雙容水箱液位控制系統(tǒng)

雙容水箱液位控制系統(tǒng)郭晨雨04123096914282178qq.目錄摘要2一.PID控制原理、優(yōu)越性，對系統(tǒng)性能的改善5二．被控對象的分析與建模7三,PID參數(shù)整定方法概述9PID控制器中比例、積分和微分項對系統(tǒng)性能影響分析9比例作用9積分作用10微分作用11PID參數(shù)的整定方法13臨界比例度法15PID參數(shù)的確定18四．控制結(jié)構(gòu)19利用根軌跡校正系統(tǒng)194.2利用伯德圖校正系統(tǒng)234.3調(diào)整系統(tǒng)控制量的模糊PID控制方法254.3.1模糊控制部分264.3.2PID控制部分30五．控制器的設(shè)計30六.仿真結(jié)果與分析32七.結(jié)束語34參考文獻(xiàn)35摘要：針對雙容水箱大滯后系統(tǒng)，采用PID方法去控制。首先對PID控制中各參數(shù)的作用進(jìn)行分析，采用根軌跡校正、伯德圖校正的方法，對系統(tǒng)進(jìn)行校正。最后采用調(diào)整系統(tǒng)控制量的模糊PID控制的方法，對該二階系統(tǒng)進(jìn)行控制。同時，在MATLAB下，利用Fuzzy工具箱和Simulink仿真工具，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、反應(yīng)速度等各指標(biāo)進(jìn)行分析。關(guān)鍵字：雙容水箱，大滯后系統(tǒng)，模糊控制，PID,二階系統(tǒng),MATLAB,SimulinkAbstract：ForTwo-capacitywatertankbiglagsystem，usingPIDtocontrolthissystem.First,toanalyzetheeffectofeachparameterofPID.Andtheroot-locustechniqueandbodediagramisadoptedtodesignthecorrectingUnit.Then,fuzzyPIDcontrolmethodwasusedtoadjustthissecond-ordersystem.AndasimulationmodelofthissystemisbuiltwithMATLABFuzzyandSIMULINK,withitanalyzingthesystemstability,reactionvelocityandotherindexs.Keywords:two-capacitywatertank,biglagsystem,fuzzycontrol,PID,second-ordersystem一.PID控制原理、優(yōu)越性，對系統(tǒng)性能的改善當(dāng)今的自動控制技術(shù)絕大多數(shù)部分是基于反饋。反饋理論包括三個基本要素：測量、比較和執(zhí)行。測量關(guān)心的是變量，并與期望值相比較，以此偏差來糾正和調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的響應(yīng)。反饋理論及其在自動控制的應(yīng)用的關(guān)鍵是：作出正確的測量與比較后，如何將偏差用于系統(tǒng)的糾正和調(diào)節(jié)。在過去的幾十年里，PID控制，即比例-積分-微分控制在工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。雖然各種先進(jìn)控制方法不斷涌現(xiàn)，但PID控制器由于結(jié)構(gòu)簡單，在實(shí)際應(yīng)用中較易于整定，且具有不需精確的系統(tǒng)模型等優(yōu)勢，因而在工業(yè)過程控制中仍有著非常廣泛的應(yīng)用。而且許多高級的控制技術(shù)也都是以PID控制為基礎(chǔ)的。下面是典型的PID控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖:圖1-1其中PID控制器由比例單元（P）、積分單元（1）和微分單元（口）組成。（1）比例”）調(diào)節(jié)作用是按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但是過大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。（2）積分（1）調(diào)節(jié)作用是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無差度。因?yàn)橛姓`差，積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行，直至無差，積分調(diào)節(jié)停止，積分調(diào)節(jié)輸出一常值。積分作用的強(qiáng)弱取決與積分時間常數(shù)Ti,Ti越小，積分作用就越強(qiáng)。反之Ti大則積分作用弱，加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動態(tài)響應(yīng)變慢。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。（3）微分（口）調(diào)節(jié)作用微分作用反映系統(tǒng)偏差信號的變化率，具有預(yù)見性，能預(yù)見偏差變化的趨勢，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此，可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。在微分時間選擇合適情況下，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時間。微分作用對噪聲干擾有放大作用，因此過強(qiáng)的加微分調(diào)節(jié)，對系統(tǒng)抗干擾不利。此外，微分反應(yīng)的是變化率，而當(dāng)輸入沒有變化時，微分作用輸出為零。微分作用不能單獨(dú)使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，組成PD或PID控制器。二.被控對象的分析與建模該系統(tǒng)控制的是有純延遲環(huán)節(jié)的二階雙容水箱，示意圖如下:圖2-1RR為閥門1、2的阻力,12RR為閥門1、2的阻力,12則根據(jù)物料平衡對水箱1A Ah稱為液阻或流阻，經(jīng)線性化處理，有：Aq=R2有:Aq-Aq=Adhi2idtA AhAq= i2R2拉式變換得：

AQ(S)-AQ(S)=ASAH(S)11AH(S)

1 R2對水箱2：AqAq-Aq23dAh=A22dtAhTOC\o"1-5"\h\zAq— 23R3拉式變換得：AQ(S)-AQ(S)—ASAH(S)2 3 22ASAH(S)AQ(S)― 2 3 R2W(SW(S)—0AH(S)

2

AQ(S)

1RK 3 ― (ARS+1)(ARS+1) (TS+1)(TS+1)12 23 1 2其中T―AR為水箱1的時間常數(shù)，T=AR水箱2的時間常數(shù)，K1 12 2 23為雙容對象的放大系數(shù)。若系統(tǒng)還具有純延遲，則傳遞函數(shù)的表達(dá)式為：AQ(S)~(TS+1)(TS+1)其中T0延遲時間常數(shù)。在參考各種資料和數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，可設(shè)定該雙容水箱的傳遞函數(shù)為：e—5s100y2+20s+1三.PID參數(shù)整定方法概述PID控制器中比例、積分和微分項對系統(tǒng)性能影響分析在MATLAB中建立對象的傳遞函數(shù)模型G0(S)=100s2+20s+1e—5"在命令行中輸入：sys=tf(2,[100201],'inputdelay',5);sysx=pade(sys,1);比例作用分析在不同比例系數(shù)下，系統(tǒng)的階躍響應(yīng)圖，輸入命令：P=[0.10.51510];figure,holdonfori=1:length(P)

G=feedback(P(i)*sys,1);step(G)end得到圖形如下：StepRu即口rau圖3-1圖中分別繪出了K為0.1,0.5,1,5,10時的階躍響應(yīng)圖，可知當(dāng)K一大時系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差不斷減小，響應(yīng)時間加快，并出現(xiàn)振蕩。積分作用分析在不同積分常數(shù)下，系統(tǒng)的階躍響應(yīng)圖，輸入命令：Ti=[3:0.5:5];t=0:2:100;figure,holdonKp=1;fori=1:length(Ti)Gc=tf(Kp*[1,1/Ti(i)],[1,0]);G=feedback(Gc*sys,1);step(G,t)end得圖形如下：圖3-2由圖可知，積分作用雖可消除誤差，但加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降,途中甚至可出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，同時動態(tài)響應(yīng)變慢，調(diào)節(jié)時間變大。微分作用分析在不同微分時間常數(shù)下，系統(tǒng)的階躍響應(yīng)圖，輸入命令：Td=[1:4:20];t=0:1:100;figure,holdonfori=1:length(Td)Gc=tf([5*Td(i),5,1],[5,0]);G=feedback(sys*Gc,1);step(G,t)end得圖形如下：卿蜘匕限圖3-3圖中繪出了Td為1逐漸增大至20時的系統(tǒng)階躍響應(yīng)變化趨勢，可知微分時間常數(shù)增加時，系統(tǒng)上升時間增加了，但是調(diào)節(jié)時間減少，更重要的是由于帶有預(yù)測作用，慣性系統(tǒng)的超調(diào)量大大減小了。PID參數(shù)的整定方法采用PID控制器時，最關(guān)鍵的問題就是確定PID控制器中比例度PB、積分時間1》和微分時間Td。一般可以通過理論計算來確定這些參數(shù)，但往往有誤差，不能達(dá)到理想的控制效果。因此，目前，應(yīng)用最多的有工程整定法：如經(jīng)驗(yàn)法、衰減曲線法、臨界比例度法和反應(yīng)曲線法，各種方法的大體過程如下：(1)經(jīng)驗(yàn)法又叫現(xiàn)場湊試法聊先確定一個調(diào)節(jié)器的參數(shù)值PB和Ti,通過改變給定值對控制系統(tǒng)施加一個擾動，現(xiàn)場觀察判斷控制曲線形狀。若曲線不夠理想，可改變PB或Ti,再畫控制過程曲線，經(jīng)反復(fù)湊試直到控制系統(tǒng)符合動態(tài)過程品質(zhì)要求為止，這時的PB和Ti就是最佳值。如果調(diào)節(jié)器是PID三作用式，那么要在整定好的PB和Ti的基礎(chǔ)上加進(jìn)微分作用。由于微分作用有抵制偏差變化的能力，所以確定一個Td值后，可把整定好的PB和Ti值減小一點(diǎn)再進(jìn)行現(xiàn)場湊試，直到PB、Ti和Td取得最佳值為止。顯然用經(jīng)驗(yàn)法整定的參數(shù)是準(zhǔn)確的。但花時間較多。為縮短整定時間，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①根據(jù)控制對象特性確定好初始的參數(shù)值PB、Ti和Td?？蓞⒄赵趯?shí)際運(yùn)行中的同類控制系統(tǒng)的參數(shù)值，或參照表3-4-1所給的參數(shù)值，使確定的初始參數(shù)盡量接近整定的理想值。這樣可大大減少現(xiàn)場湊試的次數(shù)。②在湊試過程中，若發(fā)現(xiàn)被控量變化緩慢，不能盡快達(dá)到穩(wěn)定值，這是由于PB過大或Ti過長引起的，但兩者是有區(qū)別的：PB過大，曲線漂浮較大，變化不規(guī)則，Ti過長，曲線帶有振蕩分量，接近給定值很緩慢。這樣可根據(jù)曲線形狀來改變PB或Tio③PB過小，Ti過短，Td太長都會導(dǎo)致振蕩衰減得慢，甚至不衰減，其區(qū)別是PB過小，振蕩周期較短；不過短，振蕩周期較長；Td太長，振蕩周期最短。④如果在整定過程中出現(xiàn)等幅振蕩，并且通過改變調(diào)節(jié)器參數(shù)而不能消除這一現(xiàn)象時，可能是閥門定位器調(diào)校不準(zhǔn)，調(diào)節(jié)閥傳動部分有間隙（或調(diào)節(jié)閥尺寸過大）或控制對象受到等幅波動的干擾等，都會使被控量出現(xiàn)等幅振蕩。這時就不能只注意調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定，而是要檢查與調(diào)校其它儀表和環(huán)節(jié)。（2）衰減曲線法該方法是以4：1衰減作為整定要求的，先切除調(diào)節(jié)器的積分和微分作用，用湊試法整定純比例控制作用的比例度PB（比同時湊試二個或三個參數(shù)要簡單得多），使之符合4：1衰減比例的要求，記下此時的比例度PBs和振蕩周期Ts。如果加進(jìn)積分和微分作用，可按相應(yīng)的表格給出經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計算。若按這種方式整定的參數(shù)作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。對有些控制對象，控制過程進(jìn)行較快，難以從記錄曲線上找出衰減比。這時，只要被控量波動2次就能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，可近似認(rèn)為是4：1的衰減過程，其波動一次時間為Ts。（3）臨界比例度法用臨界比例度法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)時，先要切除積分和微分作用，讓控制系統(tǒng)

以較大的比例度，在純比例控制作用下運(yùn)行，然后逐漸減小PB,每減小一次都要認(rèn)真觀察過程曲線，直到達(dá)到等幅振蕩時，記下此時的比例度PB/稱為臨界比例度）和波動周期丁口然后按對應(yīng)的表給出的經(jīng)驗(yàn)公式求出調(diào)節(jié)器的參數(shù)值。按該表算出參數(shù)值后，要把比例度放在比計算值稍大一點(diǎn)的值上，把Ti和Td放在計算值上，進(jìn)行現(xiàn)場觀察，如果比例度可以減小，再將PB放在計算值上。這種方法簡單，應(yīng)用比較廣泛。但對PBk很小的控制系統(tǒng)不適用。（4）反應(yīng)曲線法前三種整定調(diào)節(jié)器參數(shù)的方法，都是在預(yù)先不知道控制對象特性的情況下進(jìn)行的。如果知道控制對象的特性參數(shù)，即時間常數(shù)1、時間遲延g和放大系數(shù)十則可按經(jīng)驗(yàn)公式計算出調(diào)節(jié)器的參數(shù)。利用這種方法整定的結(jié)果可達(dá)到衰減率9=0.75的要求。臨界比例度法在本設(shè)計中，我們組采用了臨界比例度法來進(jìn)行PID參數(shù)的整定，下面是用臨界比例度法整定PID參數(shù)的過程在5伊山由卜中設(shè)計簡單的PID控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：圖3-4采用臨界比例度法整定PID參數(shù)，先切除積分和微分作用，讓控制系統(tǒng)以較大的比例度，在純比例控制作用下運(yùn)行，然后逐漸減小PB,直到達(dá)到等幅振蕩時，記下此時的比例系數(shù)約為2.45（稱為臨界比例度）和波動周期丁卜5為32s，如下圖：圖3-5然后按對應(yīng)的表給出的經(jīng)驗(yàn)公式求出調(diào)節(jié)器的參數(shù)值。僅加入比例環(huán)節(jié)時，設(shè)P為1.225,系統(tǒng)階躍響應(yīng)圖如下：圖3-6

由圖知系統(tǒng)超調(diào)量較小，調(diào)節(jié)時間為1205左右，但是存在較大的穩(wěn)態(tài)誤差為0.3左右，由前面分析欲減小穩(wěn)態(tài)誤差需加入積分環(huán)節(jié)，設(shè)P為1.1,Ti為0.0375,此時系統(tǒng)階躍響應(yīng)圖如下：圖3-7由圖知加入積分環(huán)節(jié)后系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差大大減小，也驗(yàn)證了其消除誤差的作用，但是調(diào)節(jié)時間加長到約為1405,同時超調(diào)量加大近38%,使用PID控制器:圖3-8系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差基本為零，調(diào)節(jié)時間略有減小，但是超調(diào)量接近50%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到系統(tǒng)動態(tài)性能的要求。減小比例系數(shù)后發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)超調(diào)量逐漸下降，但是響應(yīng)速度逐漸減慢，調(diào)節(jié)時間增加，于是增大微分時間常數(shù)以加快響應(yīng)速度，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法逐步調(diào)整各參數(shù)，得基本滿足系統(tǒng)動態(tài)性能的圖形如下：圖3-9此時系統(tǒng)各項指標(biāo)基本令人滿意，只是調(diào)節(jié)時間稍長，為80s左右。采用臨界比例度法得到的PID參數(shù)為：Kp=1.47Ki=0.0625Kd=4PID參數(shù)的確定該控制器采用的是臨界比例系數(shù)法對PID參數(shù)進(jìn)行初步整定，然后根據(jù)控制的效果，對PID參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。最后確定的PID參數(shù)為：Kp=0.465Ki=0.06Kd=5.2四．控制結(jié)構(gòu)2在這次設(shè)計中，我們首先對系統(tǒng)的傳遞函數(shù)GSS)=10也+20k+11es進(jìn)行根軌跡校正和波的圖校正，然后采用調(diào)整系統(tǒng)控制量的模糊控制PID控制方法，對系統(tǒng)的控制器進(jìn)行分析。4.1利用根軌跡校正系統(tǒng)校正前開環(huán)系統(tǒng)根軌跡如下：RndLKIE? Q -T RmAXd- - 1 2圖4-1設(shè)定系統(tǒng)校正指標(biāo)要求為：穩(wěn)態(tài)誤差<0.05,超調(diào)量o<15%,pt<20s(A),則校正過程如下：sMATLAB中輸入如下命令：>>KK=20;bp=0.15;ts=20;delta=0.02;>>ng0=[2];dg0=[100,20,1];g0=tf(KK*ng0,dg0); ;建立傳遞函數(shù)模型s=bpts2s(bp,ts,delta)s=-0.2034+0.3368i ；期望的閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)>>[ngc,dgc]=rg」ead(KK*ng0,dg0,s);；根軌跡法求帶慣性的PD控制器gc=tf(ngc,dgc)Transferfunction:2.014s+0.5583s+0.5583；校正環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)>>g0c=tf(g0*gc);b1=feedback(sys,1);b2=feedback(g0c,1);step(b1,'r--',b2,'b');gridon；單位負(fù)反饋；校正前后系統(tǒng)的階躍響應(yīng)SleoR-mcdhwSysifmb2Tims「mck3.S1ArrpELbd&.1.42% EystembS—"工L—51-SHItidOTmel&HCi：15.iSTinwiwcl圖4-2驗(yàn)算時域性能指標(biāo)：[pos,tr,ts,tp]=stepchar(b2,delta)pos=46.1787，tr=2.4720，ts=15.5381，tp=3.5314從驗(yàn)算結(jié)果來看，穩(wěn)態(tài)誤差及調(diào)節(jié)時間達(dá)到設(shè)計要求，但超調(diào)量太大遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求，需要調(diào)整閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)的位置。查看此時預(yù)設(shè)的主導(dǎo)極點(diǎn)的阻尼比和無阻尼自然頻率：>>[kosi,wn]=s2kw(s)kosi=0.9477，wn=0.2146再提高阻尼比及自然頻率的值分別為0.99，0.99得閉環(huán)極點(diǎn)：>>s=kw2s(0.99,0.99)s=-0.9801+0.1397i再運(yùn)行PD控制器設(shè)計得：Transferfunction:6.838s+2.589s+2.589階躍響應(yīng)圖如下：我_n=m4Systemb2PeakBmphuds:1.12Overahoat(%):15Attiite2.75StepRwp-D-nw0 10 20 30Tinis(s&c)圖4-3驗(yàn)算各性能指標(biāo)：>>[pos,tr,ts,tp]=stepchar(b2,delta)pos=14.3869,tr=1.9006,ts=6.1242,tp=2.7453完全滿足設(shè)計性能指標(biāo)要求。利用伯德圖校正系統(tǒng)校正指標(biāo)要求：K>40，丫=60。，3=5rad/s，幅值裕度>15dB。V cKK=20;Pm=60;wc=5;ng0=KK*[2];dg0=[100,20,1];g0=tf(ng0,dg0);

w=logspace(-1⑶；[ngc,dgc]=fg」ead_pm_wc(ng0,dg0,Pm,wc,w);gc=tf(ngc,dgc);g0c=tf(g0*gc);b1=feedback(sys,1);b2=feedback(g0c,1);step(b1,'r—',b2,'b');gridonfigure,bode(sys,'r--',g0c,'b',w),gridon校正前后伯德圖如下：10Syste-mgOuFrMuencY(r3di'i5-*c):1.3Ma口聞日＞：dB：l；G.Z73Frequercyi代泌sc：圖4-4得校正前后階躍響應(yīng)如下：St中口則沖13圖4-5調(diào)節(jié)時間明顯減小，響應(yīng)速度加快。驗(yàn)算各性能指標(biāo)如下：[gm,pm,wcg,wcp]=margin(g0c)得截止頻率為1.33,離設(shè)計相差較大，相角裕度為73度也偏大，效果不是太理想，還需加入二級控制裝置。調(diào)整系統(tǒng)控制量的模糊PID控制方法該控制方法采用的是模糊控制和PID控制相結(jié)合，這類控制器的特點(diǎn)是在大偏差X圍內(nèi)利用模糊推理的仿佛調(diào)整系統(tǒng)的控制量U,而在偏差X圍內(nèi)轉(zhuǎn)換成PID控制，二者的轉(zhuǎn)換根據(jù)事先給定的偏差X圍自動實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)框圖如下：Fuzzy控制器 Iel<le0l?1,e 一.可修編.圖4-6當(dāng)S川日前的輸入誤差值的絕對值N0.5時，采用模糊控制；當(dāng)5川日前的輸入誤差值絕對值＜0.5時，采用PID控制。模糊控制部分1.控制器設(shè)計(1)模糊集及論域定義對誤差E、誤差變化EC及控制量U的模糊集及論域定義如下：E、EC和U的模糊集均為{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}E和EC論域均為{-3,-2,-1,0,1,2,3}U的論域?yàn)閧-4.5,-3,-1.5,0,1,5,3,4.5}￡的隸屬函數(shù)圖形如下圖圖4-7EC的隸屬函數(shù)圖形如下圖圖4-8U的隸屬函數(shù)圖形如下圖圖4-9(2)模糊控制規(guī)則模糊控制規(guī)則如下表表4-1NBPSPSPSPSPMPBPBNMNSPSPSPSPMPMPBNSNMNSOOPSPMPMONBNMNSOPSPMPMPSNBNMNSOOPSPMPMNBNBNMNSNSPSPSPBNBNBNMNSNSNSNS（3）模糊變量的賦值表模糊變量￡的賦值分別如表4-2E3 --2-10123N10.500.50000B,01.00.51.00.50NM0000.500000NS0001.00.51.000O0000.50.50.51.00PS00000.50PM000PB01.0模糊變量EC的賦值分別如

表4-3E3--2-10123N10.500.50000B,01.00.51.00.50NM0000.500000NS0001.00.51.000O0000.50.50.51.00PS00000.50PM000PB01.0模糊變量U的賦值分別如表4-4-4-3-1.50134E.5.5.5N1.0.500.50000B01.00.51.00.50000NM0000.50.51.0000NS0001.00.500O0000.500.51.00PS0000.50PMPB0001.0得到的模糊控制器的輸出曲面如圖圖4-104.3.2PID控制部分PID部分是當(dāng)輸入的恰1<0.5時，主要是控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。PID參數(shù)的主要通過臨界比例度法進(jìn)行整定，然后根據(jù)實(shí)際的控制效果，進(jìn)行調(diào)節(jié)。最后確定的PID參數(shù)如下：Kp=0.465Ki=5.2Kd=0.08五.控制器的設(shè)計模糊控制器的輸入為誤差和誤差變化率：誤差e=r-y,誤差變化率ec=de/dt,其中「和丫分別為液位的給定值和測量值。把誤差和誤差變化率的精確值進(jìn)行模糊化變成模糊量￡和￡。從而得到誤差￡和誤差變化率EC的模糊語言集合，然后由E和EC模糊語言的的子集和模糊控制規(guī)則口（模糊關(guān)系矩陣）根據(jù)合成推理規(guī)則進(jìn)行模糊決策，這樣就可以得到模糊控制向量U,最后再把模糊量解模糊轉(zhuǎn)換為精確量u,再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換為模擬量去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作。圖5-1該控制器的特點(diǎn)是在大偏差X圍內(nèi)利用模糊推理的方法調(diào)整系統(tǒng)的控制量U,能夠獲得較好的動態(tài)性能，反應(yīng)時間加快。而在小X圍偏差X圍內(nèi)轉(zhuǎn)換成PID控制，獲得較好的靜態(tài)性能。從仿真曲線和性能指標(biāo)可以看出，與常規(guī)的PID控制相比，模糊PID控制器能使系統(tǒng)響應(yīng)的超調(diào)減小，反應(yīng)時間加快。尤其是在系統(tǒng)具有延遲的模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)不確定的情況下，模糊PID控制具有更佳的控制效果。六.仿真結(jié)果與分析本設(shè)計采用了乂米匕匕的Simulink工具箱和Fuzzy工具箱進(jìn)行了系統(tǒng)仿真，其中系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 e-5s100s2+20s+1其中Simulink的仿真計算圖如下圖6-1其中PID參數(shù)為：Kp=0.465Ki=0.08Kd=5.2模糊控制和PID控制轉(zhuǎn)換的設(shè)定值為：|e0|=0.5當(dāng)只有PID調(diào)節(jié)，沒有加入模糊控制時的仿真曲線如下：

圖6-2增加了模糊控制后的仿真曲線:圖6-3增加了隨機(jī)動態(tài)擾動后的仿真曲線:1.2D.B1.2D.B■0.E；■0.-1■0.2■D-0圖6-4從上面的圖像對比可知,模糊控制能夠使得反應(yīng)時間加快，明顯改善了系統(tǒng)的動態(tài)特性。而在增加了隨機(jī)擾動后，能夠看到系統(tǒng)任然能夠保持較好的穩(wěn)態(tài)特性，