【正文】 參考文獻(xiàn)[1] 謝克明. 自動控制原理, 北京: 電子工業(yè)出版社, 2009[2] 方康玲. 過程控制與集散系統(tǒng), 北京: 電子工業(yè)出版社, 2009[3] 黃忠霖,周向明. 控制系統(tǒng)MATLAB計算及仿真實(shí)訓(xùn), 北京: 國防工業(yè)出版社, 2006[4] 劉金琨. 先進(jìn)PID控制MATLAB仿真[M], 北京: 電子工業(yè)出版社, 2004[5] [J], 上海: 上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)報, 2009[6] [M], 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2005[7] , 重慶: 重慶大學(xué)出版社, 2003[8] 韓峻峰,李玉惠. 模糊控制技術(shù), 重慶: 重慶大學(xué)出版社, 2003[9] 韋巍. 智能控制技術(shù), 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2003[10] 高東杰,譚杰,林紅權(quán). 應(yīng)用先進(jìn)控制技術(shù), 北京: 國防工業(yè)出版社, 2003.35.。另外我得感謝指導(dǎo)老師自從我得到論文題目后對我的悉心指導(dǎo)，特別是在系統(tǒng)仿真方面的示范演示，讓我順利完成本次論文任務(wù)。經(jīng)過此次課程設(shè)計，我初步掌握了設(shè)計原則、設(shè)計方法、設(shè)計步驟和設(shè)計規(guī)范的應(yīng)用，進(jìn)一步了解了PID和模糊控制算法，并有幸扎下了MATLAB的軟件應(yīng)用基礎(chǔ)。本文雖然通過仿真驗(yàn)證了基于模糊PID 的控制器在三容水箱液位控制系統(tǒng)的優(yōu)越性，但是還存在著許多問題需要進(jìn)一步的研究和解決。但是模糊 PID 控制器的量化因子和比例因子需要大量的嘗試才能獲得，一旦被控對象確定模糊規(guī)則將不能更改。為改善工業(yè)液位控制提供了一種有效方法。然后分析研究了 PID 控制器原理，應(yīng)用到三容水箱液位控制系統(tǒng)中，雖然最終能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，但是效果很不理想。 模糊PID控制器在三容水箱液位控制系統(tǒng)應(yīng)用仿真結(jié)果 仿真結(jié)果簡要分析從仿真結(jié)果曲線可以看出，采用模糊自整定PID控制算法和常規(guī)PID控制算法相比，從系統(tǒng)響應(yīng)上看，前者穩(wěn)態(tài)響應(yīng)過程比常規(guī)PID控制器快，超調(diào)量減少，過渡過程時間大大縮短，振蕩次數(shù)減少，具有較強(qiáng)的魯棒性和良好的穩(wěn)定性，這表明采用模糊自整定PID控制算法在該設(shè)計條件下取得了較好的控制效果。分別為誤差、誤差變化率和控制輸出的論域。 模糊控制器設(shè)計和仿真過程在第二章通過對三容水箱進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，求得該系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：在Matlab的Command窗口輸入fuzzy命令，即可彈出FIS（糊推理系統(tǒng)）對話框。此外，SIMULINK是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包，它支持線性和非線性系統(tǒng)，連續(xù)和離散時間模型，或者是兩者的混合。本文主要是利用了SIMULINK工具箱和FIS文件。 MATLAB是Math Works公司于1984年推出的一套高性能的數(shù)值計算和可視化軟件，它集數(shù)值計算，矩陣運(yùn)算，信號處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一個方便的，界面友好的用戶環(huán)境。開始取當(dāng)前的液位測量值計算偏差e和偏差變化率eceK1→e，ecK2→ece等于E論域最大值e大于E論域最大值 是e等于E論域最小值e小于E論域最小值 否 是ec等于EC論域最大值ec大于EC論域最大值 否 是ec等于EC論域最小值ec小于EC論域最小值 否 是將e和ec量化為E和EC 否從模糊控制表中查出△KP、△KI和△KD的值計算KP、KI、KD計算PID控制器輸出返回 模糊PID控制算法流程圖第六章 控制系統(tǒng)仿真 軟件簡介 MATLAB 計算機(jī)仿真是對控制系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)研究的重要手段。表1 偏差及偏差變化率隸屬度表(3)建立模糊控制規(guī)則結(jié)合對液位調(diào)節(jié)時PID參數(shù)的整定規(guī)律，并考慮到在不同時刻e、ec二個參數(shù)的作用以及它們之間的耦合關(guān)系，可得到針對△KP、△KI和△KD三個參數(shù)分別整定的模糊規(guī)則控制表如表2所示。 (2)制定模糊變量的模糊子集選擇模糊變量的模糊隸屬度函數(shù)時，在誤差較大的區(qū)域采用低分辨率的模糊集，在誤差較小的區(qū)域采用高分辨率的模糊集。若模糊詞集選擇過多，會使得控制規(guī)則變得復(fù)雜；若模糊詞集選擇過少，又會使變量變得粗糙，導(dǎo)致控制器的性能變壞。 模糊控制規(guī)則模糊控制規(guī)則的設(shè)計包括三部分的設(shè)計內(nèi)容：選擇描述輸入輸出變量的詞集、定義各模糊變量的模糊子集以及建立模糊控制器的控制規(guī)則。(2)當(dāng)|e|和|ec|為中等大小時，為使系統(tǒng)響應(yīng)具有較小的超調(diào)，KP應(yīng)取較小值，KI取值要適中，在這種情況下KD的取值對系統(tǒng)的影響較大，取值要大小適中以保證系統(tǒng)的響應(yīng)速度。一般來說，PID控制器的結(jié)構(gòu)和算法己經(jīng)確定，控制品質(zhì)的好壞主要取決于控制參數(shù)選擇是否合理。KP0、KI0和KD0為PID參數(shù)給定初值。其中，模糊控制器的作用是對PID控制的三個參數(shù)KP、KI和KD進(jìn)行校正，在此我們把KP、KI和KD分為初始部分和校正部分，在此模糊控制其中，將偏差e和偏差變化率ec作為該控制器的輸入變量，將三個參數(shù)的偏移量作為控制器的輸出變量。即模糊控制器的輸入量為液位變化e和液位變化率ec，其輸出量為利用模糊控制規(guī)則對PID三個參數(shù)進(jìn)行修改的變化量△KP、△KI和△KD，實(shí)現(xiàn)PID參數(shù)的自整定，提高控制器性能。如：采用模糊推理，對PID控制器參數(shù)進(jìn)行自整定，是克服系統(tǒng)不確定性、提高控制器性能、增強(qiáng)系統(tǒng)魯棒性的重要手段；模糊PD、常規(guī)PI的并行結(jié)構(gòu)可以解決模糊控制精度不高的缺點(diǎn)，達(dá)到完全消除余差的目的；模糊P控制+常規(guī)ID控制的結(jié)構(gòu)形式能保證，用此模糊PID控制器取代常規(guī)PID控制器的系統(tǒng)，其穩(wěn)定性不變而魯棒性優(yōu)于常規(guī)PID。模糊控制器與線性PID控制器相聯(lián)系的解析結(jié)構(gòu)一方面揭示了模糊控制器在非線性、時變和純滯后等系統(tǒng)的應(yīng)用中比線性PID控制器優(yōu)越的原因在于其非線性能力，同時也提供了根據(jù)它們之間的增益關(guān)系來解析設(shè)計模糊控制系統(tǒng)并確保其穩(wěn)定性的一種方法。 模糊PID參數(shù)自整定控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模糊控制與PID控制的結(jié)合得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。模糊控制和PID控制的結(jié)合形式有很多，圖給出了利用模糊推理自整定PID參數(shù)的一種實(shí)現(xiàn)方法。實(shí)際生產(chǎn)中，操作者的經(jīng)驗(yàn)常用“水溫過高就大幅減小閥門開度”、“系統(tǒng)超調(diào)過大就減小比例增益”等不精確語言，或者說用模糊語言來表示，而需要定量信號和定量評價指標(biāo)的控制過程卻無法利用這些成功經(jīng)驗(yàn)，模糊理論則為解決這一問題提供了有效的途徑。而實(shí)際上盡管有些系統(tǒng)非常復(fù)雜，操作人員仍有許多成功的經(jīng)驗(yàn)對其進(jìn)行控制，自然人們就想到將這些經(jīng)驗(yàn)存入計算機(jī)，由計算機(jī)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況自動調(diào)整PID參數(shù)進(jìn)而實(shí)時控制，于是就出現(xiàn)了模糊PID控制。從上述模糊控制和PID控制各自的優(yōu)勢和局限性可以看出，如果把傳統(tǒng)線性PID和模糊控制結(jié)合起來，取長補(bǔ)短，可使系統(tǒng)的控制性能得到提高，是一種很實(shí)用的控制方法。此外，模糊邏輯是柔性的，對于給定的系統(tǒng)很容易處理以及直接增加新的功能，易于與傳統(tǒng)的控制技術(shù)相結(jié)合。由于在存在“不相容原理”的情況下，模糊邏輯對于問題的描述能在準(zhǔn)確和簡明之間取得平衡，使其具有實(shí)際意義，因此模糊控制理論的研究和應(yīng)用在現(xiàn)代自動控制領(lǐng)域中有著重要的地位和意義。從模糊學(xué)習(xí)到系統(tǒng)的分析設(shè)計，仍然沒有一套合適的方案。模糊控制雖然目前已經(jīng)取得了一些成果，但是還不完善。雖然模糊控制理論已得到了快速的發(fā)展，但是模糊控制器和被控對象的匹配技術(shù)仍然依賴于人們的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。到目前為止還沒有專門的技術(shù)來解決對外界環(huán)境的適應(yīng)性問題，一般都仍然采用傳統(tǒng)的技術(shù)或者依賴現(xiàn)有的工藝水平。目前都是通過數(shù)／模和模／數(shù)轉(zhuǎn)換再加上外圍放大電路實(shí)現(xiàn)對模糊信息與精確信息的轉(zhuǎn)換。FPGA 作為專用集成電路（ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路，利用它來構(gòu)造模糊控制規(guī)則表能夠明顯提高控制器的性能，但不足之處是需要事先作離線處理。該控制器的優(yōu)勢是可以通過配置數(shù)據(jù)來確定其結(jié)構(gòu)形式。然而隨著模糊規(guī)則和模糊推理復(fù)雜化程度的不斷提高，以傳統(tǒng)單片機(jī)的處理速度很難滿足控制要求。所以模糊控制算法的實(shí)現(xiàn)需要解決的問題有以下幾個方面：（1）模糊控制器的構(gòu)造。若要提高精度則必然增加量化級數(shù)，從而導(dǎo)致規(guī)則搜索范圍擴(kuò)大，降低決策速度，甚至不能實(shí)時控制。(2)如何用系統(tǒng)的設(shè)計辦法獲得模糊規(guī)則及隸屬函數(shù)，這在目前完全憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行。 模糊控制的局限雖然基于模糊理論的控制器在三容水箱液位控制系統(tǒng)中的應(yīng)用中取得了一定的成效，但是模糊控制理論與應(yīng)用技術(shù)的研究僅有 40 多年的歷史，另外模糊控制也有其缺點(diǎn)：(1)模糊控制的設(shè)計尚缺乏系統(tǒng)性，這對復(fù)雜系統(tǒng)的控制是難以奏效的。輸入和輸出是“精確的”，也就是說是實(shí)數(shù)而不是模糊集合。模糊系統(tǒng)是輸入和輸出之間的靜態(tài)非線性映射。 模糊控制器基本結(jié)構(gòu)模糊控制器設(shè)計基本上可歸納為以下三步：（1）選擇模糊控制器的輸入和輸出；（2）選擇用于控制器輸入的前處理和控制器輸出的后處理算法；（3）。然后用模糊推理法則，計算出相應(yīng)的模糊控制集C，再經(jīng)過非模糊化處理，得到精確的控制量u去控制被控對象。模糊控制規(guī)則和模糊推理兩部分組成模糊算法器，為模糊控制器的核心。e和ec分別為模糊控制器的兩個輸入信號，它們均為精確量，而控制