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1、广西大学实验报告纸广西大学实验报告纸姓名：胡姓名：胡 东东指导老师：胡立坤指导老师：胡立坤成绩：成绩： 学院：电气工程学院：电气工程 学院学院专专 业：控制理论与控业：控制理论与控 制工程制工程班级：研班级：研 112实验内容：倒立摆的模糊实验内容：倒立摆的模糊 PID 控制器的设计及仿真控制器的设计及仿真 【实验时间实验时间】2011 年 11 月 26 日 【实验地点实验地点】 综合实验大楼 702 过程控制实验室 【实验目的实验目的】 掌握模糊 PID 法的原理和方法，利用模糊 PID 法设计直线一级倒立摆系统 的控制器，学会运用 MATLAB 软件进行建模和仿真。 【实验设备与软件实验
2、设备与软件】 1、计算机一台 2、直线一级倒立摆系统 3、MATLAB 软件带 Simulink 软件 【实验原理实验原理】 为实现多输入多输出、高度非线性、不稳定的倒立摆系统平衡稳定控制，将 倒立摆系统的非线性模型进行近似线性化处理，获得系统平衡点附近的线性化 模型。 在分析的基础上，模糊PID控制器是以误差e和误差变化ec作为输入，根据不 同时刻的e和ec对PID 参数自整定的要求。利用模糊控制规则在线对PID参数进 行修改，由此构成模糊PID控制器，从而使系统满足瞬态和稳态性能指标。模 糊PID控制结构图如下。pKiKdK模糊推理PID控制de dt对象【实验内容、方法、过程与分析实验内
3、容、方法、过程与分析】 1、 实验内容（1）建模得到倒立摆的系统状态方程；（2）一级倒立摆模糊 PID 控制器的设计，并在 MATLAB 中仿真，记录控制曲 线； （3）仿真成功后，将所设计的控制器在倒立摆控制实际系统中进行试验。 2、实验方法 在 MATLAB 软件中对倒立摆的建模和控制器的设计，然后仿真得到稳定的结果曲线后，将设计的控制器连接到直线一级倒立摆系统进行实验。3、 实验过程与分析（1） 以小车的加速度作为输入的系统状态方程01000 0000100010 0029.4031000000100xx xxux xxyu & & & & &（2）模糊 PID 控制器的设计步骤1） 模
4、糊集及论域定义对误差e、误差变化ec及控制量Kp、Ki、Kd的模糊集及其论域定义如下： e、ec、Kp、Ki、Kd的模糊集均为NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PBe、ec、Kp、Ki、Kd的论域为 -6，-4，-2,0,2,4,6 e、ec、Kp、Ki、Kd的隶属函数图形如下2） 模糊控制规律。 找出 PID3 个参数与偏差 e 和偏差变化率 ec 之间的模糊关系，然后由 此形成模糊规律并建立模糊控制器。 PID 参数的整定必须考虑在不同时刻 3 个参数的作用及相互之间的互 连关系。一般情况下，在不同的 e 和 ec 时，被控过程对参数 Kp、Ki 及 Kd 的自整定要求可以简单的总结出以
5、下规律。表一 Kp 的控制规律ec eNB NMNSZEPSPMPBNBZEZE NMNSZEZE NSNSZEPS ZEZEPSPS PSNSZEPS PMZEZEPS PBZEZE表二 Ki 的控制规律ec eNB NMNSZEPSPMPBNBNMPS NMNMNSZE NSNMNSNS ZENSNSNS PSZEZEZE PMPBNSPS PBPBPN表三 Kd 的控制规律ec eNB NMNSZEPSPMPBNBNMPS NMNMNSZE NSNMNSNS ZENSNSNS PSZEZEZE PMPBNSPS PBPBPM3） 在 Simulink 中建立直线一级倒立摆的模型：Tran
6、sfer Fcn 11s 2Transfer Fcn0.02725den (s)Scope 1ScopeProduct 2Product 1ProductIntegrator 11 sIntegrator1 sGain 90.3Gain 7-K-Gain 625Gain 5-K-Gain 410Gain 38Gain 140Gain50Fuzzy Logic ControllerDerivative 2du/dtDerivative 1du/dtDerivativedu/dtConstant0.01在初始位置条件下，Kp、Ki、Kd 的初始值分别为 50、40、10，对控制 系统进行仿真。从仿真结果可以看出，模糊 PID 控制器具有良好的动态、 稳态性能，对角度控制效果好，但对位置是发散。如下图摆杆角度控制曲线可以看出大约 3.5 秒是达到稳定小车位置曲线可以看出小车位置是发散的【实验总结实验总结】 实验用模糊 PID 控制方法取得了较好的效果，模糊 PID 控制超调量与 PID 控制比较有所偏大，所以得到的系统动态响应曲线较好，响应时间短、动静态 性能好。但模糊 PID 控制的这些优点是基于参数整定的比较好，如果没整定理 想，就没有这么好的优点，几乎和 PID 差不多。所以参数整定比较重要。
