用到网络化控制系统领域。
本文在模糊PID控制的基础上，结合传统的Smith控制对时滞过程控制的有效性，提出了模糊PID Smith控制方案，并对直流伺服电机控制系统进行实例仿真分析，证明了该方案的有效性。
1 模糊PID控制器的设计1.1 模糊PID控制器PID参数模糊自整定是在常规PID控制的基础上，应用模糊集合理论建立参数K\-p、K\-i、K\-d与偏差e和偏差变化率ec 间的函数关系。
其结构图如图1所示。
参数K\-p、K\-i、K\-d与偏差e和偏差变化率ec间的函数关系如下：K\-p= K′\- p+ΔK\-p= K′\-p+{e,ec }\-pK\-i = K′\-i+ΔK\-i= K′\-i+{e,ec }\-iK\-d= K ′\-d+ΔK\-d= K′\-d+{e,ec }\-d其中，K′\-p，K′\-i，K′\-dΔK\-pΔK\-iΔK\-d为参数的修正值。
