【導(dǎo)讀】工作基礎(chǔ)：了解時(shí)滯系統(tǒng)的基本概念，熟練使用MATLAB7軟件。完成基于模糊Smith預(yù)估控制器的仿真設(shè)計(jì)。[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).20xx.并根據(jù)課題性質(zhì)對(duì)學(xué)生提出具體要求。在工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域中，許多被控對(duì)象都不同程度存在著時(shí)滯現(xiàn)象，因此，時(shí)滯系統(tǒng)是一種在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛存在的。賴(lài)于過(guò)去某一時(shí)刻的狀態(tài)，這類(lèi)系統(tǒng)統(tǒng)稱(chēng)時(shí)滯系統(tǒng)。路之外，從而有效地消除了純滯后對(duì)控制系統(tǒng)的影響。但是它過(guò)分依賴(lài)于精確數(shù)。成功地將模糊控制理論應(yīng)用于鍋爐和汽輪機(jī)的過(guò)程控制。提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和系統(tǒng)的穩(wěn)定。片也已研制成功且功能不斷加強(qiáng)，成本不斷下降。[11]簡(jiǎn)珣.模糊PID控制在三容水箱系統(tǒng)控制中的應(yīng)用研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)20xx.

　　

【正文】 ，飛升曲線等方法獲取， )(sGp 為對(duì)象模型中無(wú)滯后部分；控制規(guī)則的基本格式： if(e is condition 1)and(de/dt is condition2)then( ? u is result). 北京理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 第四章 系統(tǒng) 建模與算法仿真 MATLAB 系統(tǒng)概述 MATLAB簡(jiǎn)介 MATLAB 名字由 MATrix 和 LABoratory 兩詞的前三個(gè)字母組合而成，由MathWorks 公司開(kāi)發(fā)。 MATLAB 的內(nèi)核采用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)，除具有數(shù)值計(jì)算功能外 ,還具備了數(shù)據(jù)圖視等功能它的簡(jiǎn)潔和高效對(duì)控制理論以及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)起到了巨大的推動(dòng)作用。 MATLAB 是以復(fù)數(shù)矩陣作為基本編程單元的一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它提供了各種矩陣的運(yùn)算操作，并具有較強(qiáng)的繪圖功能。 MATLAB 在應(yīng)用代數(shù)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、自動(dòng)控制、數(shù)字信號(hào)處理、模擬與熟悉通信、 時(shí)間序列分析、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。 MATLAB 軟件和工具箱 Simulink 仿真工具，為控制系統(tǒng)的計(jì)算和仿真提供了強(qiáng)有力的支持。 MATLAB 系統(tǒng)構(gòu)成 MATLAB 開(kāi)發(fā)環(huán)境是由 MATLAB 開(kāi)發(fā)環(huán)境、 MATLAB 數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)、MATLAB 語(yǔ)言、 MATLAB 圖形處理系統(tǒng)和 MATLAB 應(yīng)用程序接口（ API）五大部分構(gòu)成。 MATLAB 開(kāi)發(fā)環(huán)境 MATLAB 開(kāi)發(fā)環(huán)境是一套方便用戶使用 MATLAB 函數(shù)和文件的工具集，其中許多工具是圖形化用戶接口。它是一個(gè)集成化的工作空間，可以讓用戶輸入、輸出數(shù)據(jù)，并提供了 M 文件的集成編譯和調(diào)試環(huán)境。它包括 MATLAB 桌面、命令窗口、 M 文件編譯調(diào)試器、 MATLAB 工作空間和在線幫助文檔。 MATLAB 數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù) MATLAB 數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)包括了大量的計(jì)算算法，從基本算法（如加法、正弦等）到復(fù)雜算法，如矩陣求逆、貝濟(jì)埃函數(shù)、快速傅里葉變換等。 MATLAB 語(yǔ)言 MATLAB 語(yǔ)言是一個(gè)高級(jí)的基于矩陣 /數(shù)組的語(yǔ)言，具有程序流控制、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入 /輸出和面向?qū)ο缶幊痰忍攸c(diǎn)。用戶既可以用它來(lái)快速編寫(xiě)簡(jiǎn)單的程序，也可以用來(lái)編寫(xiě)龐大復(fù)雜的應(yīng)用程序。 MATLAB 圖形處理系統(tǒng) 圖形處理系統(tǒng)使得 MATLAB 能方便地圖形化顯示向量和矩陣，而且能對(duì)圖形添加標(biāo)語(yǔ)和打印。它包括強(qiáng)力的二維、三維圖形函數(shù)，圖像處理和動(dòng)畫(huà)顯示等函數(shù)。 MATLAB 應(yīng)用程序接口（ API） 北京理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 MATLAB 應(yīng)用程序接口（ API）是一個(gè)使用 MATLAB 語(yǔ)言能與 C、 Fortran等其他高級(jí)編程語(yǔ)言進(jìn)行交互的函數(shù)庫(kù)，該函數(shù)庫(kù)的函數(shù)通過(guò)調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（ DLL）實(shí)現(xiàn)與 MATLAB 文件的數(shù)據(jù)交換，其主要功能包括：在 MATLAB 中調(diào)用 C 和 Fortran 程序，以及在 MATLAB 與其他應(yīng)用程序間建立客戶 /服務(wù)關(guān)系 。 Simulink 仿真 Simulink 仿真概述 Simulink 是 MATLAB 軟件的擴(kuò)展，它是一個(gè)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真份額軟件包，它與 MATLAB 語(yǔ)言的主要區(qū)別在于：它與用戶交互接口是基于 Windows的模型化圖像輸入的，從而使得用戶可以把更對(duì)的精力投入到系統(tǒng)模型的構(gòu)建而非語(yǔ)言的編程上。它有兩個(gè)主要功能： Simu（仿真）和 Link（鏈接），即該軟件可以利用鼠標(biāo)在模型窗口上搭建出所需要的控制系統(tǒng)模型，然后再對(duì)系統(tǒng)仿真和分析。 所謂模型化圖形輸入是指 Simulink 提供了一些按功能分類(lèi)的 基本系統(tǒng)模塊，用戶只需要知道這些模塊的輸入、輸出及模塊的功能，而不必考慮模塊內(nèi)部是如何實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)對(duì)這些模塊的基本調(diào)用，再將它們連接起來(lái)就可以構(gòu)成所需的系統(tǒng)模型（保存為 .mdl文件），進(jìn)而進(jìn)行仿真與分析。 Simulink 基本操作 Simulink 運(yùn)行 Simulink 包括三種方式：在 MATLAB的命令窗口上直接鍵入 “Simulink”并回車(chē)； 單擊 MATLAB 上的 Simulink 圖標(biāo) ；在 MATLAB 菜 單上選FileNewModel。 Simulink 模塊庫(kù) 在 Simulink 模塊庫(kù)瀏覽窗口中選中 Simulink 然后單擊鼠標(biāo)右鍵，這是會(huì)在鼠標(biāo)指針的位置彈出一行 Simulink 基本窗口，并選擇 Continuous 的基本窗口，并選擇 Continuous 模塊庫(kù)的圖標(biāo)雙擊即可進(jìn)入。 模塊的選取、復(fù)制、剪切、刪除、移動(dòng)、鏈接、連線的分支、模塊參數(shù)的設(shè)置。 使用 MATLAB 圖形界面工具建立模糊控制器 MATLAB 的模糊邏輯工具箱提供了兩種建立模糊系統(tǒng)的方法：一種是命令行方法，另一種是圖形界面工具法，對(duì)于 MATLAB 的模糊邏輯工具箱主要包括五大組成部分，即：模 糊推理系統(tǒng)編輯器 Fuzzy、隸屬函數(shù)編輯器 Mfedit、模糊北京理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 規(guī)則編輯器 Ruleedit、模糊規(guī)則觀察器 Ruleview、模糊推理輸入輸出曲面視圖Sufview 五大部分組成。 （ 1） 模糊控制器的建立 （ 2） 首先進(jìn)入 MATLAB 界面，在命令行輸入 “fuzzy”啟動(dòng)模糊推理系統(tǒng)編輯器，如下圖 41 所示。 圖 41 模糊控制器 工具箱上半部分窗口給出了模糊控制器的三大組成部分：輸入模糊變量、模糊控制規(guī)則庫(kù)、輸出模糊變量。下半部分給出了與操作、或操作、模糊蘊(yùn)涵、合成運(yùn)算以及模糊清晰化的各種運(yùn)算方法。 （ 3） 雙擊上圖的輸入框圖， 即可調(diào)出隸屬度函數(shù)編輯器。 圖 42 控制器輸出隸屬函數(shù)圖 北京理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 在這一編輯框中就可以按照上面的論述對(duì)各輸入輸出實(shí)現(xiàn)模糊語(yǔ)言變量、論域及隸屬度函數(shù)的定義。 誤差 E 的隸屬函數(shù)如下圖 43 所示： 圖 43 誤差 E 的隸屬函數(shù) 圖 44 誤差變化率 EC 的隸屬度函數(shù) 完成各模糊語(yǔ)言變量及隸屬函數(shù)的設(shè)定以后，我們可以根據(jù)專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)確定模糊控制規(guī)則庫(kù)，雙擊模糊推理系統(tǒng)編輯器界面的 “Fuzzy control Cmamdani”調(diào)出模糊規(guī)則編輯器，這里我們可以完成模糊規(guī)則的編輯，如下圖 45 所示： 北京理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 圖 45 模糊控制規(guī)則 模糊控制系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖 圖 46 控制系統(tǒng)仿真圖 控制結(jié)果仿真圖 在 MATLAB 中進(jìn)行仿真調(diào)試，得到控制鮮果仿真圖。 （ 1） 傳統(tǒng) PID 調(diào)節(jié)器曲線圖 47 （ 2） 單純采用模糊控制仿真圖 48 （ 3） 模糊控制與 Smith 預(yù)估補(bǔ)償原理相結(jié)合仿真圖 49 北京理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 圖 47 傳統(tǒng) PID 調(diào)節(jié)器 控制效果圖 圖 48 單純采用模糊控制效果圖 圖 49 模糊控制與 Smith 預(yù)估補(bǔ)償原理相結(jié)合 北京理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 第五章 總結(jié)與展望 總結(jié) PID 控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)模型誤差具有魯棒性、穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差及易于操作等 優(yōu)點(diǎn)，但采用常規(guī)的 PID 控制器依賴(lài)于系統(tǒng)精確數(shù)學(xué)模型的缺陷往往使得它面對(duì)較為復(fù)雜的非線性系統(tǒng)束手無(wú)策。而用的最多二維輸入的模糊控制器不是 PI 就是 PD 型，不是過(guò)渡品質(zhì)不好，就是不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，存在著其控制品質(zhì)粗糙和精度不高等弊病。 模糊控制器對(duì)于大時(shí)滯系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度效果較差，控制動(dòng)態(tài)響應(yīng)品質(zhì)也很差并且易出現(xiàn)振蕩。 模糊控制器和 PID 調(diào)節(jié)器相比，具有更快的響應(yīng)和更小的超調(diào)，而且對(duì)過(guò)程參數(shù)的變化不敏感（即具有很強(qiáng)的魯棒性），能夠克服非線性因素的影響。雖然 Fuzzy 控制器具有這些優(yōu)良品質(zhì)，但由于受到計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)量的限 制，只能取得有限的控制等級(jí)，限制了 Fuzzy 控制精度的提高，被認(rèn)為是粗糙的控制器。 從仿真結(jié)果可以看出，采用 Fuzzy Smith 控制減小了上升時(shí)間和調(diào)節(jié)時(shí)間，并極大地降低了系統(tǒng)的超調(diào)量。和普通模糊控制器相比采用 Fuzzy Smith 預(yù)估控制后，系統(tǒng)各項(xiàng)動(dòng)靜態(tài)指標(biāo)都得到了極大地改善，由此可以看出 Fuzzy Smith 預(yù)估控制一定程度上改進(jìn)了常規(guī) PID Smith 預(yù)估控制和模糊控制的缺點(diǎn)。 展望 時(shí)滯問(wèn)題是工業(yè)過(guò)程中比較常見(jiàn)的一個(gè)問(wèn)題，因而關(guān)于這方面的研究也是比較多的，也正是因?yàn)檫@樣一個(gè)大家熟知而又未 能定論的問(wèn)題，對(duì)于一些結(jié)論，許多著名的學(xué)者已經(jīng)給予了證明，作為為只能進(jìn)行驗(yàn)證，在最大程度上去驗(yàn)證這些定論；還有一些尚未定論的東西，我要努力去發(fā)現(xiàn)，盡量將我的試驗(yàn)做得精細(xì)準(zhǔn)確，希望有所新的收獲。不敢說(shuō)這篇論文的按時(shí)順利結(jié)束時(shí)我的收獲與回報(bào)，只是這段經(jīng)歷和這份付出讓我足以慰藉。 北京理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 參考文獻(xiàn) [1]陳衛(wèi)東 , 陳亞霖 .基于 SmithFuzzy 控制器的糧庫(kù)溫濕度測(cè)控算法 [J].河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) (自 然科學(xué)版 ),20xx,(01)29—31. [2]馮冬青等 .《一類(lèi)非線性大滯后系統(tǒng)的智能前饋控制策略與算法》 [J].信息與控制 33 卷第 1 期 9—17. [3]陳可知 .《大滯后系統(tǒng)的控制算法研究》 [J].自動(dòng)控制技術(shù) ,20xx 年第 20 卷第 1 期 69. [4]王巍等《一種智能控制算法的應(yīng)用研究》 [J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào) 20xx 第 20 卷第 11 期81—84. [5]張曉明 ,蔣大真 ,盧宋林 . [J].核技術(shù) ,1996,19(1):23~25. [6]劉金琨《智能控制》 [M] 北京：電子工業(yè)出版社 20xx. [7]儲(chǔ)岳中 ,陶永華 .基于 MATLAB的自適應(yīng)模糊 PID 控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真 [J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版 ).20xx(01) . [8]尹明 ,董振銀 ,宋利君 .模糊 PID 在電爐溫度控制中的應(yīng)用 [J]. 齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報(bào) . 20xx(02) . [9]張濤 ,李家啟 .基于參數(shù)自整定模糊 PID 控制器的設(shè)計(jì)與仿真 [J].交通與計(jì)算機(jī) . 20xx(S1). [10]周荔丹 ,童調(diào)生 .模糊 PID 在電阻加熱爐溫控系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J].自動(dòng)化與儀器儀表 . 20xx(05) . [11]饒翡鵬 ,王東云 ,凌德麟 .模糊控制的發(fā)展 和現(xiàn)狀 [J]. 鄭州紡織工學(xué)院學(xué)報(bào) .20xx(03). [12]馬曉蘭．模糊控制理論及其在熱工過(guò)程控制中的應(yīng)用研究［ D］．華北電力大學(xué)， 20xx． [13]韓璞等．智能控制理論及應(yīng)用［ M］．北京 :中國(guó)電力出版社， 20xx． [14]李洪興．模糊控制器與 PID 控制器的關(guān)系［ J］．中國(guó)科學(xué) ( E 輯 ) ， 1999， 29( 2) :138141． [15]李洪興．模糊控制的插值機(jī)理［ J］．中國(guó)科學(xué) (E 輯 )， 1998， 28( 3) : 259 267． [16]郄力博．一類(lèi)純遲延系統(tǒng)的模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究 ［ D］．華北電力大學(xué)， 20xx． [17]林?。悄芩惴ㄔ趩卧獧C(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究［ D］．華北電力大學(xué)， 20xx． [18]陳彥橋，王印松，劉吉臻，曾德良．基于 PID 型模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的火電站單元機(jī)組協(xié)調(diào) 控制［ J］．動(dòng)力工程， 20xx， 23(1) : 22192223． [19] 金以慧．過(guò)程控制［ M］． 北京 : 清華大學(xué)出版社， 1993． [20]劉吉臻．協(xié)調(diào)控制與給水全程控制［ M］．北京 :中國(guó)電力出版社， 1995． [21]韓璞．智能控制理論及應(yīng)用［ M］．北京 :中國(guó)電力出版社， 20xx． [22] 馬凌雁．智能控制在大型單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［ D］．華北電力大學(xué)， 20xx． [23]張鵬飛．基于模糊 PID 的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)研究［ D］．華北電力大學(xué)， 20xx． 1 外文資料 In the plicated industry controlled process,the controlled objects usually own the time delay,nonlinear,timechange characteristic and exist the category of ,if the traditional PID control method is only used,the static and dynamic output capability is not very fuzzy control as a branch of intelligence control fie