模糊PID控制器的設(shè)計(jì)與仿真——設(shè)計(jì)步驟修改

1、模3PID控制器的設(shè)計(jì)與仿真設(shè)計(jì)模糊PID控制器時(shí)，首先要將精確量轉(zhuǎn)換為模糊量，并且要把轉(zhuǎn)換后的模糊量映射到模糊控制論域當(dāng)中，這個(gè)過(guò)程就是精確量模糊化的過(guò)程。模糊化的主要功能就是將輸入量精確值轉(zhuǎn)換成為一個(gè)模糊變量的值，最終形成一個(gè)模糊集合。本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)的精確量包括以下變量：變化量e,變化量的變化速率ec還有參數(shù)整定過(guò)程中的輸出量AKp,AK,AK,在設(shè)計(jì)模糊PID的過(guò)程中，需要將這些精確量轉(zhuǎn)換成為模糊論域上的模糊值。本系統(tǒng)的誤差與誤差變化率的模糊論域與基本論域?yàn)椋篍=-6,-4,-2,0,2,4,6;Ec=-6,-4,-2,0,2,4,6。模糊PID控制器的設(shè)計(jì)選用二維模糊控制器。以給定值的偏

2、差e和偏差變化ec為輸入；AKp,AKd,AK為輸出的自適應(yīng)模糊PID控制器，見(jiàn)圖1。圖1模*®PID控制器(1)模糊變量選取輸入變量E和EC的模糊化將一定范圍(基本論域)的輸入變量映射到離散區(qū)問(wèn)(論域)需要先驗(yàn)知識(shí)來(lái)確定輸入變量的范圍。就本系統(tǒng)而言，設(shè)置語(yǔ)言變量取七個(gè)，分另1J為NB,NMNSZQPS,PMPR(2)語(yǔ)言變量及隸屬函數(shù)根據(jù)控制要求，對(duì)各個(gè)輸入，輸出變量作如下劃定：e,ec論域：-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6A府，AKd,AK論域：-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6應(yīng)用模糊合成推理PID參數(shù)的整定算法。第k個(gè)

3、采樣時(shí)間的整定為Kp(k)=Kp。Kp(k),L(k)=Ki0K(k),G(k)=Kd°：Kd(。式中Kp0,KI0,Kd0為經(jīng)典PID控制器的初始參數(shù)設(shè)置輸入變量隸屬度函數(shù)如圖2所示，輸出變量隸屬度函數(shù)如圖3所示圖2輸入變量隸屬度函圖3輸出變量隸屬度函(3)編輯模糊規(guī)則庫(kù)根據(jù)以上各輸出參數(shù)的模本瞅&則表，可以歸納出49條控制邏輯規(guī)則，具體的控制規(guī)則如下所示：1. If(eisNB)and(ecisNB)then(kpisNB)(kiisPB)(kdisNS)(1)2. If(eisNB)and(ecisNM)then(kpisNB)(kiisPB)(kdisPS)(1)3.

4、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)(kiisZO)(kdisNS)(1)8.If(eisNM)and(ecisNB)then(kpisNB)(ki

5、isPB)(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(ecisPM)then(kpisZO)(kiisZO)(kdisPS)(1)14.If(eisNM)and

6、(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)(kdisPM)(1)19.If(eisNS)and(ecisPS)then(kpisZO)(kiisZO)(k

7、disPS)(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(ecisNS)then(kpisNS)(kiisPS)(kdisPS)(1)25.If(eisZO)and(ecisZ

8、O)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)(1)30.If(eisPS)and(ecisNM)then(kpisNS)(kiisPS)(kdisZO)

9、(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(kpisPM)(kiisNB)(kdisZO)(1)36. If(eisPM)and(ecisNB)the

10、n(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.If(eisPM)and(ecisPM)then(kpisPM)(kiisNB)(kdisNS)(1

11、)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(kpisPM)(kiisNM)(kdisNM)(1)47.If(eisPB)and(ecisPS)then(k

12、pisPM)(kiisNM)(kdisNS)(1)48.If(eisPB)and(ecisPM)then(kpisPB)(kiisNB)(kdisNS)(1)49.If(eisPB)and(ecisPB)then(kpisPB)(kiisNB)(kdisNB)(1)把這49條控制邏輯規(guī)則，鍵入到模糊規(guī)則庫(kù)中，如圖4。(5)模糊PID控制器仿真利用MATLA歆件中的Simulink仿真環(huán)境，可以對(duì)模糊PID控制器系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真實(shí)驗(yàn)，來(lái)檢驗(yàn)設(shè)計(jì)是否達(dá)到要求。針對(duì)本次控制器設(shè)計(jì)，我們?cè)O(shè)置被控對(duì)象為-10-,根據(jù)被控對(duì)象，設(shè)置相應(yīng)的PID參數(shù)(s+1)(s+2)(s+3)(s+4)'為：Kp

13、=6;Ki=3;Kd=20圖5為控制器系統(tǒng)在Simulink中的仿真模型。為了方便與傳統(tǒng)PID控制器進(jìn)行比較，在Simulink仿真環(huán)境中作出傳統(tǒng)PID控制以便于對(duì)模糊PID進(jìn)行比較。在傳統(tǒng)PID控制器中設(shè)置相應(yīng)的PID參數(shù)為：Kp=6;Ki=3;Kd=20圖6是傳統(tǒng)PID與模糊PID控制器在Simulink中的階躍仿真波形比較。圖5傳統(tǒng)PID與模糊PID控制器在Simulink中的仿真模型AScope呂卓川弋4目然跖00叵目圖6傳統(tǒng)PID與模糊PID控制器在Simulink中的階躍仿真波形比較圖6中，黃色線為輸入的階躍信號(hào)，紫色為輸出的傳統(tǒng)PID控制信號(hào)，青色為輸出的模糊PID控制信號(hào)，通過(guò)圖1-7中傳統(tǒng)PID控制方式與模糊PID控制控制曲線的對(duì)比結(jié)果可以看出，模糊控制的控制性能要明顯好于傳統(tǒng)的PID控制效果。我們把輸入信號(hào)變?yōu)檎倚盘?hào)再一次進(jìn)行傳統(tǒng)PID與模糊PID控制器的對(duì)比。把圖5的輸入階躍信號(hào)改為輸入正弦信號(hào)即可進(jìn)行正弦信號(hào)的跟蹤。圖7是傳統(tǒng)P