模糊PID控制器的设计及仿真

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1、模糊PID控制器的设计与仿真设计模糊PID控制器时，首先要将准确量转换为模糊量，并且要把转换后的模糊量映射到模糊控制论域当中，这个过程就是准确量模糊化的过程。模糊化的主要功能就是将输入量准确值转换成为一个模糊变量的值，最终形成一个模糊集合。本次设计系统的准确量包括以下变量：变化量e，变化量的变化速率ec还有参数整定过程中的输出量Kp，AKd，AKi，在设计模糊PID的过程中，需要将这些准确量转换成为模糊论域上的模糊值。本系统的误差与误差变化率的模糊论域与根本论域为：E=-6,-4,-2,0,2,4,6;Ec=-6,-4,-2,0,2,4,6模糊PID控制器的设计选用二维模糊控制器。以给定值的偏

2、差e和偏差变化ec为输入；Kp，AKd，AKi为输出的自适应模糊PID控制器，见图1。图1模糊PID控制器1模糊变量选取输入变量E和EC的模糊化将一定围（根本论域）的输入变量映射到离散区间（论域）需要先验知识来确定输入变量的围。就本系统而言，设置语言变量取七个,分别为NB，NM，NS,ZO，PS,PM，PB。（2）语言变量及隶属函数根据控制要求，对各个输入，输出变量作如下划定：e,ec论域：-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6AKp,AKd,AKi论域：-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6应用模糊合成推理PID参数的整定算法。第k个采样时间的

3、整定为Kp(k)KpoKp(k),K|(k)KioK,k),a(k)KdoK(k).式中Kpo,K|o,Kdo为经典PID控制器的初始参数。设置输入变量隶属度函数如图2所示，输出变量隶属度函数如图3所示。雇MembershipFunctionEditor:fuzzylnFileEdit谄凶”图2输入变量隶属度函FISVrirLtlMi图3输出变量隶属度函(3)编辑模糊规那么库根据以上各输出参数的模糊规那么表，可以归纳出49条控制逻辑规那么,具体的控制规那么如下所示：1. If(eisNB)and(ecisNB)then(kpisNB)(kiisPB)(kdisNS)(1)2. If(eisNB

4、)and(ecisNM)then(kpisNB)(kiisPB)(kdisPS)(1)3. If(eisNB)and(ecisNS)then(kpisNM)(kiisPM)(kdisPB)(1)4. If(eisNB)and(ecisZO)then(kpisNM)(kiisPM)(kdisPB)(1)5. If(eisNB)and(ecisPS)then(kpisNS)(kiisPS)(kdisPB)(1)6. If(eisNB)and(ecisPM)then(kpisZO)(kiisZO)(kdisPM)(1)7. If(eisNB)and(ecisPB)then(kpisZO)(kiisZ

5、O)(kdisNS)(1)8. If(eisNM)and(ecisNB)then(kpisNB)(kiisPB)(kdisNS)(1)9. If(eisNM)and(ecisNM)then(kpisNB)(kiisPB)(kdisPS)(1)10. If(eisNM)and(ecisNS)then(kpisNM)(kiisPM)(kdisPB)(1)11. If(eisNM)and(ecisZO)then(kpisNS)(kiisPS)(kdisPM)(1)12.If(eisNM)and(ecisPS)then(kpisNS)(kiisPS)(kdisPM)(1)13.If(eisNM)and

6、(ecisPM)then(kpisZO)(kiisZO)(kdisPS)(1)14.If(eisNM)and(ecisPB)then(kpisPS)(kiisZO)(kdisZO)(1)15.If(eisNS)and(ecisNB)then(kpisNM)(kiisPB)(kdisZO)(1)16.If(eisNS)and(ecisNM)then(kpisNM)(kiisPM)(kdisPS)(1)17.If(eisNS)and(ecisNS)then(kpisNM)(kiisPS)(kdisPM)(1)18.If(eisNS)and(ecisZO)then(kpisNS)(kiisPS)(k

7、disPM)(1)19.If(eisNS)and(ecisPS)then(kpisZO)(kiisZO)(kdisPS)(1)20.If(eisNS)and(ecisPM)then(kpisPS)(kiisNS)(kdisPS)(1)21.If(eisNS)and(ecisPB)then(kpisPS)(kiisNS)(kdisZO)(1)22.If(eisZO)and(ecisNB)then(kpisNM)(kiisPM)(kdisZO)(1)23.If(eisZO)and(ecisNM)then(kpisNM)(kiisPM)(kdisPS)(1)24.If(eisZO)and(ecisN

8、S)then(kpisNS)(kiisPS)(kdisPS)(1)25.If(eisZO)and(ecisZO)then(kpisZO)(kiisZO)(kdisPS)(1)26.If(eisZO)and(ecisPS)then(kpisPS)(kiisNS)(kdisPS)(1)27.If(eisZO)and(ecisPM)then(kpisPM)(kiisNM)(kdisPS)(1)28.If(eisZO)and(ecisPB)then(kpisPM)(kiisNM)(kdisZO)(1)29.If(eisPS)and(ecisNB)then(kpisNS)(kiisPM)(kdisZO)

9、(1)30.If(eisPS)and(ecisNM)then(kpisNS)(kiisPS)(kdisZO)(1)31.If(eisPS)and(ecisNS)then(kpisZO)(kiisZO)(kdisZO)(1)32.If(eisPS)and(ecisZO)then(kpisPS)(kiisNS)(kdisZO)(1)33.If(eisPS)and(ecisPS)then(kpisPS)(kiisNS)(kdisZO)(1)34.If(eisPS)and(ecisPM)then(kpisPM)(kiisNM)(kdisZO)(1)35.If(eisPS)and(ecisPB)then

10、(kpisPM)(kiisNB)(kdisZO)(1)36.If(eisPM)and(ecisNB)then(kpisNS)(kiisZO)(kdisNB)(1)37.If(eisPM)and(ecisNM)then(kpisZO)(kiisZO)(kdisPS)(1)38.If(eisPM)and(ecisNS)then(kpisPS)(kiisNS)(kdisNS)(1)39.If(eisPM)and(ecisZO)then(kpisPM)(kiisNS)(kdisNS)(1)40.If(eisPM)and(ecisPS)then(kpisPM)(kiisNM)(kdisNS)(1)41.

11、 If(eisPM)and(ecisPM)then(kpisPM)(kiisNB)(kdisNS)(1)42. If(eisPM)and(ecisPB)then(kpisPB)(kiisNB)(kdisNB)(1)43. If(eisPB)and(ecisNB)then(kpisZO)(kiisZO)(kdisNB)(1)44. If(eisPB)and(ecisNM)then(kpisZO)(kiisZO)(kdisNM)(1)45. If(eisPB)and(ecisNS)then(kpisPM)(kiisNS)(kdisNM)(1)46. If(eisPB)and(ecisZO)then

12、(kpisPM)(kiisNM)(kdisNM)(1)47. If(eisPB)and(ecisPS)then(kpisPM)(kiisNM)(kdisNS)(1)48. If(eisPB)and(ecisPM)then(kpisPB)(kiisNB)(kdisNS)(1)49. If(eisPB)and(ecisPB)then(kpisPB)(kiisNB)(kdisNB)(1)把这49条控制逻辑规那么，键入到模糊规那么库中，如图4RuleEditorfuzzylIFr.lJlris卜胡PH|rnnp1and曲Then即iSandkjasandkdisInmaNMaInm事LqpIzoPMP

13、MPM1-fjyNB|NSUSmeP3PSPSPBpd一PB|nor|hwbvriM左二nor一no吶AStJiwfazry!卜I劃pIikeEditViewOptions图4模糊规那么库5模糊PID控制器仿真利用MATLAB软件中的Simulink仿真环境，可以对模糊PID控制器系统进展模拟仿真实验，来检验设计是否到达要求。针对本次控制器设计，我们设置被10控对象为一，根据被控对象，设置相应的PID参(s1)(s2)(s3)(s4)数为：Kp=6;Ki=3;Kd=2。图5为控制器系统在Simulink中的仿真模型。为了方便与传统PID控制器进展比拟，在Simulink仿真环境中作出传统PID

14、控制以便于对模糊PID进展比拟。在传统PID控制器中设置相应的PID参数为:心=6;心=3;Kd=2。图6是传统PID与模糊PID控制器在Simulink中的阶跃仿真波形比拟。图5传统PID与模糊PID控制器在Simulink中的仿真模型图6传统PID与模糊PID控制器在Simulink中的阶跃仿真波形比拟图6传统PID与模糊PID控制器在Simulink中的阶跃仿真波形比拟2%坯目EScope-9iraLb1rJIrI、fIf1J1U.SN1rL11i1uTine246B11D1图6中，黄色线为输入的阶跃信号，紫色为输出的传统PID控制信号，青色为输出的模糊PID控制信号，通过图1-7中传统

15、PID控制方式与模糊PID控制控制曲线的比照结果可以看出，模糊控制的控制性能要明显好于传统的PID控制效果。我们把输入信号变为正弦信号再一次进展传统PID与模糊PID控制器的比照。把图5的输入阶跃信号改为输入正弦信号即可进展正弦信号的跟踪。图7是传统PID与模糊PID控制器在Simulink中的正弦仿真波形比拟。Timigffg咸0图7传统PID与模糊PID控制器在Simulink中的正弦仿真波形比拟图7中，黄色线为输入的正弦信号，紫色为输出的传统PID控制信号，青色为输出的模糊PID控制信号，通过图7中传统PID控制方式与模糊PID控制控制曲线的比照结果可以看出，依旧是模糊控制的控制性能要明

16、显好于传统的PID控制效果。1If沖EN可an也识ci吕H日then阿凶i刍PEij(kdi与RSQ(1212*456*89*13isNE3)aid江&HUthen(ksmiisb；kdi&hIS)I1J8tf(eiiNM)ind(ecisNS)then祈isNB)0tiisPS)(MksNS)(1)9If*iiNMfandikiaTh*th*n(kpifEj*ilPD|(icdisPS)fliW.ifNM)and(kiiMS*thn(kpiNMXkiiiPM)4kdif11.威*isNM)and(kisZOj(kpi$NS)0dPS0disPM)1?ff(EisNMJand柱isPS|then(kpisFJSXkii3isPM)(1)13rf(enhVland(ecisF*Uthen(kpisEgkis2D)|kdisPS|(1|-itiidrdItMidFkljthen,ki&USikimJitZU；_!；