模糊控制PID设计大作业--.docx

模糊控制PID设计大作业--.docx

《模糊控制PID设计大作业--.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模糊控制PID设计大作业--.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

参考教材中例子设计一包含了模糊技术与PID技术的混合智能控制器，其被控对象为：

采样时间为1ms，编写matlab仿真程序，确定其在阶跃输入的响应结果，并与经典PID控制仿真结果相比较。

要求详细描述控制系统的设计，控制系统工作流程，模糊系统中的输入输出的隶属函数设计及其采用的模糊规则，分析仿真结果并进行总结。

表1Δkp的模糊规则表

ec

Δkp

e

NB

NM

NS

ZO

PS

PM

PB

NB

PB

PB

PM

PM

PS

ZO

ZO

NM

PB

PB

PM

PS

PS

ZO

NS

NS

PM

PM

PM

PS

ZO

NS

NS

ZO

PM

PM

PS

ZO

NS

NM

NM

PS

PS

PS

ZO

NS

NS

NM

NM

PM

PS

ZO

NS

NM

NM

NM

NB

PB

ZO

ZO

NM

NM

NM

NB

NB

表2Δki的模糊规则表

Δki

ec

e

NB

NM

NS

ZO

PS

PM

PB

NB

NB

NB

NM

NM

NS

ZO

ZO

NM

NB

NB

NM

NS

NS

ZO

ZO

NS

NB

NM

NS

NS

ZO

PS

PS

ZO

NM

NM

NS

ZO

PS

PM

PM

PS

MN

NS

ZO

PS

PS

PM

PB

PM

ZO

ZO

PS

PS

PM

PB

PB

PB

ZO

ZO

PS

PM

PM

PB

PB

表3Δkd的模糊规则表

Δkd

ec

e

NB

NM

NS

ZO

PS

PM

PB

NB

PS

NS

NB

NB

NB

NM

PS

NM

PS

NS

NB

NM

NM

NS

ZO

NS

ZO

NS

NM

NM

NS

NS

ZO

ZO

ZO

NS

NS

NS

NS

NS

ZO

PS

ZO

ZO

ZO

ZO

ZO

ZO

ZO

PM

PB

NS

PS

PS

PS

PS

PB

PB

PB

PM

PM

PS

PS

PS

PB

Kp,ki,kd的模糊控制规则表建立好以后，可根据以下方法进行kp,ki,kd的自适应校正。

将系统误差e和误差变化ec变化范围定义为模糊集上的论域，即e，ec={-3，-2，-1,0,1,2,3},其模糊子集为e，ec={NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB},子集中元素分别代表负大，负中，负小，零，正小，正中，正大。

应用模糊合成推理设计PID参数的整定算法。

第k个采样时间的整定为

Kp（k）=kp0+Δkp（k）

Ki（k）=ki0+Δki（k）

Kd（k）=kd0+Δkd（k）

在线运行过程中，控制系统通过对模糊逻辑规则的结果处理、查表和运算，完成对PID参数的在线自校正。

其工作流程图如下图所示。

入口

e（k）,ec（k）模糊化

e（k-1）=e（k）

PID控制器输出

计算当前kp,ki,kd

模糊整定Δkp,Δki,Δkd

ec（k）=e（k）-e（k-1）

e（k）=r（k）-y（k）

取当前采样值

返回

图1误差的隶属函数

图2误差变化率的隶属函数

图3kp的隶属函数

图4ki的隶属函数

图5kd的隶属函数

图6模糊系统fuzzpid.fis的结构

图7模糊推理系统的动态仿真环境

在程序PID_b.m中，利用所设计的模糊系统fuzzpid.fis进行PID控制参数的整定，并利用模糊PID控制进行阶跃响应，在第300个采样时间时控制器输出端加上1.0的干扰，响应结果及PID控制参数的自适应变化如图8到13所示。

图8模糊PID控制阶跃响应

图9模糊PID控制误差响应

图10控制器输入u

图11kp的自适应调整

图12ki的自适应调整

图13kd的自适应调整

在对三阶线性系统的控制中，利用稳定边界法进行参数整定的经典PID控制的超调量比模糊PID控制的超调量要大，但模糊PID控制存在一定的稳态误差。

模糊控制用模糊集合和模糊概念描述过程系统的动态特性，根据模糊集和模糊逻辑来做出控制决策，它在解决复杂控制问题方面有很大的潜力，可以动态地适应外界环境的变化。

附录1模糊系统设计程序PID_a

%FuzzyTurnningPIDControl

clearall;

closeall;

a=newfis（'fuzzpid'）;

a=addvar（a,'input','e',[-3,3]）;

a=addmf（a,'input',1,'NB','zmf',[-3,-1]）;

a=addmf（a,'input',1,'NM','trimf',[-3,-2,0]）;

a=addmf（a,'input',1,'NS','trimf',[-3,-1,0]）;

a=addmf（a,'input',1,'Z','trimf',[-2,0,2]）;

a=addmf（a,'input',1,'PS','trimf',[-1,1,3]）;

a=addmf（a,'input',1,'PM','trimf',[0,2,3]）;

a=addmf（a,'input',1,'PB','smf',[1,3]）;

a=addvar（a,'input','ec',[-3,3]）;

a=addmf（a,'input',2,'NB','zmf',[-3,-1]）;

a=addmf（a,'input',2,'NM','trimf',[-3,-2,0]）;

a=addmf（a,'input',2,'NS','trimf',[-3,-1,0]）;

a=addmf（a,'input',2,'Z','trimf',[-2,0,2]）;

a=addmf（a,'input',2,'PS','trimf',[-1,1,3]）;

a=addmf（a,'input',2,'PM','trimf',[0,2,3]）;

a=addmf（a,'input',2,'PB','smf',[1,3]）;

a=addvar（a,'output','kp',[-0.3,0.3]）;

a=addmf（a,'output',1,'NB','zmf',[-0.3,-0.1]）;

a=addmf（a,'output',1,'NM','trimf',[-0.3,-0.2,0]）;

a=addmf（a,'output',1,'NS','trimf',[-0.3,-0.1,0]）;

a=addmf（a,'output',1,'Z','trimf',[-0.2,0,0.2]）;

a=addmf（a,'output',1,'PS','trimf',[-0.1,0.1,0.3]）;

a=addmf（a,'output',1,'PM','trimf',[0,0.2,0.3]）;

a=addmf（a,'output',1,'PB','smf',[0.1,0.3]）;

a=addvar（a,'output','ki',[-0.06,0.06]）;

a=addmf（a,'output',2,'NB','zmf',[-0.06,-0.02]）;

a=addmf（a,'output',2,'NM','trimf',[-0.06,-0.04,0]）;

a=addmf（a,'output',2,'NS','trimf',[-0.06,-0.02,0.02]）;

a=addmf（a,'output',2,'Z','trimf',[-0.04,0,0.04]）;

a=addmf（a,'output',2,'PS','trimf',[-0.02,0.02,0.06]）;

a=addmf（a,'output',2,'PM','trimf',[0,0.04,0.06]）;

a=addmf（a,'output',2,'PB','smf',[0.02,0.06]）;

a=addvar（a,'output','kd',[-3,3]）;

a=addmf（a,'output',3,'NB','zmf',[-3,-1]）;

a=addmf（a,'output',3,'NM','trimf',[-3,-2,0]）;

a=addmf（a,'output',3,'NS','trimf',[-3,-1,0]）;

a=addmf（a,'output',3,'Z','trimf',[-2,0,2]）;

a=addmf（a,'output',3,'PS','trimf',[-1,1,3]）;

a=addmf（a,'output',3,'PM','trimf',[0,2,3]）;

a=addmf（a,'output',3,'PB','smf',[1,3]）;

rulelist=[1171511;

1231311;

1362111;

1462111;

1553111;

1644211;

1744511;

2171511;

2271311;

2362111;

2453211;

2553211;

2644311;

2734411;

3161411;

3262311;

3363211;

3453211;

3544311;

3635311;

3735411;

4162411;

4262411;

4353311;

4444311;

4535311;

4626311;

4726411;

5152411;

5253411;

5344411;

5435411;

5535411;

5626411;

5727411;

6154711;

6244511;

6335511;

6425511;

6526511;

6627511;

6717711;

7144711;

7244611;

7325611;

7426611;

7526511;

7617511;

7717711];

a=addrule（a,rulelist）;

a=setfis（a,'DefuzzMethod','centroid'）;

writefis（a,'fuzzpid'）;

a=readfis（'fuzzpid'）;

figure

（1）;

plotmf（a,'input',1）;

figure

（2）;

plotmf（a,'input',2）;

figure（3）;

plotmf（