自适应模糊PID控制器的设计与仿真 - 图文(2)

操作用模糊集表示，并把这些模糊控制规则及有关信息（如评价指标、初始PID参数等）作为知识存入计算机知识库中，然后计算机根据控制系统的实际响应情况（集专家系统的输入条件），运用模糊推理，即可自动实现对PID参数的最佳调整，这就是模糊自适应PID控制[6]。因为其采用模糊推理的方法实现PID参数kp、ki和kd的在线自整定，不仅保持了常规PID控制系统原理简单、使用方便、控制精度好等优点，而且具有更大的灵活性、整定性、控制精度更好，是目前较为先进的一种控制系统。采用MATLAB对模糊自整定PID参数控制系统进行计算机仿真可快速方便地实现多种规则和参数的准确仿真效果，极大地提高模糊自整定PID参数控制系统设计的效率和准确性。

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1.4 本文的内容与安排

本文在参数自适应模糊PID控制器的基础上，利用模糊推理的方法实现了对PID参数的在线自动整定，并且在MATLAB软件下将该控制器在某系统中的应用进行了研究。其中包括五部分：第一部分阐述了课题的背景、课题的来源和课题的研究意义，并分析了模糊PID控制系统设计的特点和任务；第二部分对国内外现状作出介绍；第三部分则简单介绍了MATLAB工具箱；第四部分给出自适应模糊PID控制器的设计的具体步骤，如PID控制器参数自整定原则，各变量隶属度函数的确定，建立模糊规则等；第五部分是模糊PID控制系统的仿真及其分析。

2国内外现状

最初的气动式PI控制器于1934－1935年间诞生于福克斯波罗和泰勒公司。1939年，泰勒仪器公司生产出第一台商用PID控制器。同年，福克斯波罗公司推出了由George.philbrick发明的PID控制器:“sbatligo30”。 20世纪30年代的PI/PD控制器是在当时工业的强烈需求推动下不断发展的，同时技术的发展还受到当时的系统化和抽象派思想所左右，工程设计人员逐步意识到测量装置的重要性。Mason与Black分别在设计气动式控制机构和电子负反馈放大器时意识到，当系统闭环后必须在反馈回路上增加信号测量装置。1948年福克斯波罗公司推出了改进型PID控制器:“Mdoel 40 Sbatiotg”.Clarridge于1950年设计出串行PID控制器“Transet Tri-act”，此后这种控制器成为了PID控制器的一种标准形式。

PID控制器诞生的随后几十年里，大约90%左右的控制元件都是气动式的。从20世纪50年代中期起，电子元件逐步取代气动式控制元件。1959年福克斯波罗公司推出了电子式PID控制器，到20世纪60年代初，绝大多数控制仪器公司均提供了数字式PID控制器。直到现在，很多控制学术机构、高校以及控制仪器公司不断开发出新的PID控制器调试软件包、硬件模块和PID控制器整定技术。

从最初的气动式PID控制器诞生到发展至目前的数字式微处理芯片PID控制模块、PID控制软件包，以及智能PID控制、专家PID控制等先进复合PID控制系统可以看出，PID控制是在社会生产需求的强烈激励下产生并不断发展的，PID控制的发展与控制学科以及与其相关的计算机技术、信息技术、生命科学等新兴学科技术的发展是密不可分的。近十年来，国际控制界对PID控制的研究热情又重新高涨起来，一些重要的国际权威控制杂志不断出版有关PID控制器设计理论和应用方面的论文。PID控制有着光明的应用前景，在未来的控制工程中仍将扮演重要角色，同时将成为各种复杂控制器的基本单元。

我们今天所熟知的PID控制器产生并发展于1915—1940年期间。尽管1940年以来，许多先进控制方

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法不断推出，但PID控制器以其结构简单，对模型误差具有鲁棒性及易于操作等优点，仍被广泛应用于冶金化工、电力、轻工和机械等工业过程控制中。据日本电气计量器工业会先进控制动向调查委员会1990年统计，在日本有91%的控制的控制回路采用的是PID控制器控制。在美国，据估计有90%以上的工业控制器采用的是PID调节器。而在我们国家现在PID功调节器的应用就更加普遍。虽然随着控制理论的发展和控制手段的更新，许多基于现代控制理论的新型控制器不断出现，但PID控制仍是最重要的控制方法。据估计：我们国家过程工业中需要约50万个PID智能的PID控制器。PID调节器的发展经历了液动式、气动式几个阶段，目前正经历由模拟控制器向着数字化、智能化控制器的方向发展阶段；这些数字化、智能化的控制器有着传统的模拟控制器无法比拟的优点，如：可以灵活的改变控制参数可以灵活的改变控制策略等。随着工业的发展，对象的复杂程度不断加深，尤其对于大滞后、时变的、非线性的复杂系统；其中有的参数未知或缓慢变化；有的带有延时或随机干扰；有的无法获得较精确的数学模型或模型非常粗糙。加之，人们对控制品质的要求日益提高，常规的PID控制的缺陷逐渐暴露出来。对于时变对象和非线性系统，传统的PID控制更是显得无能为力。因此常规PID控制的应用受到很大限制和挑战，人们在对PID应用的同时，也对其进行了各种改进 …… 此处隐藏：445字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……