基于Simulink的时滞系统模糊控制器的设计毕业设计论文

北京理工大学2014届本科生毕业设计（论文） 一、原始依据（包括设计或论文的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等。） 工作基础：了解时滞系统的基本概念，熟练使用MATLAB 7软件。 研究条件： Smith预估控制器的基本原理与模糊控制器的MATLAB Fuzzy工具箱。 应用环境：基于模糊Smith控制器的大时滞被控对象的Simulink仿真。 工作目的：熟练掌握MATLAB Simulink工具箱。 了解智能控制的基本概念，模糊数学的基本内容以及模糊控制器设计的基本方法。 完成基于模糊Smith预估控制器的仿真设计。 二、参考文献 [1] 王志萍.带有Smith预估器的模糊控制系统仿真研究[J].上海电力学院学报. 2004(02). [2] 储岳中,陶永华. 基于MATLAB的自适应模糊PID控制系统计算机仿真[J]. 安徽工业大学学报(自然科学版). 2004(01) . [3] 尹明,董振银,宋利君.模糊PID在电炉温度控制中的应用[J]. 齐齐哈尔大学学报. 2003(02) . [4] 张涛,李家启.基于参数自整定模糊PID控制器的设计与仿真[J].交通与计算机. 2001(S1). [5] 周荔丹,童调生.模糊PID在电阻加热炉温控系统中的应用[J].自动化与仪器仪表. 2001(05) . [6] 饶翡鹏,王东云,凌德麟.模糊控制的发展和现状[J]. 郑州纺织工学院学报. 2000(03). 三、设计（研究）内容和要求（包括设计或研究内容、主要指标与技术参数，并根据课题性质对学生提出具体要求。） 1、了解模糊控制系统的基本概念与原理。 2、 用MATLAB 7中的Fuzzy Control工具箱完成基于某大迟滞环节的模糊控制器的设计。 3、对比分析传统PID、Smith预估控制器以及单纯模糊控制器的优缺点。 4、在此基础上，完成模糊PID的算法仿真。

指导教师（签字） 年 月 日 审题小组组长（签字） 年 月 日 北京理工大学2014届本科生毕业设计（论文） 北京理工大学本科生毕业设计（论文）开题报告

课题名称 基于Simulink的时滞系统模糊控制器的设计 系 名 信息工程系 专 业 自动化 学生姓名 陈 莹 指导教师 扈书亮 一、课题来源及意义 在工业过程控制领域中，许多被控对象都不同程度存在着时滞现象，因此，时滞系统是一种在工业生产中广泛存在的。任何实际系统的过去状态不可避免地要对当前的状态产生影响，即系统的演化趋势不仅依赖于系统当前的状态，也依赖于过去某一时刻的状态，这类系统统称时滞系统。系统时滞产生的原因很多：可能由测量元件或测量过程造成，也可能由控制元件和执行元件造成，或者由它们共同造成。

1957年O.J.M.Smith首次提出预估控制器，这是一个时滞补偿的预估算法。它通过估计对象的动态特性，用一个预估模型作为补偿，从而得到一个没有时滞的被调节量反馈到反馈器，实现了将纯滞后环节移到闭环控制回 路之外，从而有效地消除了纯滞后对控制系统的影响。但是它过分依赖于精确数学模型，工业过程中不可能获得被控对象的精确数学模型，因此很难运用。

1956年美国的Zadeh首次提出模糊集合的概念，1974年伦敦大学的Mamdani成功地将模糊控制理论应用于锅炉和汽轮机的过程控制。模糊控制主要是模拟人的思维，推理和判断的一种方法，因其能很好的避免传统Smith预测控制的缺点，所以已经广泛应用于各个领域。

由于时滞的存在严重影响了系统的控制效果和稳定性，导致系统的超调变大，调节时间变长，甚至出现振荡和发散。提高了系统的响应速度和系统的稳定性,因此提出简单，有效，实用的大时滞控制方法是很有意义的。

二、国内外发展现状 模糊控制技术是一项正在发展的技术，在短短20多年时间里，模糊控制得到长足发展。它的应用领域涉及各各方面，控制方法也有广很大进展，模糊控制器的性能不断提高。多年来一直未解决的稳定性分析问题正在逐步解决。模糊芯片也已研制成功且功能不断加强，成本不断下降。各种模糊产品充满了日本、西北京理工大学2014届本科生毕业设计（论文） 欧和美国市场，如模糊洗衣机、模糊吸尘器和模糊摄像机等等，模糊技术几乎变得无所不能，各国都争先开发模糊新技术和新产品。

三、研究目标 熟练掌握MATLAB Simulink工具箱。了解智能控制的基本概念，模糊数学的基本内容以及模糊控制器设计的基本方法，完成基于模糊Smith预估控制器的仿真设计。

四、研究内容 主要研究在工业过程中的得到大量应用的PID控制、Smith预估控制和模糊控制在多变量时滞系统中的应用。了解模糊控制系统的基本概念与原理；完成基于某大迟滞环节的模糊控制器的设计；

五、研究方法与手段 在充分了解模糊控制基本原理的基础上， 针对一典型带有大迟滞环节被控对象数学模型，利用MATLAB的Simulink以及Fuzzy Control工具箱对比完成采用传统PID调节器、单纯采用模糊控制以及将模糊控制与Smith预估补偿原理相结合的方法之间控制效果的优劣。

六、进度安排 1、2014.12.10—2015.03.05 查找资料，通过书籍和网络了解模 糊控制基本原理及研究方法，完成 开题报告。 2、2015.03.06—2015.03.29 熟练掌握MATLAB Simulink工具箱。 了解智能控制的基本概念，模糊数学 的基本内容以及模糊控制器设计的 基本方法。 3、2015.03.30—2015.04.20 完成基于模糊Smith预估控制器的仿 北京理工大学2014届本科生毕业设计（论文） 真。 4、2015.04.21—2015.05.25 对仿真结果进行分析，并得出结论。 5、2015.05.26—2015.06.10 撰写论文，准备答辩。

七、主要参考文献 [1]王志萍.带有Smith预估器的模糊控制系统仿真研究[J].上海电力学院 学报. 2004(02). [2]储岳中,陶永华. 基于MATLAB的自适应模糊PID控制系统计算机仿真[J]. 安徽工业大学学报(自然科学版). 2004(01) .

[3]尹明,董振银,宋利君.模糊PID在电炉温度控制中的应用[J]. 齐齐哈尔大学学报. 2003(02) . [4]张涛,李家启.基于参数自整定模糊PID控制器的设计与仿真[J].交通计算机. 2001(S1). [5]周荔丹,童调生.模糊PID在电阻加热炉温控系统中的应用[J].自动化仪器仪表. 2001(05) . [6]饶翡鹏,王东云,凌德麟.模糊控制的发展和现状[J]. 郑州纺织工学院学报. 2000(03). [7]何明. 工业自动化控制系统通讯网络的应用研究[D]. 合肥工业大学.2009.

[8]卢娟. BP神经网络PID在三容系统中的控制研究[D]. 合肥工业大学.2009. [9] 方鹏. 基于模糊PID算法的中央空调温度控制系统设计[D]. 合肥工业大学.2009 [10]李岩. 模糊PID控制在液位控制中的应用[D]. 合肥工业大学,2008 . [11]简珣. 模糊PID控制在三容水箱系统控制中的应用研究[D]. 合肥工业大学 2007.

选题是否合适： 是□ 否□ 课题能否实现： 能□ 不能□ 指导教师（签字）

年 月 日 选题是否合适： 是□ 否□ 课题能否实现： 能□ 不能□ 审题小组组长（签字）

年 月 日 北京理工大学2014届本科生毕业设计（论文） 摘 要

在工业过程控制领域中，许多被控对象都不同程度存在着时滞现象。随着科学技术的迅猛发展，各个领域对自动控制系统精度、响应速度、系统稳定性、自适应能力的要求越来越高，所研究的系统也日益复杂多变。然而，在许多情况下精确数学模型很难建立。即使对一些复杂对象建立数学模型，模型也往往过于复杂，既不利于设计也难以实现有效控制。虽然常规自适应控制技术可以解决一些问题，但其能力也是有限的。 具有时间滞后特性的控制对象是非常普遍的，由于时滞的存在严重影响了系统的控制效果和稳定性，导致系统的超调变大，调节时间变长，甚至出现振荡和发散。提高了系统的响应速度和系统的稳定性,因此提出简单，有效，实用的大时滞控制方法是很有意义的。 本文针对具有时滞特性的控制对象，主要研究在工业过程中的得到大量应用的PID控制、Smith预估控制和模糊控制在多变量时滞系统中的应用。对现有的模糊方法加以改进，形成更加完善的控制方法；与现有的PID控制，史密斯预测控制相融合，构成综合控制法，通过这些来解决带有纯延迟环节的控制问题。了解模糊控制系统的基本概念与原理；完成基于某大迟滞环节的模糊控制器的设计。

关键字：模糊控制；大时滞对象；史密斯预估器；MATLAB仿真 北京理工大学2014届本科生毕业设计（论文） ABSTRACT

In the field of industrial process control, many of the controlled objects are different level there is a time-delay phenomenon. With the rapid development of science and technology, the fields of automatic control system precision, response speed, system stability, adaptive ability of the demand is higher and higher, the study of the system are also increasingly complex and changeful. However, in many cases it is difficult to establish accurate mathematical model. Even for some complex object to establish mathematical model, the model also are often too complex, is not conducive to design can also be difficult to achieve effective control. Although the conventional adaptive control technology can solve some problems, but its capacity is limited. The essence characteristics of controlled object is a very, very common, but because of the lag seriously affect the control effect and the stability of the system, and the system overshoot, caused to adjust time, appear even oscillation and divergence. Improves the response speed of system and the stability of the system, thus put forward the simple, effective, practical large time delay control method, it is very meaningful. In view of the controlled object with time delay characteristics, this paper mainly studies to get a lot of application in industrial process of PID control, Smith prediction control and fuzzy control in the application of multivariable systems with time-delay. The existing fuzzy methods is improved, and form a more perfect control method; With the existing PID control, the integration of Smith predictive control, constitute a comprehensive control method, through these to solve the control problem with pure delay link. Understand the basic concept and principle of fuzzy control system; Complete the design of fuzzy controller based on a large hysteresis link。 Key words: Fuzzy Control；Long time-delay；Smith predictive control；MATLAB simulation