毕业设计（论文）基于MATLAB的模糊PID控制器的设计及其实现

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1、沈阳化工大学本科毕业论文题 目： 基于MATLAB的模糊PID控制器的设计及其实现_ 院 系： 信息工程学院_ _ 专 业： 电气工程及其自动化_班 级： 电气 0703_ 学生姓名： _ 指导教师： _ 论文提交日期：2011年6月27日论文答辩日期：2011年6月28日毕业设计（论文）任务书电气工程及其自动化专业0703班学生毕业设计（论文）题目：基于MATLAB的模糊PID控制器的设计及其实现毕业设计（论文）内容：1. 学习模糊控制理论；2. 学习MATLAB仿真软件；3. 设计fuzzy-PID仿真控制系统毕业设计（论文）专题部分：模糊PID MATLAB仿真控制系统的设计 起止时间：

2、2011年3月-2011年6月指导教师： 签字 年 月 日教研主任： 签字 年 月 日学院院长： 签字 年 月 日内容摘要PID（比例 积分 微分）控制具有结构简单、稳定性能好、可靠性高等优点,尤其适用于可建立精确数学模型的控制系统。而对于一些多变量、非线性、时滞的系统，传统的PID控制器并不能达到预期的效果。随着模糊数学的发展，模糊控制的思想逐渐得到控制工程师们的重视，各种模糊控制器也应运而生。而单纯的模糊控制器有其自身的缺陷控制效果很粗糙、控制精度无法达到预期标准。但利用传统的PID控制器和模糊控制器结合形成的模糊自适应的PID控制器可以弥补其缺陷；它将系统对应的误差和误差变化率反馈给模糊

3、控制器进而确定相关参数，保证系统工作在最佳状态，实现优良的控制效果。论文介绍了参数自适应模糊PID控制器的设计方法和步骤。并利用MATLAB 中的SIMULINK 和模糊逻辑推理系统工具箱进行了控制系统的仿真研究，并简要地分析了对应的仿真数据。关键词: 经典PID控制; 模糊控制; 自适应模糊PID控制器; 参数整定; MATLAB仿真ABSTRACTPID(Proportion Integration Differentiation) control, with lots of advantages including simple structure, good stability and

4、 high reliability, is quite suitable to establish especially the control system which accurate mathematical model is available and needed. However, taken multivariable, nonlinear and time-lag into consideration, traditional PID controller can not reach the expected effect. Along with the development

5、 of Fuzzy Mathematics, control engineers gradually pay much attention to the idea of Fuzzy Control, thus promoting the invention of fuzzy controllers. However, simple fuzzy controller has its own defect, where control effect is quite coarse and the control precision can not reach the expected level.

6、 Therefore, the Fuzzy Adaptive PID Controller is created by taking advantage of the superiority of PID Controller and Fuzzy Controller. Taken this controller in use, the corresponding error and its differential error of the control system can be feed backed to the Fuzzy Logic Controller. Moreover, t

7、he three parameters of PID Controller is determined online through fuzzification, fuzzy reasoning and defuzzification of the fuzzy system to maintain better working condition than the traditional PID controller. Meanwhile，the design method and general steps are introduced of the Parameter self-setti

8、ng Fuzzy PID Controller. Eventually, the Fuzzy Inference Systems Toolbox and SIMULINK toolbox are used to simulate Control System. The results of the simulation show that Self-organizing Fuzzy Control System can get a better effect than the Classical PID controlled evidently.Keywords: Classic PID co

9、ntrol; Fuzzy Control; Parameters tuning; the Fuzzy Adaptive PID Controller; MATLAB simulation目 录 第一章 绪论11.1 课题研究的背景及学术意义11.2 经典PID控制系统的分类与简介21.2.1 P控制21.2.2 PI控制21.2.3 PD控制21.2.4 比例积分微分（PID）控制21.3 模糊逻辑与模糊控制的概念31.3.1 模糊控制相关概念31.3.2 模糊控制的优点41.4 模糊控制技术的应用概况41.5 本文的研究目的和内容5第二章 PID控制62.1 PID的算法和参数62.1.1

10、位移式PID算法62.1.2 增量式PID算法72.1.3 积分分离PID算法72.1.4 不完全微分PID算法82.2 PID参数对系统控制性能的影响92.2.1 比例系数KP对系统性能的影响92.2.2 积分时间常数Ti对系统性能的影响92.2.3 微分时间常数Td对系统性能的影响92.3 PID控制器的选择与PID参数整定102.3.1 PID控制器的选择102.3.2 PID控制器的参数整定10第三章 模糊控制器及其设计113.1 模糊控制器的基本结构与工作原理113.2 模糊控制器各部分组成113.2.1 模糊化接口113.2.2 知识库123.2.3 模糊推理机123.2.4 解模

11、糊接口123.3模糊推理方式133.3.1 Mamdani模糊模型（迈达尼型）133.3.2 Takagi-Sugeno模糊模型(高木-关野)133.4模糊控制器的维数确定143.5 模糊控制器的隶属函数153.6模糊控制器的解模糊过程173.7 模糊PID控制器的工作原理18第四章 模糊PID控制器的设计194.1 模糊PID控制器组织结构和算法的确定194.2 模糊PID控制器模糊部分设计194.2.1 定义输入、输出模糊集并确定个数类别194.2.2 确定输入输出变量的实际论域204.2.3 定义输入、输出的隶属函数204.2.4 确定相关模糊规则并建立模糊控制规则表214.2.5 模糊

12、推理23第五章 模糊PID控制器的MATLAB仿真255.1 模糊控制部分的fuzzy inference system仿真255.1.1 定义输入输出变量并命名255.1.2 编辑隶属函数255.1.3 编辑模糊规则库265.2 对模糊控制器的SIMULINK建模275.2.1 将模糊系统载入SIMULINK275.2.2 在SIMULINK中建立模糊子系统275.3 PID部分的SIMULINK建模285.4 模糊PID控制器的SIMULINK建模295.5 利用子系统对控制系统进行SIMULINK建模295.6 控制系统的SIMULINK仿真研究30第六章 结束语34参考文献35致谢36

13、沈阳化工大学学士学位论文 第一章 绪论第一章 绪论1.1 课题研究的背景及学术意义随着越来越多的新型自动控制应用于实践，其控制理论的发展也经历了经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。控制器的输出经过输出接口、执行机构加到被控系统上；控制系统的被控量，经过传感器、变送器通过输入接口送到控制器。不同的控制系统，传感器、 变送器、执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器；电加热控制系统要采用温度传感器1。目前，PID控制及其控制器

14、或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用。比如，工业生产过程中，对于生产装置的温度、压力、流量、液位等工艺变量常常要求维持在一定的数值上，或按一定的规律变化，以满足生产工艺的要求。PID控制器可以根据PID控制原理对整个控制系统进行偏差调节，从而使被控变量的实际值与工艺要求的预定值一致。经典PID控制的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它因结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一，现今也在很多领域有应用。尤其是当被控对象的结构和参数不能完全掌握或得不到精确的数学模型，控制理论的其它技术难以采用，系统控制器的结构和参数又必须依靠经验和现场调试来确定时，应用PID控制技术最为方便。根据统计数据：全世界过程控制领域使用的控制器84%仍是纯PID调节器，若改进型包含在内则超过90%。1.2 经典PID控制系统的分类与