動態(tài)切換模糊PID控制器

1、動態(tài)切換模糊PID控制器的研究和設(shè)計摘 要PID控制器由于其容易實現(xiàn)、結(jié)構(gòu)簡單，而且具有較強的魯棒性，理論體系成熟等特點，在實際工程控制中得到了極為廣泛的應(yīng)用。但是一旦PID控制器的某組參數(shù)確定，它將僅與當(dāng)前指定被控對象匹配，當(dāng)被控對象不發(fā)生時變時，該控制器可以獲得非常好的控制效果。但現(xiàn)實工業(yè)現(xiàn)場中，很多被控對象在運行的過程中會發(fā)生緩慢的時變以及受到不確定性的干擾，定參數(shù)的PID控制器由于其無法實現(xiàn)參數(shù)的自整定而與當(dāng)前時變對象進行最佳匹配，從而可能導(dǎo)致控制性能嚴(yán)重變差。模糊控制器源自專家等人的經(jīng)驗，魯棒性強，但某些場合無法消除系統(tǒng)相應(yīng)的穩(wěn)態(tài)殘差。本文的工作是先從理論上分析PID和模糊控制器的優(yōu)

2、缺點，再結(jié)合兩者的優(yōu)點，并采用模糊控制器和經(jīng)典PID控制器并行結(jié)構(gòu)另加一個轉(zhuǎn)換開關(guān)，實現(xiàn)動態(tài)切換模糊PID控制。本設(shè)計還對模糊PID動態(tài)切換控制控制器進行了仿真，同時對經(jīng)典的PID控制、模糊控制進行了仿真，將它們的控制效果與采用模糊PID動態(tài)切換控制的效果進行對比，驗證了動態(tài)切換模糊PID控制器的控制品質(zhì)。關(guān)鍵詞：PID控制 模糊控制 模糊PID切換控制Dynamic switching fuzzy PID controller research and designAbstractPID controller has been widely used in the real control

3、engineering for its advantages such as structure simplicity, but also has strong robustness and mature in theory.Once a group of PID controller parameters, however, it will only with the current specified controlled object matching, when the controlled object is not occurred time-varying, this contr

4、oller can obtain good control effect.But real industrial site, a lot of controlled object will happen in the process of running slow time-varying and uncertainty of disturbance, and set the parameters of PID controller because it cannot accomplish the self-tuning of the parameters and the time-varyi

5、ng objects for the best match, leading to serious poor control performance.Nevertheless，fuzzy control algorithm which has strong adaptability of control object parameter variation Can ensure the fast response and less overshoot for the control system，but it has the disadvantage of static error remai

6、ning.The work of this paper is to theoretically analyze the advantages and disadvantages of PID and fuzzy controller.Combining the advantages of both, and uses the classical PID controller and fuzzy controller in parallel structure plus a change-over switch, switch to implement dynamic fuzzy PID con

7、trol.This design also dynamic switching control of fuzzy PID controller are simulated, and the classic PID control and fuzzy control are simulated, and their control effect and dynamic switch adopts fuzzy PID control effect is compared, verify the fuzzy PID controller to control quality.Key words: P

8、ID control; Fuzzy control; Fuzzy and PID switching control目錄摘 要IAbstractII第一章 緒論11.1 選題背景及意義11.2 控制器發(fā)展現(xiàn)狀21.2.1 自適應(yīng)控制器21.2.2 PID控制器21.2.3 模糊控制器31.2.4 模糊PID控制器31.3論文的主要內(nèi)容3第二章 常規(guī)PID控制器52.1 引言52.2 PID控制系統(tǒng)52.2.1 PID控制器的基本結(jié)構(gòu)和基本原理52.2.2 PID控制器參數(shù)對控制性能的影響62.3 臨界比例度法整定PID參數(shù)102.3.1 PID參數(shù)整定的作用與分類102.3.2 臨界比例度法1

9、02.3.3 Simulink仿真112.4 本章小結(jié)13第三章 模糊控制器的設(shè)計與仿真143.1 引言143.2 模糊控制系統(tǒng)143.2.1 模糊控制系統(tǒng)的組成143.2.2 模糊控制的特點153.3 模糊控制器的分類163.3.1 按輸入輸出變量個數(shù)分類163.3.2 模糊控制器其他分類173.4 模糊控制器的設(shè)計與仿真173.4.1 二維模糊控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計183.4.2 二維模糊控制器的規(guī)則設(shè)計183.5 建立模糊控制系統(tǒng)的仿真模型203.5.1 模型傳遞函數(shù)與仿真模型203.5.2 模糊控制系統(tǒng)仿真與分析203.6 本章小結(jié)21第四章 模糊PID動態(tài)切換控制器的設(shè)計224.1 引言2

10、24.2模糊PID動態(tài)切換控制器設(shè)計224.2.1 控制器設(shè)計的思路224.2.2 切換控制器的切換時機分析234.3 Fuzzy-PID動態(tài)切換控制系統(tǒng)的仿真244.3.1 控制器的仿真模型244.3.2 結(jié)果分析264.3 本章小結(jié)27第五章 結(jié)論與展望28參考文獻29致謝31III南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)第一章 緒論1.1 選題背景及意義隨著社會的發(fā)展，越來越多的工業(yè)制造趨于自動控制，最大限度的將人的雙手從傳統(tǒng)作坊中解放出來，進而提高社會生產(chǎn)力。自動控制技術(shù)是工業(yè)領(lǐng)域研究人員的重點問題。由于工業(yè)現(xiàn)場中被控對象的復(fù)雜性、非線性及時變等因素，很多被控對象的精確數(shù)學(xué)模型難以建立，PI

11、D控制器簡單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件，因而成為應(yīng)用最為廣泛的控制器。 常規(guī)PID控制經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展，已經(jīng)成為工業(yè)過程控制中生命力最頑強、應(yīng)用最廣泛的基本控制策略。由于規(guī)律簡單、魯棒性好、運行可靠、易于實現(xiàn)等特點，在微處理技術(shù)迅速發(fā)展的今天，仍是目前工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的一類控制器。但常規(guī)的的PID調(diào)節(jié)器還存在著許多不足的地方23，比如：(1) 一組PID參數(shù)只能給定一組控制性能，即一旦PID參數(shù)確定，被控對象的動態(tài)響應(yīng)確定，尤其針對大時滯環(huán)節(jié)的被控對象在響應(yīng)速度、超調(diào)量兩方面無法同時滿足。(2) 在實際的控制過程中，由于被控對象的高度非線性、時變不確定性和純滯

12、后等特點，過程參數(shù)有的時候甚至連模型結(jié)構(gòu)均會隨時間和工作環(huán)境的變化而變化。(3) 然而只有不到一半的PID 控制器在實際應(yīng)用過程中取得了令人滿意的控制效果,大部分PID 控制系統(tǒng)的控制性能達不到用戶所期望的要求 。這給控制理論研究和應(yīng)用帶來了前所未有的機遇和挑戰(zhàn)。模糊控制器FC作為一種新型的控制器，近年來有了很大的發(fā)展和應(yīng)用。模糊控制器與PID控制器相比其顯著的優(yōu)點是不需要知道控制對象的數(shù)學(xué)模型，而且它是依據(jù)人工控制規(guī)則對控制決策表進行設(shè)計。模糊控制與PID 控制的聯(lián)系非常的緊密,事實上,在許多情況下把模糊控制被稱作為非線性PID控制。一般情況都采用誤差()和誤差變化()作為模糊控制器的輸入變

13、量,因此，模糊控制器與常規(guī)的PD控制器的作用相似4。雖然模糊控制器可以使控制系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性能，但是這種控制器卻無法消除系統(tǒng)的靜態(tài)殘差，因此在精度要求高的場合還是不能得到應(yīng)用。針對上述PID控制器和模糊控制器存在的缺點本文提出了種新型的控制器即模糊PID動態(tài)切換控制器，模糊PID動態(tài)切換控制器又繼承了PID控制器良好的靜態(tài)特性，能夠有效的消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高精度，它的這些特性對提高工程應(yīng)用系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全都有著十分重要的意義。 1.2 控制器發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1 自適應(yīng)控制器自適應(yīng)控制器是一種具有一定適應(yīng)能力的控制器，它可以根據(jù)控制系統(tǒng)環(huán)境條件的改變，并自動校正控制動作，從而使整個系統(tǒng)

14、達到最佳控制效果，如圖1-1所示。圖1-1自適應(yīng)原理框圖1.2.2 PID控制器在工程實際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)5。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便6。即當(dāng)我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實際中也有PI

15、和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。傳統(tǒng)的控制理論都建立在被控對象精確模型(傳遞函數(shù)和狀態(tài)方程)的基礎(chǔ)上7，而對一些復(fù)雜系統(tǒng)，建立其數(shù)學(xué)模型是比較困難的，有時甚至是不可能的，也就無法用系統(tǒng)控制方法實現(xiàn)自動控制，但由人工控制卻往往做的比較好。而模糊控制正是總結(jié)操作人員的經(jīng)驗并形成語言規(guī)則，運用模糊集合論模擬操作人員的操作和決策，從而實現(xiàn)自動控制8。 1.2.3 模糊控制器模糊控制系統(tǒng)是以模糊集合論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計算機數(shù)字控制技術(shù)。1965年美國的扎德創(chuàng)立了模糊集合論，1973 年, 他給出了模糊邏輯控制的定義和相關(guān)的定

16、理。1974 年英國的Mamdani 首先用模糊控制語句組成模糊控制器,并把它用于鍋爐和蒸汽機的控制9在實驗室獲得成功, 這一開拓性的工作標(biāo)志著模糊控制論的誕生。模糊控制系統(tǒng)主要是模擬人的思維、推理和判斷的一種控制方法, 它將人的經(jīng)驗、常識等用自然語言的形式表達出來, 建立一種適用于計算機處理的輸入輸出過程模型, 是智能控制的一個重要研究領(lǐng)域10。1.2.4 模糊PID控制器模糊PID 控制器是在模糊控制和常規(guī)PID 控制相結(jié)合的相結(jié)合的基礎(chǔ)上做出的研究。這種相結(jié)合的控制器得到了越來越多學(xué)者的關(guān)注。模糊PID 控制器是一種雙?？刂菩问?112。這種改進的控制器主要目的是在控制系統(tǒng)中消除模糊控制

17、作用中存在的統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差, 通過PID 控制器使系統(tǒng)具有良好的控制精度, 消除誤差, 以及增強系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。在PID控制的基礎(chǔ)上, 相繼提出了FI PI、FI PD、FI PID 三種形式的結(jié)合方式,并能通過許多種方式得出模糊控制器中量化和比例這兩個因子與PID 控制器的因子 、 、三個參數(shù)之間存在的關(guān)系式。但是如今模糊PID控制器的結(jié)合方式多以模糊控制器的輸出去調(diào)整PID控制器的參數(shù)為主13，從而實現(xiàn)PID參數(shù)的自整定。但這種結(jié)合方式需要模糊控制器的維數(shù)多，且控制規(guī)則復(fù)雜，導(dǎo)致控制設(shè)計困難，不能得到廣泛的運用，因此，沒有一套系統(tǒng)的的理論體系作為基礎(chǔ)和依據(jù)，將會是這種新型結(jié)合方式面臨的一個嚴(yán)峻

18、的問題1415。這就需要一種結(jié)構(gòu)簡單，能夠充分發(fā)揮PID控制器和模糊控制器優(yōu)點的新的結(jié)合方式的模糊PID控制器。1.3論文的主要內(nèi)容本文首先對常規(guī)PID控制器進行分析，得出PID控制器的優(yōu)缺點，然后對模糊控制器進行分析的得出模糊控制器的優(yōu)缺點，最后結(jié)合這兩種控制器的優(yōu)點設(shè)計出模糊PID動態(tài)切換控制器，然后這種控制器進行仿真分析，將得出的動態(tài)響應(yīng)曲線與PID和模糊控制器的得出的曲線進行比較，通過比較來驗證模糊PID動態(tài)切換控制器不僅彌補了經(jīng)典PID控制在快速性、超調(diào)量上的不足。同時還該改善了模糊控制器在消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差上的缺點，對提高控制系統(tǒng)的精度起到了很好的作用論文的工作安排如下：第一章 緒論

19、 。針對課題的選題背景，選題意義，對此課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及論文的主要章節(jié)內(nèi)容安排情況進行概括性描述。第二章 常規(guī)PID控制器的分析與仿真。重點介紹PID控制器的原理和特性，并通過仿真得出的圖像分析了比例，積分，微分作用對控制性能的影響。最后簡單的介紹了PID參數(shù)整定的作用與分類以及通過臨界比例度法對PID控制器的參數(shù)進行整定，并進行了仿真與計算。第3章 模糊控制器的設(shè)計與仿真。本章簡單介紹了模糊控制的特點，系統(tǒng)組成以及模糊控制器的分類，重點介紹了模糊控制器的結(jié)構(gòu)與規(guī)則設(shè)計，最后對設(shè)計好的模糊控制器進行了仿真與分析的出了模糊控制器的控制效果圖。第4章 模糊PID動態(tài)切換控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真分析

20、。針對模糊與PID控制器在控制過程中存在的不足，提出了一種模糊PID動態(tài)切換控制模型，并對模糊PID動態(tài)切換控制系統(tǒng)進行設(shè)計和仿真分析。同時，采用經(jīng)典的PID控制、純模糊控制進行仿真并以其仿真結(jié)果作為參照，與模糊PID動態(tài)切換控制控制器的仿真結(jié)果進行比對和分析，驗證模糊PID控制器控制品質(zhì)的優(yōu)越性。第五章 總結(jié)了本論文的研究工作及成果，對論文的進一步研究方向提出了建議。29南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)第二章 常規(guī)PID控制器2.1 引言在工程實際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問世至今已有近幾十年歷史，它由于結(jié)構(gòu)簡單、工

21、作可靠、穩(wěn)定性好、調(diào)整方便而成為如今工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。 雖然PID控制器由于結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、魯棒性強等優(yōu)點，在工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用，但由于傳統(tǒng)PID控制器的結(jié)構(gòu)還不完美，普遍存在積分飽和，過

22、渡時間與超調(diào)量之間矛盾大等缺點。所以改進傳統(tǒng)PID控制器也就成了人們研究的熱點。本章主要介紹PID控制器的基本原理、基本結(jié)構(gòu)， PID控制器參數(shù)對控制性能的影響和控制規(guī)律的選擇。2.2 PID控制系統(tǒng)2.2.1 PID控制器的基本結(jié)構(gòu)和基本原理PID控制器是一種基于偏差“過去、現(xiàn)在、未來”信息估計的有效而簡單的控制控制器。常規(guī)PID控制系統(tǒng)原理圖如圖2-1所示。圖2-1 PID控制系統(tǒng)原理圖整個系統(tǒng)主要由PID控制器和被控對象組成。作為一種線形控制器，PID控制器根據(jù)給定值和實際輸出值構(gòu)成偏差，即 (2-1)然后對偏差按比例、積分和微分通過線形組合構(gòu)成控制量，對被控對象進行控制，由圖2-1得到

23、PID控制器的理想控制器為： (2-2)或者寫成傳遞函數(shù)的形式為： (2-3)其中，比例增益、積分時間常數(shù)、微分時間常數(shù)。式(2-2)和式(2-3)是最常用的兩種PID控制器的表達式形式。在數(shù)字計算機代替模擬調(diào)節(jié)器組成的計算機PID控制中，使用的是數(shù)字PID控制器。其中經(jīng)常采用的是數(shù)字PID位置型控制控制器，其控制規(guī)律是： (2-4)在表達式(2-2)-(2-4)中比例、積分、微分作用的實現(xiàn)表述的很清楚，與之對應(yīng)的控制器參數(shù)包括比例增益()、積分時間常數(shù)()和微分時間常數(shù)()。、的取值將直接影響到PID控制系統(tǒng)的控制效果，下面會對這按個參數(shù)的作用做具體分析。2.2.2 PID控制器參數(shù)對控制性

24、能的影響(1) 動態(tài)性能的指標(biāo)定義描述穩(wěn)定的系統(tǒng)在單位階躍函數(shù)作用下，動態(tài)過程隨時間的變化狀況的指標(biāo)，稱為動態(tài)性能指標(biāo)。如圖2-2(a)(b)所示。(a)(b)圖 2-2 單位階躍響應(yīng)對于圖2-2所示的單位階躍響應(yīng)其動態(tài)性能指標(biāo)通常如下：延遲時間 指響應(yīng)曲線第一次達到其中值的一半所需的時間。上升時間 指響應(yīng)從終值10%上升到終值90%所需要的時間；對于有振蕩的系統(tǒng)，亦可定義為響應(yīng)從零第一次上升到終值的所需要的時間。峰值時間 指響應(yīng)超過其終值達到第一個峰值的時間。調(diào)節(jié)時間 指向應(yīng)達到并保持在終值5%誤差內(nèi)所需的最短時間。超調(diào)量% 指響應(yīng)的最大偏離量與終值比的百分?jǐn)?shù)。(2) 比例作用對控制性能的影

25、響在PID控制器中比例作用就是及時成比例的放大控制系統(tǒng)的偏差信號，當(dāng)控制系統(tǒng)中一旦出現(xiàn)偏差()，此時與偏差成比例的控制作用將會產(chǎn)生，以便能夠減小偏差()。比例控制作用的優(yōu)點是反映速度快，但作用于有些控制系統(tǒng)時，穩(wěn)態(tài)誤差還是有可能存在的。如果增大比例系數(shù)，可以減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差()，但穩(wěn)定有可能變差。以式(2-5)所述的被控對象為例，分別進行實驗： (2-5)從圖2-3可以看出隨著比例系數(shù)的增大，系統(tǒng)響應(yīng)速度變快，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度更高，但同時可能會造成更大的超調(diào)。圖2-3 比例控制的系統(tǒng)響應(yīng)(2) 積分作用對控制性能的影響控制系統(tǒng)中積分作用可以消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的精確度，可以實現(xiàn)對目標(biāo)值的無誤

26、差跟蹤。對于已處于穩(wěn)定狀態(tài)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，它的輸出和誤差量保持為常值和。則由式(2-2)可知，如果控制器的輸出要為一個常數(shù)，只有當(dāng)且僅當(dāng)控制系統(tǒng)的動態(tài)誤差()時才能夠?qū)崿F(xiàn)。因此，可得出只有沒有動態(tài)誤差時積分作用才會停止，這時輸出保持為一常值。積分時間常數(shù)()決定了控制系統(tǒng)中積分作用的強弱，越小，系統(tǒng)中的積分作用越強，反之如果越大則積分作用弱。但是積分作用會使系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)變慢，穩(wěn)定性下降。從圖2-4可以看出隨著積分時間常數(shù)增大(減小)，靜差在減??；但是過小的會加劇系統(tǒng)振蕩，甚至使系統(tǒng)失去穩(wěn)定，這種“過積分飽和”現(xiàn)象應(yīng)及時限制；而很小的(很大)，又會因為積分作用不夠而延長穩(wěn)定時間，這種情況在實際過

27、程中被稱為“欠積分”。圖2-4 比例積分控制的系統(tǒng)響應(yīng)()(3) 微分作用對控制性能的影響控制系統(tǒng)中的微分作用，主要是使控制系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和控制性能。由于微分作用能夠?qū)刂葡到y(tǒng)誤差變化率做出反應(yīng)，可以預(yù)測誤差變化的趨勢，因此能夠在控制系統(tǒng)中提前產(chǎn)生控制作用。簡而言之，微分作用就是在誤差還沒有產(chǎn)生前，就已經(jīng)對其進行抑制。由上所述，微分作用能夠有效的可以提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。微分時間常數(shù)()的大小決定了控制系統(tǒng)中微分作用的大小，越大，系統(tǒng)中的微分作用就越強，相反微分作用越弱。在控制系統(tǒng)中合適的微分作用可以有效的減小調(diào)節(jié)時間和超調(diào)量。但是，如果只是不斷地增加微分調(diào)節(jié)則會影響系統(tǒng)的抗干擾能力。同時

28、，微分作用是對誤差變化率的反應(yīng)，當(dāng)沒有偏差變化時，微分作用的輸出為零。從圖2-5可以看出隨著微分時間常數(shù)增加，超調(diào)量減小。微分作用也從一定程度上消除了響應(yīng)曲線的尖峰，使得響應(yīng)曲線更加平滑。總的來說，微分可改善系統(tǒng)的動態(tài)性能，在響應(yīng)過程中抑制偏差向任何方向變化，可有效減小超調(diào)和振蕩，并增大調(diào)節(jié)時間。圖2-5 比例積分微分控制的系統(tǒng)響應(yīng)(，)2.3 臨界比例度法整定PID參數(shù)2.3.1 PID參數(shù)整定的作用與分類PID控制器參數(shù)整定，是指在控制器規(guī)律已經(jīng)確定為PID形式的情況下，通過調(diào)整PID控制器的參數(shù)，使得由控制對象、控制器等組成的控制回路的動態(tài)特性滿足期望的指標(biāo)要求，達到理想的控制目標(biāo)。在一

29、些學(xué)者和專家提出PID控制器參數(shù)經(jīng)驗公式法之后，相繼出現(xiàn)了很多參數(shù)整定的方法被用于整定PID控制器的參數(shù)?？梢园堰@些方法按照發(fā)展階段分為常規(guī)整定方法和智能參數(shù)整定方法；如果按照被控對象個數(shù)的個數(shù)分類，可分為單變量以及多變量PID控制器參數(shù)整定方法；按照控制量的組合形式可以把PID控制器參數(shù)整定的方法分為線性和非線性兩種參數(shù)整定方法1617。下面將會用臨界比例度法整定常規(guī)PID控制器的參數(shù)方法，并進行出相應(yīng)的仿真。2.3.2 臨界比例度法(1) 臨界比例度法的定義1819臨界比例度法是在閉環(huán)的情況下，將PID控制器的積分和微分作用先去掉，僅留下比例作用，然后在系統(tǒng)中加入一個擾動，如果系統(tǒng)響應(yīng)是衰

30、減的，則需要增大控制器的比例增益，重做實驗；相反如果系統(tǒng)響應(yīng)的振蕩幅度不斷增大，則需要減小。實驗的最終目的，是要使閉環(huán)系統(tǒng)做臨界等幅周期振蕩，此時的比例增益就被稱為臨界增益，記為；而此時系統(tǒng)的振蕩周期被稱為臨界振蕩周期，記為。臨界比例度法就是利用和由經(jīng)驗公式求出P，PI 和PID這三種控制器的參數(shù)整定值。表2-1所示就是ZN臨界比例度法參數(shù)整定經(jīng)驗公式。表2-1 臨界比例度法參數(shù)整定經(jīng)驗公式PID控制器參數(shù)P型控制器0.5PI型控制器0.450.83PID型控制器25(2) 臨界比例度法存在的不足雖然用臨界比例度法進行參數(shù)整定比較簡單，也曾廣泛應(yīng)用到工程上，但是這種整定方法還

31、是存在著一些些不足：A) 想要獲得和，這是比較困難的，當(dāng)系統(tǒng)的時間常數(shù)很大時，這種方法更難實現(xiàn)參數(shù)整定。B) 在控制現(xiàn)場，當(dāng)時的控制環(huán)境存在的各種干擾會直接影響由于現(xiàn)場實驗中存在著不確定的影響會給實驗數(shù)據(jù)帶來一定甚至關(guān)鍵的噪聲，因而會對最終的控制品質(zhì)但來很大的影響。C) 對不允許做臨界振蕩實驗的系統(tǒng)，該整定方法不能運用到不能做臨界振蕩的控制系統(tǒng)。2.3.3 Simulink仿真(1) PID控制器SIMULINK仿真結(jié)構(gòu)圖所選的模型傳遞函數(shù)和上述傳遞函數(shù)相同。圖 2-6 PID控制器SIMULINK仿真結(jié)構(gòu)圖(2) 用試湊法得出的等幅周期振蕩曲線(a)(b)圖 2-7 對象模型在臨界增益下的臨

32、界振蕩圖2-7(a)所示為對象模型在整個仿真時間內(nèi)的閉環(huán)振蕩圖，此時臨界振蕩增益=10；同時，為了方便計算臨界周期，特畫出一個周期范圍的對象臨界振蕩圖，如圖2-7(b)所示，此時求得振蕩周期為=2.12s。由表2-1可求得臨界比例度法的PID控制器整定值為：，。將基于這些參數(shù)所獲得的PID控制器用于原被控對象中，獲得如圖2-8所示的階躍響應(yīng)曲線。圖2-8 PID控制器閉環(huán)控制效果圖如圖2-8所示，用臨界比例度法整定的PID控制器具有很快的系統(tǒng)響應(yīng)，系統(tǒng)快速穩(wěn)定且穩(wěn)態(tài)殘差為零，但超調(diào)量較大(接近30%，工業(yè)期望值一般小于5%)，故在某些要求不高的場合，可用臨界比例度法整定相應(yīng)的PID控制器的參數(shù)

33、，而在控制要求非常高的場合，則可在臨界比例度法所獲得PID控制器的一次參數(shù)的基礎(chǔ)上進行二次試湊或用其它方法獲得控制性能更加完美的PID控制器參數(shù)。2.4 本章小結(jié)本章通過對常規(guī)PID的仿真分析得出了比例，積分，微分作用對PID控制性能的影響，畫出了在不同的、下PID控制器的階躍響應(yīng)曲線，最后用臨界比例度法對PID參數(shù)進行了整定，并進行了仿真與計算，為模糊PID動態(tài)切換控制系統(tǒng)的設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）第三章 模糊控制器的設(shè)計與仿真3.1 引言在日益復(fù)雜的被控過程面前，由于不可能得到過程的精確數(shù)學(xué)模型，傳統(tǒng)的基于精確模型的控制系統(tǒng)設(shè)計理論(包括古典控制理論及現(xiàn)代控制理論

34、)受到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。智能控制通過在系統(tǒng)控制和決策中引入人工智能，實現(xiàn)了對這些用傳統(tǒng)控制理論難以控制的過程的有效控制。智能控制理論覆蓋的范疇十分廣泛，其主要分支有模糊控制、學(xué)習(xí)控制、專家控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等2021。模糊控制是近代控制理論中的一種基于語言規(guī)則與模糊推理的高級控制策略和新穎技術(shù)，它作為智能控制的一個重要分支，發(fā)展迅速，應(yīng)用廣泛，實效顯著，引人關(guān)注。本章就本論文涉及到的模糊控制部分進行論述;首先概述模糊控制系統(tǒng)，然后簡要介紹模糊控制器的組成及其設(shè)計方法，最后對模糊控制器通過simulink進行仿真得出模糊控制器的效果圖。3.2 模糊控制系統(tǒng)3.2.1 模糊控制系統(tǒng)的組成模糊控制是以模糊集

35、合化、模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計算機數(shù)字控制。從線性控制與非線性空的角度分類，模糊控制是一種非線性控制；從控制器的智能性看，模糊控制屬于智能控制的范疇，而且它已成為目前實現(xiàn)智能控制的一種重要而有效的形式。由于它是一種計算機數(shù)字控制，因此它的組成類似于一般的數(shù)字控制系統(tǒng)，如圖3-1圖 3-1 計算機模糊控制系統(tǒng)框圖其中模糊控制器是模糊控制系統(tǒng)的核心，一個模糊系統(tǒng)的優(yōu)劣主要取決于模糊控制器的結(jié)構(gòu)，以及所采用的模糊規(guī)則、合成推理控制器和模糊決策的方法等因素，模糊控制器主要包括輸入量模糊化接口、知識庫、推理機、輸出清晰化接口4個部分，糊控制器組成如圖3-2所示。圖3-2 模糊控制器(1)

36、 模糊化接口：將輸入值以適當(dāng)?shù)谋壤D(zhuǎn)換到論域的數(shù)值，利用口語化變量來描述測量物理量的過程，依適合的語言值求該值相對之隸屬度，此口語化變量我們稱之為模糊子集合22。(2) 知識庫：包括數(shù)據(jù)庫與規(guī)則庫兩部分，其中數(shù)據(jù)庫是提供處理模糊數(shù)據(jù)之相關(guān)定義；而規(guī)則庫則藉由一群語言控制規(guī)則描述控制目標(biāo)和策略。(3) 推理機：模仿人類判斷時的模糊概念，運用模糊邏輯和模糊推論法進行推論，而得到模糊控制訊號。此部分是模糊控制器的精髓所在。(4) 清晰化接口：將推論所得到的模糊值轉(zhuǎn)換為明確的控制訊號，做為系統(tǒng)的輸入值。3.2.2 模糊控制的特點概括地講模糊控制具有以下特點23：(1) 它是一種非線性控制方法，工作范圍

37、寬，適用范圍廣，特別適合于非線性系統(tǒng)的控制。(2) 它不依賴于對象的數(shù)學(xué)模型，對無法建?；蚝茈y建模的復(fù)雜對象，也能利用人的經(jīng)驗知識或其它方法來設(shè)計模糊控制器完成控制任務(wù);而傳統(tǒng)的控制方法都要已知被控對象的數(shù)學(xué)模型，才能設(shè)計控制器。(3) 它具有內(nèi)在的并行處理機制，表現(xiàn)出極強的魯棒性，對被控對象的特性變化不敏感，模糊控制器的設(shè)計參數(shù)容易選擇調(diào)整。(4) 控制器簡單，執(zhí)行快易于實現(xiàn)。(5) 不需要很多的控制理論知識，容易普及推廣。由于模糊控制具有上述的幾個有點，因此很多國際著名的專家學(xué)者指出：“模糊控制是21世紀(jì)的控制技術(shù)”，將有非常廣闊的發(fā)展前途和產(chǎn)品市場24。3.3 模糊控制器的分類隨著人們對

38、模糊控制器的深入研究和廣泛應(yīng)用，模糊控制器從原來單一的結(jié)構(gòu)形式已發(fā)展成為多種多樣的結(jié)構(gòu)形式。從模糊控制器輸入、輸出變量的個數(shù)多少可以分為單變量和多變量兩種類型的模糊控制器25。3.3.1 按輸入輸出變量個數(shù)分類(1) 單變量模糊控制器結(jié)構(gòu)在模糊控制系統(tǒng)中通常把單變量模糊控制器的輸入變量個數(shù)稱之為模糊控制的維數(shù)。1.一維模糊控制器(FC)它的輸入變量往往選擇為受控變量的實測值和給定值之間的偏差，由于僅僅采用偏差值，很難反映受控對象的動態(tài)特性品質(zhì)，因此，所能獲得的動態(tài)性能是不能令人滿意的。這種模糊控制器往往被用于一階被控對象，結(jié)構(gòu)如圖3-3。圖3-3 一維模糊控制器2.二維模糊控制器由于二維模糊控

39、制器的選用的是偏差E以及偏差的變化EC作為系統(tǒng)的輸入，它可以較為準(zhǔn)確的對控制系統(tǒng)輸出變量的動態(tài)特性做出反應(yīng)，因此，控制效果比一維模糊控制器好得多，是目前采用比較廣泛的一類模糊控制器，結(jié)構(gòu)如圖3-4。圖3-4 二維模糊控制器3.多維模糊控制器多維模糊控制器它是指控制輸入變量數(shù)多于兩個的模糊控制器。但是因為多維模糊控制器有著非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，而且在控制推理是會耗費很長的時間，因此只有在對動態(tài)性能要求很高的控制中才會采用這種控制器。圖3-5為三維模糊控制器，它是以系統(tǒng)的設(shè)定值的偏差E、偏差的變化率ECC以及E的變化率ECC作為它的輸入變量的。圖3-5 三維模糊控制器從理論上講，控制系統(tǒng)中算選的模糊控制

40、器維數(shù)越高，整個控制系統(tǒng)的控制精度就越高，但如果控制器的維數(shù)太高，這就大大的增加了控制規(guī)則的復(fù)雜程度，增加了規(guī)則制定的困難，基于模糊合成推理的控制器計算機實現(xiàn)就更困難，這是多維的模糊控制器不能夠得到廣泛運用的原因。(2) 多變量模糊控制器的結(jié)構(gòu)多變量的模糊控制器主要出現(xiàn)在多變量模糊控制系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)如圖3-6。圖3-6 多變量模糊控制器個多輸入-單輸出的模糊控制器可以由個多輸入-多輸出的模糊控制器可以通過結(jié)構(gòu)解耦獲得。3.3.2 模糊控制器其他分類按模糊控制器主要可以按照建模形式和控制功能分類，按照前一種可分為多多值邏輯模型、數(shù)學(xué)方程模型和語言規(guī)則模型的模糊控制器；按后一種上可以分為自適應(yīng)模糊控

41、制器、自組織模糊控制器、自學(xué)習(xí)模糊控制器和專家模糊控制器等。3.4 模糊控制器的設(shè)計與仿真模糊控制器其控制規(guī)則是以模糊條件語句的語言控制規(guī)則為基礎(chǔ)的，因此，模糊控制器又稱為模糊語言控制器。模糊控制器是模糊控制系統(tǒng)的核心，因而在模糊控制系統(tǒng)設(shè)計中怎樣設(shè)計和調(diào)整模糊控制器及其參數(shù)是一項很重要的工作。一般來說，設(shè)計模糊控制器主要包括以下幾項內(nèi)容22。(1) 確定模糊控制器的輸入變量和輸出變量（即控制量）。(2) 設(shè)計模糊控制器的控制規(guī)則。(3) 確定模糊化的非模糊化（又稱清晰化）的方法。(4) 選擇模糊控制器的輸入變量及輸出變量的論域并確定模糊控制器的參數(shù)（如量化因子、比例因子）。(5) 建立模糊控

42、制器的仿真模型。(6) 選擇合理的仿真的采樣時間。3.4.1 二維模糊控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)控制系統(tǒng)的輸入為單位階躍信號,輸出為,誤差為，誤差導(dǎo)數(shù)為;被控對象的輸入為;模糊控制器對應(yīng)的輸入分別為, , 對應(yīng)的輸出為。這類模糊控制器的一般形式為：R1：if X1 is A1i an X2 is A2i then Y is Bi這里，A1i、A2i和Bi均為論域上的模糊子集。在實際系統(tǒng)中，X1一般取為誤差，X2一般取為誤差變化率，Y一般取為控制量。3.4.2 二維模糊控制器的規(guī)則設(shè)計(1) 模糊控制器的變量的論域與隸屬度函數(shù)經(jīng)過對模糊控制器變量、的輸出范圍的分析，得出了他們的論域：輸入變量和的論域取-

43、2 2，輸出變量的論域取-3 3。語言值取5個,分別為“負(fù)大NB”,“負(fù)小NS”,“零ZR”,“正小PS”和“正大PB” 。其中 的語言值取了7個。NB,NS,PS,PB，ZR取三角形隸屬度函數(shù),、的隸屬度函數(shù)如圖3-7(a)(b)(c)所示。(a)(b)(c)圖3-7 , , 的隸屬度函數(shù)(2) 根據(jù)經(jīng)驗,可以得到用if.then形式表達的模糊控制規(guī)則，如圖3-9所示。圖3-8 二維模糊控制器的控制規(guī)則圖 3-9 二維模糊控制器規(guī)則觀察器3.5 建立模糊控制系統(tǒng)的仿真模型3.5.1 模型傳遞函數(shù)與仿真模型(1) 模糊控制器simulink仿真結(jié)構(gòu)圖所選的模型傳遞函數(shù)為式(2.5)。(2) 模

44、糊控制系統(tǒng)的仿真模型如圖3.10所示。圖3-10 模糊控制系統(tǒng)仿真模型3.5.2 模糊控制系統(tǒng)仿真與分析(1)在MATLAB的命令窗口中輸入指令:hhl=readfis('hhl.fis)'這樣就在基本工作空間中建立起了模糊推理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變量,然后再輸入指令:start仿真即開始.這時可以利用模擬示波器來觀察系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)情況.仿真結(jié)束后,利用plot( t,y)指令可將響應(yīng)曲線繪出2627,如圖3-11所示：圖 3-11 模糊控制系統(tǒng)的仿真結(jié)果(2) 在常規(guī)的模糊控制中,為實現(xiàn)簡便性和快速性,通常采用和作為模糊控制器的輸入,因而,具有類似于常規(guī)PD 控制器的作用。通過圖3-1

45、1可以看出,此類模糊控制器有可能獲得良好的動態(tài)特性,但無法消除靜態(tài)誤差。3.6 本章小結(jié)本章介紹了模糊控制系統(tǒng)的組成與基本原理，并對模糊控制器進行了仿真分析，通過仿真分析得出了模糊控制器的控制效果圖，從仿真結(jié)果可以看出此類模糊控制器有可能獲得良好的動態(tài)特性,但無法消除靜態(tài)誤差。南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）第四章 模糊PID動態(tài)切換控制器的設(shè)計4.1 引言模糊控制器具有良好的動態(tài)性能和很強的魯棒性，而且它不僅能適應(yīng)參數(shù)變化而且具備較強的抗干擾能力。它的缺點就是在控制過程中穩(wěn)態(tài)精度不夠，另外模糊控制器在接近工作點時容易產(chǎn)生振蕩，最后控制器規(guī)則的制定是非常困難的，它要運用大量的專家和經(jīng)驗知識。

46、PID控制器的動態(tài)性能不如模糊控制器，但是它的靜態(tài)特性好，它即使在工作點周圍也能保持較好的控制性能。因此在前兩種控制器的基礎(chǔ)上，本課題就想設(shè)計這樣一種新型控制器：在的數(shù)值較大時采用模糊控制器，這樣整個系統(tǒng)就可以快速逼近給定值；在的數(shù)值，就是在系統(tǒng)趨于穩(wěn)定時則采用PID控制器，這樣就可以運用PID控制器的控制精度高、穩(wěn)態(tài)態(tài)誤差小的一些優(yōu)點更好的改善動整個系統(tǒng)的靜態(tài)特性。另外，這兩種控制器的結(jié)構(gòu)較其他的控制器而言都比較簡單，用一個切換開關(guān)把這兩種控制器結(jié)合起來，就是本章要介紹的模糊PID動態(tài)切換控制器。本章將通過仿真來驗證這種控制器的優(yōu)越性。4.2模糊PID動態(tài)切換控制器設(shè)計4.2.1 控制器設(shè)計

47、的思路在整個控制系統(tǒng)中，模糊動態(tài)切換控制器將根據(jù)和的大小，在不同的工作時段選擇PID控制器或者模糊控制器，這樣可以很好的利用PID控制器和模糊控制器的優(yōu)點來提高系統(tǒng)的動態(tài)性能和靜態(tài)性能。如果系統(tǒng)的誤差絕對值|大于誤差設(shè)定值時，控制系統(tǒng)則選擇模糊控制器，因為模糊控制器可以同時兼顧系統(tǒng)響應(yīng)的快速性和超調(diào)量，使系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性能，對彌補常規(guī)PID控制器在動態(tài)響應(yīng)方面的不足又很好效果。當(dāng)系統(tǒng)響應(yīng)接近穩(wěn)定狀態(tài)時，誤差的絕對值|減小設(shè)定值以下，系統(tǒng)將由模糊控制器切換至PID控制器，這樣PID控制器的積分作用能夠消除靜態(tài)誤差差，能夠很好的消除系統(tǒng)的控制余差，彌補模糊控制器缺陷，最終可以使系統(tǒng)具有良好的靜

48、態(tài)性能和，控制精度。圖4-1 模糊PID切換控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖模糊PID動態(tài)切換控制器的設(shè)計步驟如下28：(1) 對模糊控制器(FC)和PID控制器在何時切換作出分析。(2) 根據(jù)分析得出的切換時機，對模糊PID控制器的決策模塊進行設(shè)計。(3) 對PID控制子模型與模糊控制子模型進行仿真分析，分別得出控制系統(tǒng)達到較好靜態(tài)性能和動態(tài)性能時的各個參數(shù)，作為切換控制器中的參數(shù)。(4) 調(diào)整由PID控制子系統(tǒng)和模糊控制子系統(tǒng)組成的動態(tài)切換控制器的參數(shù)，使得其能達到最好的控制效果。4.2.2 切換控制器的切換時機分析對于一個控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)來說，其是否具有良好的動態(tài)控制性能，前兩個振蕩周期是非常關(guān)鍵的，所

49、以想獲得一個準(zhǔn)確的切換點，就必須獲取誤差()的信息，如果被控對象在模糊控制的作用下，控制系統(tǒng)將要接近穩(wěn)態(tài)時，那么控制系統(tǒng)就切換成PID控制使用PID控制器；如果因為擾動，誤差()超出了切換條件的設(shè)定值，則系統(tǒng)的控制方式就切換為模糊控制使用模糊控制器。根據(jù)以上的分析可以知道模糊控制和PID控制的切換條件應(yīng)依據(jù)系統(tǒng)信息：誤差(e)。模糊PID動態(tài)切換控制器的控制策略的切換過程應(yīng)如下：系統(tǒng)控制的初始階段，應(yīng)選擇模糊控制器，這樣能夠使得系統(tǒng)在誤差()較大的時候具有良好的動態(tài)性能。當(dāng)系統(tǒng)響應(yīng)接近穩(wěn)定狀態(tài)時，誤差()滿足設(shè)定的值，系統(tǒng)則切換為PID控制， 這樣系統(tǒng)就能夠獲得較好的靜態(tài)性能。根據(jù)上述切換條件

50、的分析可以得出模糊PID動態(tài)切換控制器的切換流程圖如圖4-2所示。圖4-2 Fuzzy-PID切換流程圖4.3 Fuzzy-PID動態(tài)切換控制系統(tǒng)的仿真4.3.1 控制器的仿真模型在Simulink平臺上建立模糊PID動態(tài)切換控制器的仿真模型29如下圖4-3所示，控制器被控對象的傳遞函數(shù)還有階躍信號發(fā)生器的參數(shù)都和PID控制器仿真模型的被控對象和參數(shù)設(shè)定是一致的。圖 4-3模糊PID切換控制系統(tǒng)模型圖示中的PID控制模塊和模糊控制模塊分別為已經(jīng)進行過參數(shù)整定的PID控制子模型30和模糊控制子模型31如圖4-4和圖4-5所示，在第2章和第3章已經(jīng)詳細(xì)介紹，在此不再贅述。圖4-4 PID控制子系統(tǒng)

51、模型圖4-5 模糊控制子系統(tǒng)模型設(shè)計并建立好Fuzzy-PID動態(tài)切換仿真模型后，就對這個控制器模型通過Simulink進行仿真，通過參數(shù)調(diào)整之后可以得出的仿真圖形如圖4-6所示。圖4-6模糊PID動態(tài)切換控制器的響應(yīng)曲線由圖4-6動態(tài)切換控制器的階躍響應(yīng)曲線能夠看出，F(xiàn)uzzyPID動態(tài)切換控制器的具有良好的控制效果，從曲線可以看出整個控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性較好，最后可以達到消除靜態(tài)誤差效果。此外，控制系統(tǒng)也具有良好的動態(tài)性能，還可以從那個圖中看出系統(tǒng)具有較快的響應(yīng)速度，大約4秒就已經(jīng)到穩(wěn)定狀態(tài)，最后可以看出系統(tǒng)的上升曲線平滑，且超調(diào)量很小，因此，模糊PID動態(tài)切換控制器的控制性能超過了PID和

52、模糊控制器。4.3.2 結(jié)果分析通過對常規(guī)PID控制器，模糊控制器，和模糊PID動態(tài)切換控制器模型進行仿真可得到一組基于不同控制策略的系統(tǒng)響應(yīng)曲線如圖4-7圖所示：圖 4-7 不同控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線由圖4-7可以看出，在階躍信號的作用下，如果只是在控制系統(tǒng)使用常規(guī)PID控制器，系統(tǒng)能夠達到?jīng)]有穩(wěn)態(tài)誤差的效果，但從圖上可以看出，它的響應(yīng)曲線在1.8s左右超調(diào)量比較大，不能夠達到比較好的動態(tài)響應(yīng)。如果在同一系統(tǒng)中只是使用模糊控制器，從圖中可以看到超調(diào)量減小了很多，而且具有良好的動態(tài)響應(yīng)性能，但從響應(yīng)曲線上能夠明顯的看出，穩(wěn)態(tài)誤差在控制系統(tǒng)中是不能夠消除的，因此這種控制器的控制精度是不夠的。最后

53、當(dāng)系統(tǒng)采用Fuzzy-PID動態(tài)切換控制器，從圖中能夠看出系統(tǒng)具有良好的快速性，在1.5s左右即達到穩(wěn)態(tài)，單就系統(tǒng)響應(yīng)的快速性而言，這種控制器優(yōu)于PID控制器和模糊控制器。另外，可以看出系統(tǒng)不僅快速性增強，它的超調(diào)量也得到了很大的改善。提高了整個控制系統(tǒng)的動態(tài)性能。4.3 本章小結(jié)本章結(jié)合PID控制器穩(wěn)態(tài)精度高和Fuzzy控制器動態(tài)性能好的優(yōu)點，提出了一種Fuzzy-PID動態(tài)切換控制器，并且搭建了仿真模型通過Simulink進行了仿真和分析。由上述分析可以得到結(jié)論：結(jié)合了模糊控制器和PID控制器優(yōu)點的新型控制器模糊PID動態(tài)切換控制器，和常規(guī)的PID控制器、模糊控制器相比，控制器的動態(tài)性能和

54、靜態(tài)性能都有了很大的提高。南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）第五章 結(jié)論與展望本文首先研究了常規(guī)PID控制器的原理和控制結(jié)構(gòu)，其次又研究了模糊控制器的原理和控制結(jié)構(gòu)，最后在對PID和模糊控制器的優(yōu)缺點分析的基礎(chǔ)上，從理論上分析了如何設(shè)計出結(jié)合它們優(yōu)點的模糊PID動態(tài)切換控制器，并進行了設(shè)計和仿真，其目的在于探索出一種能有效地提高控制系統(tǒng)的控制性能、抗干擾能力等的一種控制器。本文的主要研究內(nèi)容成果如下：l、研究了常規(guī)PID控制器的原理和控制器結(jié)構(gòu)，并通過仿真得出的圖像分析了比例，積分，微分作用對控制性能的影響以及簡單的介紹了PID參數(shù)整定的作用與分類以及通過臨界比例度法對PID控制器的參數(shù)進行整

55、定。2、研究了模糊控制器模糊控制的特點，系統(tǒng)組成以及模糊控制器的分類，重點介紹了模糊控制器的結(jié)構(gòu)與規(guī)則設(shè)計，最后對設(shè)計好的模糊控制器進行了仿真與分析的出了模糊控制器的控制效果圖。3、針對PID和模糊控制的優(yōu)點及這兩種控制器在控制過程中存在的缺點展開分析與研究，提出模糊PID動態(tài)切換控制器的設(shè)計與仿真，并分析了和確定了模糊控器制與PID控制器的切換條件；根據(jù)動態(tài)切換條件來構(gòu)思和設(shè)計模糊PID動態(tài)切換控制器，并對模糊PID動態(tài)切換控制控制器進行仿真，驗證了該控制器的可行性與良好的控制品質(zhì)。4、將動態(tài)切換控制器的仿真效果圖與PID控制、模糊控制器的仿真結(jié)果作比較，通過仿真結(jié)果的對比驗證了模糊PID動態(tài)切換控制控制器對提高系統(tǒng)控制性能有很好的品質(zhì)。模糊PID動態(tài)切換控制器的發(fā)展前景是十分可觀的，沒有一種控制器比PID調(diào)節(jié)規(guī)律更有效、更方便的了。而模糊PID動態(tài)切換控制是在PID控制器的基礎(chǔ)上引入模糊控制器這樣不僅有了PID的各種優(yōu)點，還能消除PID本身存在的一些缺點。參考文獻1 劉金琨先進PID控制及其MATLAB仿真M第2版北京：電子工業(yè)出版社，20032 謝克明，劉文定，謝剛.自動控制原理M.北京:兵器下業(yè)出版社，19973 金以慧.過程控制M第