参数自整定模糊PI控制器设计与仿真

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基于MATLAB模糊自整定PID控制器的设计与仿真

基于MATLAB模糊自整定PID控制器的设计与仿真

nq知 l表, 和榄糊避辑的 则推理 为珊 l 沱壤础.采用讣雄
与 。均成取大螳 ,同时 为避免 系统 在矬定 值附近 m脱掀
机拄 制技 术构 j戊的一种 具钉 厦馈通 道的闭环数 ≯控制系统 雠糊控制脲理 土坚包括 雎Ip的模糊 鲢化处理 、摸糊 摊 制脱 lllJ、模蝴决策 、0:模糊化处理 等环竹组成的馁糊控 捌 ;}= l}
仪需要 f研的经骑羽I技巧.m儿十分龆时 删I埘.靠实际 控制系统控 制过 III.Ill r噪声 .饥栽扰动平fI 他 · 环 境条件变化的蟛 响,受控址 襁参数.模型结构均将发生变
脚 I 榄蝴 PID控 制吊龇 · 拘罔
化 这 种恃税 下.1采用 常规 PID捕制器雕以获樽满意舳 控制效 .『flj模糊杜制 依赖被拄卅 象精确的数学 模 . 是在总童l Ji拇作 始jI禽玷础 l 炎现 自动控制的一种手段。本文 应 用模糊推删l的方法实现时 PID参数的在线 自动档定 ,弹 依 此 殳计lf1 -般挎{l}lj系统 的模糊参数 一憔定 PID控制器 齄千。MATLAB的仿真结 槊丧f蝣,与常舰 PID控制 系统相 比,改泄仆能 挟得 世优 的舟榨性 和动、静态性及县有 良好 旧m &m I:
表 2 K.模 糊 规 则 表
NB NM NS O PS PM PB
NB NB N B NM NM O O
NB NB NM NM NS O O
NM NM NS NS O PS PS
NM NS NS O Ps NM PM
1, O,K,t=1。
在 调 试 中 ,可 以 知 道 :模 糊 控 制 器 输 入 变 量 的 量 化 因 子 、 对 控 制 系统 的动 态 性 能 影 响较 大 , 选 得 较 大 , 系统 的 超 调 较 大 ,过 渡 时 间较 长 。 选 得 较 大 ,超 调 减 小 ,并且 越 大系统超调越小 ,但系统 的响应速度 会变 慢 。实 际 ,量 化 因 子 和 二 者 之 间 也 相互 影 响 。

基于MATLAB的模糊自整定PID参数控制器的设计与仿真

基于MATLAB的模糊自整定PID参数控制器的设计与仿真
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。
2模糊自整定PID参数控制策略与 整定原则
杨咏梅:硕士研究生
国家自然科学基金资助项目(G0501080160302001) 电话:010-62132436.62192616(T/F)
4模糊自整定PID参数控制系统仿真

0.5
I.0
1 5 20
25
30
(2)输出KP、KI、KD的隶属函数曲线
图2隶属函数曲线图
(3)模糊控制规则表
根据上述的PID参数整定原则及专家经验,可以
列出输出变量KP、KI、KD的控制规则如表1-3所
示。 3.2模糊控制器的编辑
在SIMULINK环境对图1所示的模糊自整定PID 参数控制系统编辑,得到如图3所示的系统仿真框 图。在系统仿真时,我们选择被控对象的传递函数为: G(s)=l/(2Sz+3s+1)。然后按SIMUL]NK仿真的正确步骤 选择计算步长、模拟示波器X/Y轴参数等进行仿真运 算。
b模糊控制器的控制规则对模糊自整定PID参数 控制系统中的参数影响较大。这将直接影响系统的调 节效果.应对模糊控制器的FIS规则语句的权值和控 制规则表作适当的修改和调整。
图4 PID控制系统响应曲线 图5模糊自整定PID参数控制系统响应曲线
c.采用Fuzzy和PID复合控制的算法,系统的响 应速度加快、调节精度提高、稳态性能变好,而且没有 超调和振荡.具有较强的鲁棒性。这是单纯的PID控 制难以实现的,它的一个显著特点就是在同样精度要 求下,系统的过渡时间变短,这在实际的过程控制中 将有重大的意义。

模糊自适应PID参数自整定控制器的研究

模糊自适应PID参数自整定控制器的研究

2 模 糊 PD控 制器 的设 计 I 由 于 PD 控 制 器 的参 数 比较 难 整定 , 对 这一 问题 , 文 设 I 针 本
计 了模 糊 PD控 制 器 , 普 通 的 PD 控 制 相 比 , 具 有 易 于 对 I 与 I 它 不 确 定 系统 或 非 线 性 系统 进 行 控 制 、对 被 控 对 象 的 参 数 变 化 有 较 强 的鲁 棒 性 、对 外界 的干 扰 有 较 强 的抑 制 能 力 等 特 点 。 模 糊
张 燕 红 ( 州工 学院 电子信 息与 电气工程 学院 , 苏 常州 2 3 0 ) 常 江 1 0 2


当控 制 系统 中的被 控 对 象存 在 纯 滞后 、 变 或 非 线 性 等 复 杂 因素 时 , 通 的 PD控 制 器 的 控 制 效 果 很 难 达 到 较 好 的 时 普 I
近年来 ,I PD控 制 及 其 相 应 的 改 进 型 的 PD 控 制 已经 被 广 I 泛 地 应用 于各 个 领 域 中 ,但 是 当控 制 系统 中 的被 控 对 象 存 在 非 线 性 、 变 性 和 不 确 定 性 等 因素 , 用 常 规 PD 控 制 , 难 达 到 时 采 I 很 较好 的控 制 效 果 , 且 在 PD控 制 器 中 , 数 的 整 定 也 一 直是 比 而 I 参 较 困 难 的 , 其 是 被 控 对 象 的 参数 发 生 变化 的 时候 , 前 的 PD 尤 之 I 控制 器 的参 数 很 难适 应 新 的变 化 的被 控 对 象模 型 , 因此 。 针对 这
控 制 效 果 , 对 这 一 问题 , 用模 糊控 制 和 自适 应 控 制 的知 识 , 计 了模 糊 自适 应 PD 参 数 自整 定控 制 器 , 控 制 器 的 比 针 应 设 I 此 例 系数 、 分 系数和 微 分 系数 可根 据 模 糊 推 理规 则进 行 在 线 调 整 。仿 真 结 果表 明 , 积 该控 制 方 法 提 高 了 系统 的 动 、 态特 性 , 静

电液比例位置系统模糊自整定PID控制器设计与仿真研究

电液比例位置系统模糊自整定PID控制器设计与仿真研究
维普资讯
20 0 7年第 1 2期
液压与 气动
2 3
电液 比例位 置 系统模 糊 自整 定 P D控 制器 设计 与仿 真研 究 I
郭 振 兴 ,房 建 东 ,房 彦 伟
S m u a i n Re e r h o z y S l- u i D Co r l r Ba e i l to s a c f Fu z e f t n ng PI nt o l s d e o e t o h d a l o o to a sto nt o y t m n El c r — y r u i Pr p r i n lPo ii n Co r lS s e c
GU( h n x n .FANG Ja — o g.FANG Ya — i )Z e — i g in d n n we
( 内蒙古 工业 大学 信息工程学院 , 内蒙 呼和浩特
O05 ) l0 1
摘 要 : 电液 比例 位 置 系统 是一 种 非线性 、 时变性 系统 , 其参 数具 有 非线性 特性 , 用的线 性化模 型 基础 常
关 键词 : 电液 比例 ;模糊控 制 ;参数 自整定 ;系统仿 真
中 图分 类 号 : P 7 . 文献标 识码 : 文章 编号 :0 04 5 (0 7 1.0 30 T 2 32 B 10 .8 8 2 0 )20 2 4
0 引 言
应情况, 用模糊推理 , 运 自动实 现 对 P D参 数 的最 佳 I 调整 , 这就 是模糊 自适应 P D控 制 。 I 将 模糊 控 制 和 P D控 制 两者 结 合起 来 , 具有 模 I 既 糊 控制适 应 性强 的优 点 , 具有 P D控 制 精度 高 的特 又 I 点, 针对 具 有非线 性 、 变 性 的 电 液 比例 位 置 系统 , 时 可 以取得 良好 的 控 制 效 果 。 国 内 外 学 者 采 用 不 同 的 方 法 , 出 了多种模糊 P D控 制策 略 。本 文对 电液 比例 提 I 位 置控制 系 统 应 用 了模 糊 自整 定 P D控 制 器并 与 常 I 规模 糊 P D控 制器进 行 系 统仿 真 研 究对 比 , 真 结果 I 仿 表 明 , 用模 糊 自整定 P D控 制器 控制效 果更 好 。 采 I

一种模糊-PI双模控制系统的仿真与设计

一种模糊-PI双模控制系统的仿真与设计

一种模糊-PI双模控制系统的仿真与设计PI 控制作为PID 控制的典型代表,以其算法简单、鲁棒性好及可靠性高,被广泛应用于工业过程控制和运动控制中。

但传统PI 控制适用于建立精确的数学模型的确定性控制系统,而大多数工业过程不同程度地存在非线性、大滞后、参数时变性和模型不确定性,因此普通的PI 控制器难以获得满意的控制效果。

模糊控制不要求被控对象的精确模型且适应性强,能够克服传统PI 控制器的缺点,可以将模糊控制器与PI 控制器结合起来构成复合控制器,模糊-PI 双模控制同时具备PI 控制的稳态性能和模糊控制的动态性能,起到良好的控制效果。

1 模糊-PI 双模控制系统结构模糊-PI 双模控制系统由模糊控制器(FC)和PI 控制器并联组成,并由控制开关进行模式选择,其结构如图1 所示。

其工作原理是当系统偏差较大,落在某个阈值A 以外时,就采用模糊控制以获得良好的动态性能;当系统偏差较小,落在阈值以内时,就采用PI 控制以获得较好的稳态性能。

控制开关的控制规则可以描述为: 2 模糊-PI 双模控制系统的设计2.1 被控对象的选取在控制工程实践中,典型的二阶系统很常见,即便对于许多高阶系统,在一定条件下也可近似作为二阶系统来研究。

广义对象系统的传递函数可近似看为:其中K1、K2 是根据控制对象的变化可以取不同的数值来模拟系统的非线性特征。

2.2 PI 控制器设计为获得较好的稳态控制效果,普遍采用PI 控制,也就是在系统中加入1 个比例放大器和1 个积分器。

通过参数整定得到PI 控制器的参数为Kp=0.5,Ki=8,单位阶跃响应曲线如图2 所示。

2.3 模糊控制器设计2.3.1 确定输入、输出隶数度函数模糊控制器采用二维结构,以偏差e 和偏差变化率ec 作为模糊控制器的输入信号,将模糊控制。

参数自整定模糊PID控制器的设计与仿真

参数自整定模糊PID控制器的设计与仿真
PI c n r li e i n d t u r n e h n e f r n e s p r s in a t b lt ft e Co pe a g D o to sd sg e o g a a t e t e i t re e c u p e s o nd sa iiy o h m l x L r e
结果表 明 :增量 式输 出方 法 时控 制效 果更好 ,并具 有零超 调 、无静 差、过 渡 时间短 、稳定性好
等特 点.根据 实验 结果 ,总 结 出了调整模 糊 PD控 制 器各参 数的一 般规律 和 设计 方法. I
关键词 :参数 自整 定 ;模糊 PD控 制 器 ;位置 式 ;增量 式 I
输 入 和反 馈 信 号 ,计 算 实 际 值 和 理 论 值 的偏
差 P七 以及 当前 的 偏 差 变 化 e() () o ,然 后 根 据 七
模 糊 规 则 进 行 模 糊 推 理 ,再 对模 糊 参 数 进 行
解模 糊 ,输 出P D 节 器 的 比例 、积分 、微 分 I调
系数 , 后 通 过传 统 PD控 制 器控 制 被 控 对 象 . 最 I 由此 可 见 , 个模 糊 PD控 制 系 统 的关 键 就 是 整 I 设计 合 适 的模 糊 控 制 器 .

第 2卷 5
第3 期

段 五星等 :参数 自 整定模糊 PD控制器 的设计 与仿 真 I
5 3
可 得 对应 的量 化 因子 =
=6,
= ..由于模 糊 控 制 器 的精 度 限制 和 系统 的非 线 性性 质 ,在仿 01
sa i t. ial h e ea ue r du t gtep rmeesa dtemanmeh d f e inn e tbl y Fn l teg n rl lsf jsi aa tr n h i t o so sg i gt i y r oa n h d h

PID控制器设计与参数整定方法综述

PID控制器设计与参数整定方法综述

PID控制器设计与参数整定方法综述一、本文概述本文旨在全面综述PID(比例-积分-微分)控制器的设计与参数整定方法。

PID控制器作为一种广泛应用的工业控制策略,其设计的优劣直接影响到控制系统的性能和稳定性。

因此,深入理解并掌握PID控制器的设计原则与参数整定方法,对于提高控制系统的性能具有非常重要的意义。

本文将首先介绍PID控制器的基本原理和组成结构,包括比例、积分和微分三个基本环节的作用和特点。

在此基础上,详细阐述PID控制器设计的一般步骤和方法,包括确定控制目标、选择控制算法、设定PID参数等。

本文还将重点介绍几种常用的PID参数整定方法,如Ziegler-Nichols法、Cohen-Coon法以及基于优化算法的参数整定方法等,并对这些方法的优缺点进行比较分析。

本文将结合具体的应用实例,展示PID控制器设计与参数整定方法在实际工程中的应用效果,以期为读者提供有益的参考和借鉴。

通过本文的阅读,读者将能够全面了解PID控制器的设计与参数整定方法,掌握其在实际应用中的技巧和注意事项,为提高控制系统的性能和稳定性提供有力的支持。

二、PID控制器的基本原理PID(比例-积分-微分)控制器是一种广泛应用于工业控制系统的基本控制策略。

它的基本工作原理是基于系统的误差信号(即期望输出与实际输出之间的差值)来调整系统的控制变量,以实现对系统的有效控制。

PID控制器的核心在于其通过调整比例、积分和微分三个环节的参数,即比例系数Kp、积分系数Ki和微分系数Kd,来优化系统的动态性能和稳态精度。

比例环节(P)根据误差信号的大小成比例地调整控制变量,从而直接减少误差。

积分环节(I)则是对误差信号进行积分,以消除系统的静态误差,提高系统的稳态精度。

微分环节(D)则根据误差信号的变化趋势进行预测,提前调整控制变量,以改善系统的动态性能,抑制过冲和振荡。

PID控制器的这三个环节可以单独使用,也可以组合使用,以满足不同系统的控制需求。

基于Matlab的参数模糊自整定PID控制器的设计与仿真

基于Matlab的参数模糊自整定PID控制器的设计与仿真
第 1 9卷 第 6期
20 0 8年 1 2月
中原 工 学 院 学 报
J OURNAI 0F ZH0NGYUAN UNI RS TY 0F TECH N0L VE I 0GY
V0 . 9 NO 6 11 .
De ., 08 c 20
文章 编 号 : 6 1 9 6 2 0 ) 6 0 6 —0 1 7 —6 0 ( 0 8 0 — 0 8 4
2 参 数 模 糊 自整定 P D 控 制 器 设 计 I
取当前采样值
2 1 设 计 论 域 和 模 糊 规 则 表 .

e )r )v ( =( - 1 k k
输 入 变量 I 和 l 语 言 值 的模 糊 子 集 取 为 { l c e l 负 大, 负中 , 负小 , , 小 , 中 , 大 } 并 简 记 为 { 零 正 正 正 , NB, NM , ~S, ,P S,P ,PB} 论 域 为 { 3 3 . M , 一 , } 以 k 、 k k 、 3个参数 作 为输 出变量 , k、 模糊 量 的模 k 、 k 糊子集 取 为 { 大 , 中 , 小 , , 小 , 中 , 大 } 负 负 负 零 正 正 正 , 并 简记 为 { NB, NM , ,Z NS O,PS, M ,P , 的 P B} k 论 域 为 { . ,. }k 一0 3 0 3 , 的论 域 为 { . 6 0 0 } k 一0 0 , . 6 , 的论域 为 { , }其 中 NB、 一3 3 . PB取 S形 隶 属度 函数 ,
1 参 数 模 糊 自整 定 P D 控 制 原 理 I
参数 模糊 P D 自整 定控 制 是 以误 差 l { I 和误 差 变 e
化 lC 作 为 模 糊 P D 控 制 器 的 输 入 , 以 满 足 不 同 时 l e I 可
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中图 分 类 号 : T P 3 9 1 文献标识码 : A 文 章编 号 : 1 0 0 3 — 5 1 6 8 ( 2 0 1 5) 0 1 — 0 0 O l 一 0 3
De s i g n a n d S i mu l a t i o n o f Pa r a me t e r S e l f - t u n i n g F u z z y P I Co n t r o l l e r
在 自动 控 制 领 域里 . P I 控 制 方 法 是 目前 运 用 最 广 泛 、 最 成 熟 的 控 制 方 法 ,根 据 其 理 论 设 计 出 的 控 制 器 已 经 应 用 到 各 种 工 业 和 生 活环 境 中 。 目前 大 多 数 是 通 过 大量 实 验数据来 分析选取 K p 、 K i ,或 者 依 靠 经 验 来 选 择 合 适 参 数. 而 且 获 得 的数 据 还 需 要 不 断 修 正 , 使 得 设 计 过 程 较 为
电 子信 息 与计 算 机 技 术 ・
参 数 自整 定模 糊 P I 控 制器 设 计 与仿 真
周 洵 文 小 玲 邹 艳 华
( 武汉工程大学 电 气 信息 学 院 , 湖北 武汉 4 3 0 2 0 5 )
摘 要 : 针对P 1 控制 方法的参数难 以整定 的问题 , 在 H 控制方 法的基础 上结合模 糊控制理论设 计 了一 种参
Th i s me t h o d h a s b o t h t h e a d v a n t a g e s o f h i g h PI c o n t r o l p r e c i s i o n ,s i mp l e s t r uc t u r e ,a n d g o o d r o b u s t n e s s a n d f a s t r e s p o n s e c h a r a c t e r i s t i c s o f f u z z y c o n t r o 1 .M ATL AB s i mu l a t i o n c o mp a r i s o n e x p e r i me n t i s c o n d u c t e d f o r t wo k i n d s o f c o n t r o l l e r s , c o n ir f mi n g t h e b e t t e r s t a b i l i t y a n d e ic f i e n c y o f f u z z y p a r a me t e r s e l f - t un i n g P I c o n t r o l l e r . Ke y wo r d s: P I c o n t r o l ; f u z z y c o n t r o l ; M ATALB
数 自调 整模 糊 P I 控制 器, 判 断误 差及 误 差 变化 率 的模 糊 范 围 , 对 比例 和 积 分 系数 进 行 修 正 . 使 P I 参 数 调 整 到
最佳 。该 方法既有 P I 控 制精度 高、 结构简单 的优 点, 又有模糊控制鲁棒性好 、 响应速度快等特点。对两种控 制 器进行 MA T L A B仿真对 比实验 , 证 实了模 糊参数 自整定 P I 控制 器具有更好 的稳定性和 高效性。 关键词 : P I 控制 ; 模糊控制 ; 参数 自整定
Ab s t r a c t :I n v i e w o f t h e d i ic f u l t y i n t u n i n g p a r a me t e r s of P I c o n t r o l me t h o d ,By c o mb i n i n g t h e f u z z y c o n t r o l t h e o r y wi t h P I c o n t r o l me t h o d , a p a r a me t e r s e l f - t u n i n g f u z z y P I c o n t r o l l e r i s d e s i g n e d . Th e p r o po r t i o n a l a n d i n t e g r a l p c o r r e c t e d b y j u d g i n g t h e f u z z y r a n g e o f e r r o r a n d i t s c h a n g i n g r a t e i n o r d e r t o a c h i e v e t h e O p t i mi z e d P I p a r a me t e r s .
总 5 5 5期第 1 期
2 0 1 5年 1 月

河南 科 技
J o u r n a l o f He n a n S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y
Vo 1 . 5 5 5. No . 1
J a n, 2 0 1 5
Z h o u Xu n We n Xi a o l i n g Z o u Ya n h u a
( S c h o o l o f E l e c t r o n i c s a n d I n f o r ma t i o n E n g i n e e r i n g , Wu h a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y Wu h a n , Hu b e i 4 3 0 2 0 5 )
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