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《模糊自整定PID控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真.doc》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、模糊自整定PID控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真——俯仰姿態(tài)保持模糊PID控制：麗媛學(xué)號(hào)：2010201393課程：智能控制理論及應(yīng)用（095059）完成時(shí)間：2011年2月24日專(zhuān)業(yè)：控制理論與控制工程指導(dǎo)老師：愛(ài)軍一、設(shè)計(jì)容1、模型與設(shè)計(jì)要求（1）?某飛機(jī)縱向短周期運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程為：。其中，，，；表示迎角，表示俯仰角速率，表示俯仰角，表示升降舵偏角。飛機(jī)在某狀態(tài)下的狀態(tài)參數(shù)矩陣為：，，使用模糊PID控制器，設(shè)計(jì)跟蹤俯仰角的俯仰姿態(tài)保持閉環(huán)飛行控制系統(tǒng)，并對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析，計(jì)算俯仰角的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間。（2）
2、設(shè)計(jì)模糊控制規(guī)則。（3）在MATLAB下依據(jù)整定原理編寫(xiě)仿真程序并調(diào)試。（4）給定輸入為階躍信號(hào)，運(yùn)行程序，記錄仿真數(shù)據(jù)和曲線(xiàn)。（5）修改模糊控制規(guī)則，重復(fù)步驟4。（6）分析數(shù)據(jù)和控制曲線(xiàn)。2.報(bào)告要求（1）給出模糊控制器的設(shè)計(jì)過(guò)程和程序清單。（2）記錄仿真數(shù)據(jù)和曲線(xiàn)。（3）分析仿真結(jié)果。二、設(shè)計(jì)過(guò)程1.概述模糊PID控制器有多種結(jié)構(gòu)形式，但是工作原理基本一致，即運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)的基本原理和方法，把規(guī)則的條件、操作用模糊集來(lái)表示，把這些模糊控制規(guī)則以及相關(guān)的信息作為知識(shí)存入計(jì)算機(jī)的知識(shí)庫(kù)中，然后計(jì)算機(jī)
3、根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際響應(yīng)運(yùn)用模糊推理，可實(shí)現(xiàn)對(duì)PID參數(shù)的最佳調(diào)整。自適應(yīng)模糊PID控制器以誤差和誤差變化作為輸入，可以滿(mǎn)足不同時(shí)刻的和對(duì)PID參數(shù)自整定的要求。利用模糊控制規(guī)則在線(xiàn)對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行修改，便構(gòu)成了自適應(yīng)模糊PID控制器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1自適應(yīng)模糊控制器結(jié)構(gòu)PID參數(shù)模糊自整定是找出PID三個(gè)參數(shù)kp、ki、kd與e和ec之間的模糊關(guān)系，在運(yùn)行中通過(guò)不斷檢測(cè)和，根據(jù)模糊控制原理來(lái)對(duì)3個(gè)參數(shù)進(jìn)行在線(xiàn)修改，以滿(mǎn)足不同和時(shí)對(duì)控制參數(shù)的不同要求，而使被控對(duì)象有良好的動(dòng)、靜態(tài)性能。2.控制原理
4、PID參數(shù)的整定必須考慮到在不同時(shí)刻三個(gè)參數(shù)的作用以及相互之間的互連關(guān)系。而模糊自整定PID就是在PID控制算法的基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算當(dāng)前系統(tǒng)誤差和誤差變化率，利用模糊規(guī)則進(jìn)行模糊推理，查詢(xún)模糊矩陣表進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。模糊控制設(shè)計(jì)的核心是總結(jié)工程技術(shù)人員的技術(shù)知識(shí)和實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，建立合適的模糊規(guī)則表，得到針對(duì)、、三個(gè)參數(shù)分別整定的模糊控制表如表1至表3所示。表1的模糊控制規(guī)則表ecKpeNBNMNSZOPSPMPBNBPBPBPMPMPSZOZONMPBPBPMPSPSZONSNSPMPMPMPSZONS
5、NSZOPMPMPSZONSNMNMPSPSPSZONSNSNMNMPMPSZONSNMNMNMNBPBZOZONMNMNMNBNB表2的模糊控制規(guī)則表ecKieNBNMNSZOPSPMPBNBPSNSNBNBNBNMPSNMPSNSNBNMNMNSZONSZONSNMNMNSNSZOZOZONSNSNSNSNSZOPSZOZOZOZOZOZOZOPMPBNSPSPSPSPSPBPBPBPMPMPMPSPSPB表3的模糊控制規(guī)則表ecKdeNBNMNSZOPSPMPBNBNBNBNMNMNSZOZ
6、ONMNBNBNMNSNSZOZONSNBNMNSNSZOPSPSZONMNMNSZOPSPMPMPSNMNSZOPSPSPMPBPMZOZOPSPSPMPBPBPBZOZOPSPMPMPBPB將系統(tǒng)誤差和誤差變化率的變化圍定義為模糊集上的論域。其模糊子集為，子集中元素分別代表負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中、正大。設(shè)、和、、均服從正態(tài)分部，因此可得出各模糊子集的隸屬度，根據(jù)各模糊子集的隸屬度賦值表和各參數(shù)的模糊調(diào)整規(guī)則模型，運(yùn)用模糊合成推理設(shè)計(jì)出的PID參數(shù)模糊調(diào)整矩陣表，查出修正參數(shù)代入下式計(jì)
7、算式中、、是PID控制器的參數(shù)，、、是、、的初始參數(shù)，它們通過(guò)常規(guī)方法獲得，在線(xiàn)運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)不斷的檢測(cè)系統(tǒng)的輸出響應(yīng)值，并實(shí)時(shí)的計(jì)算出偏差和偏差變化率，然后將它們模糊化得到和，通過(guò)查詢(xún)模糊調(diào)整矩陣即可得到、、三個(gè)參數(shù)的調(diào)整量完成整定過(guò)程。3.工作流程圖在線(xiàn)運(yùn)行的過(guò)程中，控制系統(tǒng)通過(guò)對(duì)模糊邏輯規(guī)則的結(jié)果處理、查表和運(yùn)算，完成對(duì)PID參數(shù)的在線(xiàn)自校正。其工作流程圖如圖2所示。開(kāi)始對(duì)當(dāng)前值進(jìn)行采樣計(jì)算e、ece、ec量化、模糊化模糊整定,,計(jì)算當(dāng)前,,PID控制器輸出返回圖2在線(xiàn)自校正工
8、作流程圖4.應(yīng)用模糊控制工具箱設(shè)計(jì)模糊控制器（1）首先，選擇兩輸入，三輸出的模糊控制器。輸入信號(hào)為偏差信號(hào)和偏差信號(hào)的微分信號(hào)。輸出信號(hào)分別為、、信號(hào)。在Matlab模糊工具箱中建立的模糊模型如圖3所示。圖3模糊工具箱（2）測(cè)出偏差信號(hào)和誤差信號(hào)的微分信號(hào)的實(shí)際變化圍。并根據(jù)實(shí)際情況，選擇所有的論域均為，適當(dāng)?shù)倪x擇比例因子。（3）考慮到高斯曲線(xiàn)叫符合人的思維，選擇使用一部分高斯曲線(xiàn)，設(shè)計(jì)、、、、隸屬函數(shù)分別如圖4.1、4.2、4.34.4所示：圖4.1e,ec的隸屬函數(shù)圖4.2kp
