【正文】 E、 EC和 U的模糊子集均為 {NB， NM， NS， Z， PS， PM， PB}， E和 EC及 U的論域為 {一 6，一 5，一 4，一 3，一 2，一 1， 0， 1， 2， 3， 4， 5， 6)， E和 EC及 U的模糊隸屬度函數除 NB和 PB取 Z型和 S型函數外，其 余均取 三角形隸屬度函 數 。該 模糊控制器 控制規(guī)則共有 49條，如表 41所示： 表 41 模糊規(guī)則表 EC E NB NM NS Z PS PM PB NB NB NB NB NM NM NS Z NM NB NB NM NM NS Z PS NS NM NM NM NS Z PS PS Z NM NS NS Z PS PS PM PS NS NS Z PS PM PM PM PM NS Z PS PM PM PB PB PB Z PS PM PM PB PB PB 其中用模糊語句構成的控制規(guī)則如圖 44所示。 圖 45 電阻爐純模糊控制仿真模型 當給定溫度值為 600℃時，控制系統模糊控制仿真響應曲線如圖 46所示。 通過對模糊控制器控制系統的仿真曲線，可以得出，當電阻爐溫度控制系統采 用 純模糊控制時，系統的穩(wěn)定性增強了 ， 超調 量為 0，但控制系統卻出現了較 大 的穩(wěn)態(tài)誤差，控制精度大大下降。它以誤差 E和誤差變化 EC作為輸入，可以滿足不同時刻的 E和 EC對參數自整定的要求。 自適應模糊 PID控制器以偏差 E和偏差的變化率 EC作為輸入，可以滿足不同時刻偏差 E和偏差的變化率 EC對 PID參數自整定的要求。 圖 51 模糊 PID控制器結構圖 由圖可見，模糊自 適應 控制器包括一個常規(guī) 控制器和一個模糊推理的參數校正部分。 自整定設計思想是： 參數自整定的設計思想是先找出 三個參數與 偏差 | |和偏差的變化率 | |之間的模糊關系，在工作中通過不斷檢測 | |和 | |，再根據模糊控制原理對參數 、 和 進行在線校正，以滿足不同 | |和 | |時對控制器參數的不同要求，而使被控對象有良好的動 ﹑ 靜態(tài)性能，而且計算量小，便于微機實現。 (1) 當 |E|較大 ,為了使系統響應具有較好 的快速跟蹤性能，并避免因開始時的偏差的瞬陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書） 24 間變大，可能引起微分過飽和，而使控制作用超出許可范圍，應取較大的 和較小的 ，同時為避免系統響應出現較大的超調，需對積分作用加以限制，通常取 =0。 (3) 當 |E|較 小時 ，為了使系統具有 良 好 的穩(wěn)態(tài)性能，應取較大的 和 ，同時為避免系統在設定值附近出現震蕩，并考慮系統的抗干擾性能。 電阻爐溫度的模糊 PID 控制器的設計 模糊自整定 PID控制器 是一種在常規(guī) PID調節(jié)器 （ 51） 的基礎上，應用模糊理論建立參數 、 和 與偏差絕對值│ E│和偏差變化絕對值 │ EC│間的二元連續(xù)函數關系為 = （│ E│， | EC |） = （│ E│， | EC |） （ 52） = （│ E│， | EC |） 的控制器，并可根據不同的 │ E│ 和 | EC |在線自整定 、 和 。在此控制器中，模糊 自 適應 PID控制器就是要找出 PID三個參數與 E和 EC之間的模糊關系，在運行中通過不斷檢測 E和 EC，根據模糊控制原理來對這三個參數進行在線修改，以滿足不同的 E和 EC對控制參數的不同要求，從而使被控對象具有良好的動態(tài)和靜態(tài)性能。一般來說，對不同的定值控制系統，系統偏差 E和偏差變化 EC的變化情況對系統輸出的影響都是相同的。 (1)相位 I：在控制信號作用下，被控參數處于上升階段。 (2)相位Ⅱ：在這一過程中，系統輸出值已超出了給定值，偏差 E=(ry)0并且其絕對值逐漸加大；系統響應、偏差和偏差變化的過程特性表現為偏 差 E=(ry)0，偏 差 變化 EC0并且其絕對值逐漸減?。辉谙辔?Ⅱ 時， E EC0，系統輸出朝背離給定值方向變化。在相位 Ⅲ 時， E EC0，系統輸出朝給定值方向變化。 當 |E|較大 ，為了使系統響應具有較好的快速跟蹤性能，并避免因開始時的偏差的瞬間變大，可能引起微分過飽和，而使控制作用超出許可范圍，應取較大的 和較小的 ，同時為避免系統響應出現較大的超調，需對積分作用加以限制，通常取 =0。 當 |E|較小時，為了使系統具有良好的穩(wěn)態(tài)性能，應取較大的 和 ，同時為避免系統在設定值附近出現震蕩，并考慮系統的抗干擾性能。 根據上述在不同偏差 E和偏差變化 EC下參數 、 和 的模糊控制 規(guī)則表 如表 552和 53。 (2) If(E is NB)and(EC is NM)then( is PB)( is NB)( is NS) (3) If(E is NB)and(EC is NS)then( is PM)( is NM)( is NB) (4) If(E is NB)and(EC is Z)then( is PS)( is NM)( is NB) (5) If(E is NB)and(EC is PS)then( is PS)( is NS)( is NB) 陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書） 28 (6) If(E is NB)and(EC is PM)then( is Z)( is Z)( is NM) (7) If(E is NB)and(EC is PB)then( is Z)( is Z)( is PS) ??? (49) If(E is PB)and(EC is PB)then( is NB)( is PB)( is PB) 模糊自適應 PID 控制器 的仿真研究 按照上節(jié)中所設計的模糊自適應 PID控制器，在 MATLAB7． ，首先在 MATLAB的 Fuzzy Logic Toolbox中構建如下 Mamdani型模糊控制器，利用模糊邏輯工 具箱建立一個 FIS型文件，命名為 weilong1． fis，如圖 53所示 。 And操作為取小 min， or操作為取大 max，模糊蘊涵 (Implication)為取小 min，合成 (Aggregation)為取大 max，反模糊 (Defuzzification)用 的是 平均 法 bisector。 陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書） 30 圖 54 模糊 PID控制器的各個變量的隸屬函數圖 利用模糊自適應 PID控制器在 Simulink環(huán)境中建立整個控制系統仿真模型，如圖 55所示： 圖 55 電阻爐模糊自適應 PID控制仿真模型 當給定溫度值為 600℃ 時，電阻爐溫度控制系統的模糊 自 適應 PID控制仿真響應曲線如圖 5— 6所示： 基于模糊 PID 的電阻爐溫度控制器的設計與仿真研究 31 圖 56 模糊控制系統的響應曲線 在模糊 自 適應 PID控制下，在圖 56中，電阻爐溫度控制系統的性能指標為：調節(jié)時間 =600s，超調量σ％ =0，穩(wěn)態(tài)誤差 =0。 仿真比較 根據以上 設計 的三種 控制器，對其 給定溫度值為 600℃ 時 ， 仿真 響應 曲線控制效果的各種參數對比如表 54。 因此，通過本文的研究分析得出了電阻爐的 自 適應 PID控制 比 傳統 PID控制和模糊控制 的控制效果更好。 重點是 本文在 傳統 PID 控制器的基礎上，與 模糊 控制相結合，設計了模糊自整定 PID 控制器，對加熱爐的溫度進行控制。它是基于專家的控制經驗，以模糊集合理論為基礎，對一些難以確定精確數學模型的復雜控制對象進行控制，并且在實際應用中取得了良好的控制效果。具體總結如下 : (l) 對傳統 PID 控制系統，模糊控制系統和 模糊 PID 控制系統 的原理以及其參數對控制效果的影響進行了研究分析； (2)分別 設計了 傳統 PID 控制系統，模糊控制系統和 模糊 PID 控制系統， 并以電加熱爐為控制對象進行了仿真研究。自適應模糊 PID 控制器在 PID 的基礎上利用了模糊控制的優(yōu)點進一步完善了 PID控制。盡管模糊自整定 PID 控制有許多優(yōu)點，但是，由于控制對象的復雜性以及在工業(yè)控制中的重要地位， 以及時間和能力的關系，在課題過程中還存在以下不足， 還需要進一步對其完善 : (1)對常規(guī) PID 控制，在工程上有多種改進方法，如分區(qū)積分、積分分離等， PID 參數的選取更多地依靠實際試湊 。 (3)模糊控制器的設計。所以在模糊控制規(guī)則、隸屬度函數的選取、模糊推理方法的選取等方面有待更進一步的深入研究。要將理論研究更好地應用于實際，需 要更多地接觸實際與大量實驗。對模糊自適應控制的研究，本論文只是小小的一部分，還有許多問題需要進一步研究。從論文前期材料的準備、選題、撰寫到最后的定稿， 趙 老師都花費了大量的時間和精力，給予了我很 大的指導和幫助。在此，特向 趙老師 表示深深的敬意和由衷的感謝 ! 在論文寫作期間，我的好友 王麟 同學和其他許多同學都給了我很大幫助，在此一并感謝 ! 然后，還要感謝我的家人，是他們一直給予我莫大的關心的鼓勵，激勵我認真地過每一天，不斷學習，不斷進步。前面的道路還很長，我一定會在將來的學習和工作中，認真去做好自己的職責。 基于模糊 PID 的電阻爐溫度控制器的設計與仿真研究 35 參 考 文 獻 [1] 李先鋒 . 基于模糊 PID的電阻爐溫度控制系統研究 [J]. 寧夏：碩士學位論文，20xx. 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