【正文】 所以我們可以下結(jié)論：即使采用相同的解模糊方法（ COG），如果隸屬函數(shù)不一樣，控制結(jié)果也會(huì)不同的。從圖 14 中可以看出，采用單值隸屬函數(shù)，在剛開始，系統(tǒng)輸出振蕩最厲害的 時(shí)候采用單值隸屬函數(shù)，等到等幅數(shù)振蕩輸出之后就不采用單值隸屬函數(shù)（虛線表示），之后采用三角形隸屬函數(shù)和 COG 解模糊方法。眾所周知， PD 控制會(huì)有初始誤差， PI 控制會(huì)有振蕩。但是造成振蕩的另一個(gè)可能原因就是推理機(jī)構(gòu)的錯(cuò)誤動(dòng)作。 采用模糊控制的系統(tǒng)輸出或多或少都會(huì)有振蕩，其原因不僅僅受參數(shù)的調(diào)節(jié)的影響，還有所用的最小最大模糊推理的影響。虛線表示采用 3 個(gè)隸屬函數(shù)，最小最大模糊推理、解模糊采用 COG（隸屬函數(shù)為三角形分布）的仿真的結(jié)果，點(diǎn)劃線表示采用 3 個(gè)隸屬函數(shù)，最小最大模糊推理、解模糊采用 COG（隸屬函數(shù)為單值分布）的仿真的結(jié)果。其中 PI 和 PD 的隸屬函數(shù)的分布以及采用的模糊規(guī)則分別如圖 圖 2 所示。 其中，圖 9 是傳統(tǒng)的 IPD 控制器的輸出，它采用 ZieglerNichols 方法（ sTK I , ?? sTD ? ）。從仿真結(jié)果來(lái)看，文獻(xiàn) [6]中的結(jié)論沒有理論證明。但是我們可以通過減少隸屬函數(shù)的個(gè)數(shù)達(dá)到縮短計(jì)算控制量所需時(shí)間。但是，我們還不能分析 [6]所提供導(dǎo)致振蕩的可能原因，因?yàn)檫@里沒有文 [6]提供的模糊控制的所需的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)集。 圖 6 有 7 個(gè)隸屬函數(shù)的模糊控制 圖 7 有 3 個(gè)隸屬函數(shù)的模糊 PI 控制器采用最小 最大模糊推理 參考文獻(xiàn) [6]，看圖 5，發(fā)現(xiàn)給系統(tǒng)的輸入端加上幅度為 的階躍干擾，系統(tǒng)輸出響應(yīng)趨向振蕩地很厲害。 把傳統(tǒng)的 PI 控制算法和模糊 PI 控制算法的結(jié)果進(jìn)行比較并討論。干擾作用于系統(tǒng)的輸入，模糊控制器如圖 3 所示，映射規(guī)則如圖 2 所示，隸屬函數(shù)如圖 1 所示。但是我們調(diào)整的參數(shù)它們本身具有實(shí)際的物理意義，值得一提的是前面所提到的控制可以通過改變采樣時(shí)間而不改變定義域的范圍實(shí)現(xiàn)調(diào)整。 圖 1 隸屬函數(shù) 圖 圖 2 映射規(guī)則圖 信息與電子工程系 畢業(yè)設(shè)計(jì)（中英文資料） 2 參數(shù)集的啟發(fā)式優(yōu)化法也適用于模糊 PI 控制器，它采用固定的定義域，其參數(shù)的選取和傳統(tǒng)的 PI 控制器都一樣。模糊控制的主要思想就是針對(duì)那些傳遞函數(shù)未知的或者結(jié)構(gòu)難以辨識(shí)的系統(tǒng)進(jìn)行控制，這也是模糊控制的性能為什么優(yōu)于傳統(tǒng)方法的原因。很明顯，優(yōu)化過程很耗時(shí)，更有甚者，有些優(yōu)化方法要已知系統(tǒng)的精確模型，但是實(shí)際過程中難以得到系統(tǒng)的精確模型，所以在大多數(shù)情況下，這些優(yōu)化算法不能直接應(yīng)用在實(shí)際過程。這些參數(shù)包括模糊集的分布，模糊集的個(gè)數(shù)，映射規(guī)則，基本模糊控制器的參 數(shù)和不同的算法組合等。其中遺傳算法就是一種。假設(shè)模糊集的初始域是對(duì)稱的，兩個(gè)調(diào)節(jié)器的參數(shù)采用ZieglerNichols 方法。而且我們要控制的參數(shù)大多有其實(shí)際的物理意義，所以模糊控制器完全可以利用 PID 算法的控制規(guī)律進(jìn)行近似的調(diào)整。特別是參數(shù)設(shè)定的時(shí)候，因?yàn)闆]有相關(guān)的書參考，所以它的給定非常困難。文中分析了振蕩的原因并分析如何抑制這種振蕩的各種方法，最后，還 給出一種方案，通過減少隸屬函數(shù)的數(shù)量以及改善解模糊化的方法縮短控制信號(hào)計(jì)算時(shí)間，有效的改善了控制的實(shí)時(shí)性。為了解決這個(gè)問題，出現(xiàn)了很多模糊控制的分析方法。對(duì)于時(shí)變系統(tǒng)，如果能夠很好地采用模糊控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，其控制結(jié)果的穩(wěn)定性和活力性都會(huì)有改善。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 中英文資料 信 電 系 工業(yè)電氣自動(dòng)化 專業(yè) 03 級(jí) 1 班 課題名稱： 基于單片機(jī)的模糊 PID溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )起止時(shí)間： 2020 年 2 月 15 日 ～ 6月 8 日 (共 17 周 ) 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 20 指導(dǎo)教師： 報(bào)告日期： 2020 年 6 月 8 日 信息與電子工程系 畢業(yè)設(shè)計(jì)（中英文資料） 1 常規(guī) PID 和模糊 PID 算法的分析比較 摘要 ：模糊 PID 控制器實(shí)際上跟傳統(tǒng)的 PID 控制器有很大聯(lián)系。區(qū) 別在于傳統(tǒng)的控制器的控制前提必須是熟悉控制對(duì)象的模型結(jié)構(gòu)，而模糊控制器因?yàn)樗姆蔷€性特性，所以控制性能優(yōu)于傳統(tǒng) PID 控制器。但是，如果調(diào)節(jié)效果不好，執(zhí)行器會(huì)因?yàn)橹芷谡袷幱绊懯褂脡勖?，特別是調(diào)節(jié)器是閥門的場(chǎng)合，就必須考慮這個(gè)問題。本文提出的方法采用一個(gè)固定的初始域，這樣相當(dāng)程度上簡(jiǎn)化了模糊控制的設(shè)定問題以及實(shí)現(xiàn)。 1 引言 模糊控制器的一個(gè)主要缺陷就是調(diào)整的參數(shù)太多。眾所周知，優(yōu)化方法的收斂性跟它的初始化設(shè)定有很大關(guān)聯(lián)，如果模糊控制器的初始域是固定的，那么它的控制就明顯的簡(jiǎn)化了。也就是說最簡(jiǎn)單的模糊 PID控制器就是同時(shí)采用幾種基本模糊控制 算法（ P+I+D或者 PI+D），控制過程中它會(huì)根據(jù)控制要求，做出適當(dāng)?shù)倪x擇，保證在處理跟蹤以抗階躍干擾問題上，其控制性能接近于任何一種 PID 控制。 為了改善上述設(shè)計(jì)的模糊控制器，我們有必要考模糊控制器的參數(shù)問題，有兩種方法可以采納，一種采用手動(dòng)的方法改變，另一種就是采用一些相關(guān)的優(yōu)化算法。控制器采用的參數(shù)不同，其收斂的優(yōu)化值也會(huì)不一樣。要注意的是在優(yōu)化前必須選定模糊推理及解模糊的方法。也就是說模型不精確直接影響優(yōu)化成敗。同時(shí)，把模糊控制和傳統(tǒng)的 PID 控制算法結(jié)合起來(lái)，更能體現(xiàn)這種算法的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗蟠蠛?jiǎn)化實(shí)際過程的調(diào)整。我們采用的控制方法是結(jié)合模糊 PI 算法和 PD 算法并利用啟發(fā)式優(yōu)化法處理參數(shù)集，特別要注意這里的調(diào)節(jié)器出現(xiàn)了兩個(gè)比例環(huán)節(jié)，所以它的控制可能不同于傳統(tǒng)的 PID 算法。 2 模 糊 PI 控制器設(shè)計(jì) 控制信號(hào)由模糊控制器得到（參考文獻(xiàn) [2]）： 模糊 PI 控制器的一種實(shí)現(xiàn)過程如圖 3 所示： 圖 3 模糊 PI 控制器結(jié)構(gòu)（區(qū)域單位化） 現(xiàn)在我們假設(shè)控制對(duì)象的傳遞函數(shù)如下描述，然后通過仿真圖比較模糊 PI 控制器和傳統(tǒng) PI 控制器的控制性能： 采用 [6]中所用的調(diào)節(jié)方法，我們可得參數(shù) ，其響應(yīng)如圖 4 和圖 5 所示。 圖 4 傳統(tǒng) PI 控制 圖 圖 5 模糊 PI 控制 圖 信息與電子工程系 畢業(yè)設(shè)計(jì)（中英文資料） 3 同理取相同的參數(shù)集合 ，但是采用不用的模糊推理和解模糊化方法進(jìn)行優(yōu)化，我們把最大值設(shè)為 10，即 ，采用周期 ，則，輸出響應(yīng)如圖 5所示，下面的集合已經(jīng)在 [3]中測(cè)試過了，模糊推理方法采用 MinMax 和 ProdMax，解模糊部分采用 COG 方法，隸屬函數(shù)采用三角形分布或單值分布，把定義域單位化，然后從七個(gè)模糊集中任取三個(gè)，進(jìn)行仿真，如果隸屬函數(shù)是單值分布，也一樣。我們發(fā)現(xiàn)采用模糊控制的系統(tǒng)輸出超調(diào)量雖然很 小，但是抗干擾能力并不比傳統(tǒng)的 PI 控制器好。假設(shè)這里所有響應(yīng)采用的集合都是一樣的，我們看圖 6，它的響應(yīng)曲線沒有明顯的振蕩。 我們發(fā)現(xiàn)，即使采用遺傳優(yōu)化算法 ，其控制結(jié)果也沒有遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過模糊 PI 控制的近似調(diào)整結(jié)果。可是，減少隸屬函數(shù)個(gè)數(shù)的同時(shí)，也會(huì)伴隨著動(dòng)態(tài)性能的降低，但是這種品質(zhì)的降低完全可以通過適當(dāng)調(diào)節(jié)參數(shù)來(lái)彌補(bǔ)。 信息與電子工程系 畢業(yè)設(shè)計(jì)（中英文資料） 4 3．模糊 PD+PI 控制器的設(shè)計(jì) 讓我們先給出一個(gè)模糊控制器，它是由模糊 PI 和模糊 PD 控制器并聯(lián)在一起組合而成。 而模糊 PIPD 控制的設(shè)定參考文獻(xiàn) [2] （ 4?? DI KK ， sTI ? ， sTD 2? ，10?? DI MM ， sT ? ，模糊