【正文】 .................................. 7 2 傳統(tǒng) PID 控制及整定方法 ............................................................................... 9 PID 調(diào)節(jié)器簡(jiǎn)介 ...................................................................................... 9 PID 整定方法 ........................................................................................ 10 PID 控制的特點(diǎn) .................................................................................... 16 3 參數(shù) 自整定模糊 PID 控制器 ........................................................................ 17 模糊控制概述 ........................................................................................ 17 模糊控制的原理 .................................................................................... 18 模糊控制器的結(jié)構(gòu) ................................................................................ 18 PID 參數(shù)模糊自整定 ............................................................................ 20 輸入量、輸出量處理 ........................................................................... 21 模糊控制規(guī)則 ....................................................................................... 26 模糊推理 ............................................................................................... 29 4 基于 Simulink 的 仿真結(jié)果及分析 ............................................................... 31 傳統(tǒng) PID 控制器的 仿真結(jié)果及分析 ................................................... 33 模糊自整定 PID 控制器的仿真結(jié)果與分析 ....................................... 34 比較 兩種仿真結(jié)果 ................................................................................ 37 5 結(jié)論 ................................................................................................................ 38 致 謝 .................................................................................................................. 39 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................ 40 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科 生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 MATLAB/Simulink 的 PID 參數(shù)自整定控制系統(tǒng)的仿真研究 4 1 緒論 課題研究背景及意義 生產(chǎn)集成化，工藝要求精準(zhǔn)化，竟而要求控制系統(tǒng)不僅規(guī)模擴(kuò)大化，而且復(fù)雜化，傳統(tǒng)簡(jiǎn)單的控制方案已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在生產(chǎn)工藝的要求，經(jīng)過經(jīng)典控制理論發(fā)展到現(xiàn)代控制理論，并綜合兩種理論發(fā)展起來的智能控制理論，并結(jié)合了人工智能以及計(jì)算機(jī)等理論。 In this paper, the application of based on fuzzy PID parameters selftuning method, in Simulink, simulation and analysis of its results, the first of the traditional PID control simulation program, after repeated adjustment parameters obtained more satisfactory results, followed by the use of fuzzy PID controller program , simple and fast ideal waveform obtained by paring the simulation results of the two programs, drawn fuzzy PID control scheme to meet the fast dynamic response, while not only did not overshoot, but did not oscillate, the system quickly to stabilize state, and continued to maintain a stable, indicating the feasibility of this scheme. For with large delay,timevarying and nonlinear plex control system, a fuzzy PID controller played a key role in the process of modern industry. Key word： Fuzzy Control。 對(duì)于帶有大滯后 、 時(shí)變的 、 非線性的復(fù)雜的控制系統(tǒng)，模糊 PID 控制器在現(xiàn)代工業(yè)的過程中起到關(guān)鍵作用。對(duì)于傳統(tǒng)的 PID 調(diào)節(jié)，無法讓 更 多技術(shù)人員使用，并且調(diào)節(jié)參數(shù) 的 過程非常麻煩，占用時(shí)間也長(zhǎng)，也很難達(dá)到預(yù)期的效果，特別是在工程 應(yīng)用中，比仿真調(diào)整更加有難度。 1 存檔日期： 存檔編號(hào)： 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 論 文 題 目： 基于 Maltab/Simulink 的 PID 參數(shù)自整定控制系統(tǒng)的仿真研究 姓 名： 趙磊 系 別： 機(jī)電工程系 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 年 級(jí) 、 學(xué) 號(hào)： 12Z 電氣 108320201 指 導(dǎo) 教 師： 鄒寬勝 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院印制 I 摘 要 在工業(yè)過程控制中 PID 控制系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用 。 其具有調(diào)節(jié)方便 、 控制效果好的特點(diǎn) 。本文 應(yīng)用了基于 模糊的 PID 參數(shù)自整定 的方法 ，在 Simulink 中， 仿真 并對(duì)其 分析 得出結(jié)果 ，首先仿真了采用傳統(tǒng) PID 控制的方案，經(jīng)過反復(fù)調(diào)節(jié)參數(shù)，得到了比較理想 的結(jié)果，其次采用了模糊 PID 控制器的 方 法 ，簡(jiǎn)單快速的得出了理想波形，通過對(duì)比兩種方案的仿真結(jié)果，得出模糊PID 控制方案，在滿足快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)的同時(shí)，不僅沒有超調(diào)量，而且也沒出現(xiàn) 振蕩 ，系統(tǒng)快速達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，并持續(xù)保持穩(wěn)定，表明了此方案可行性。 關(guān)鍵詞： 模糊控制；自整定； PID II Abstract PID control in industrial process control system has been widely used. It has features of convenient adjustment and good control effect. For conventional PID control, it can’t get more technical staff make use of, and adjust the parameters of the process is very cumbersome, it not only take a long time for adjusting, but also it is very difficult to get the ideal results waveform, in practice, it is more difficult than the simulation。 Selftuning。 1965 年， 作者 發(fā)表 了 論文名為 Fuzzy Set，第一次采用 詮釋 事物的 模糊性用語， 也就是 隸屬函數(shù)。采用 “模糊概念 ”更符合人類邏輯，也更能描述客觀事實(shí)。 模糊控制作為智能控制的分支領(lǐng)域，包含了高級(jí)的算法策略以及先進(jìn)技術(shù)。特別是機(jī)器人、電梯、汽車、交通燈控、飛行器、機(jī)械手臂、核反應(yīng)堆等領(lǐng)域，有其突出的實(shí)用價(jià)值。錢學(xué)森提出，模糊數(shù)學(xué)的發(fā)展，事關(guān)我國(guó)的國(guó)力、命運(yùn)。 結(jié)合過程對(duì)象識(shí)別的動(dòng)態(tài)特性以及 PID 控制器參數(shù)的計(jì)算，從而達(dá)到預(yù)期的目的，自動(dòng)調(diào)整是根據(jù)實(shí)際情況不同而自動(dòng)適應(yīng)。 從現(xiàn)在的研究和實(shí)際應(yīng) 用中分析得出 PID 控制器自整定分為：在線模式識(shí)別方法；辨識(shí)方法；基于知識(shí)推理方法 [14]。獲知控制對(duì)象的模型是控制首要解決問題，這觀點(diǎn)在學(xué)術(shù)界或是研究領(lǐng)域中得到了充分肯定。根據(jù)對(duì)象的不同進(jìn)行分類：被控對(duì)象傳遞函數(shù)的辨識(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)特性或是 相關(guān)參數(shù)的辨識(shí)。當(dāng)系統(tǒng)中含有時(shí)變、非線性等對(duì)象時(shí)，可以利用實(shí)時(shí)在線的辨識(shí)技術(shù)，也叫遞歸辨識(shí)技術(shù)，但這種方法在實(shí)際中得出結(jié)果的時(shí)間較長(zhǎng)，而且還需要對(duì)控制對(duì)象有經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，所以實(shí)際應(yīng)用中還比較復(fù)雜。在 1942 年，Ziegler 和 Nichols 共同研究出 ZN 法，即基于數(shù)學(xué)模型的臨界穩(wěn)定條件。 1991 年， 和 采用設(shè)定點(diǎn)加權(quán)法不但可以使得超調(diào)量變小，而且抗干擾能力也得到了增強(qiáng)。 1992年， 研究得出了能夠表征開環(huán)、閉環(huán)過程動(dòng)態(tài)性能的過程特征參數(shù)，使用標(biāo)準(zhǔn)化的增益和延遲時(shí)間等標(biāo)準(zhǔn)化的工藝參數(shù)估計(jì)參數(shù)的控制性能和完成的特點(diǎn)調(diào)整。 （ 2）基于模式識(shí)別的方法 分析 實(shí)際響應(yīng) 波形 ，得到 能夠 表征系統(tǒng)的特性，從而確定系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，然后 調(diào)整控制器參數(shù)，稱為模式識(shí)別，即結(jié)合人工智能和波形分析，得到一種新的控制器參數(shù)整定方法，在實(shí)際中得到了成功的應(yīng)用。依據(jù)曲線得到不同的系統(tǒng)描述量，從不同的方面來調(diào)整 PID控制器的參數(shù)。缺點(diǎn) 是 此方法理論是基于人類的調(diào)節(jié)行為，在結(jié)果產(chǎn)生后，再來修正，類似于改正 “錯(cuò)誤 ”江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科 生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 MATLAB/Simulink 的 PID 參數(shù)自整定控制系統(tǒng)的仿真研究 7 的模 式，而在實(shí)際工程中，有些 “錯(cuò)誤 ”是禁止的。 （ 3）知識(shí)推理的方法 在人工調(diào)節(jié)控制參數(shù)的工程中，多數(shù)是由經(jīng)驗(yàn)老道的工程師完成的，依據(jù)以前的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，從輸出波形入手，并得出 PID 參數(shù)調(diào)節(jié)趨勢(shì)。如果能整合這些經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，得到一套全新的方案，其使用價(jià)值就相當(dāng)可觀了。例如：新加坡教授何世中、 等人，研究了基于規(guī)則的模糊 PI 控制方法 [5]，研究算法構(gòu)成：第一部分： ifthen規(guī)則；第二部分：模糊化；第三部分：模糊表；第四部分：規(guī)則的在線適應(yīng)；第五部分：參數(shù)調(diào)整。 在近些年，國(guó)內(nèi)大量學(xué)者進(jìn)行了有關(guān) PID 方向的研究，并取得了很好的效果 [68]，同時(shí)國(guó)外的研究學(xué)者也加大了力度，特別是控制器的自整定方案，國(guó)內(nèi)緊追科技前沿，在自整定方案中 陸陸續(xù)續(xù)的得出新的研究成果，并使得這方面的研究步入正軌。 (4)在第四章中，應(yīng)用傳統(tǒng) PID 調(diào)整方案和 參數(shù)自整定的 模糊 PID 控制 方案進(jìn)行了對(duì)比分析，得出了，模糊 PID 控制器的優(yōu)越性。從它的發(fā)展過程角度來看，經(jīng)過了幾十年的發(fā)展 和實(shí)際的應(yīng)用，依靠其工作時(shí)具有較好的可靠性、穩(wěn)定性好、總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)整相對(duì)比較方便等優(yōu)點(diǎn)，從而成為了過程控制中關(guān)鍵技術(shù)之一。 PID 控制技術(shù)中，還有 PI 控制器和 PD 控制器。 圖 21 PID 控制系統(tǒng)原理圖