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1、 . . . 摘 要PID控制器是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性好和可靠性高和可靠性高，被广泛应用于工业过程控制。PID控制器提供了反馈控制，通过比例环节成比例的反应偏差信号，加快系统响应速度，提高系统的调节精度，通过积分作用反应并消除系统的稳态误差，通过微分作用预测未来偏差信号的变化趋势，改善系统动态特性。本文将模糊控制器和PID控制器结合在一起,利用模糊逻辑控制实现了PID控制器参数在线自调整,进一步完善了PID控制器的性能,提高了系统的控制精度。并把MATLAB中的Fuzzy Toolbox和SIMULINK有机结合起来,方便的实现了该自适应模糊PID控制系统的计算机
2、仿真,拓宽了Fuzzy Toolbox和SIMULINK的应用围。仿真结果表明：模糊PID参数自整定控制较常规PID控制具有较小的超调量和较短的调节时间，以与较好的动态响应特性和稳态特性。关键词：模糊控制；PID控制器；MATLAB；SIMULINK；系统仿真。AbstractPID controller is one of the first developed one of the control strategy, because of its algorithm is simple, robust and reliable and high reliability, are widel
3、y used in industrial process control. PID controller provides a feedback control through the proportional response bias signal of the aspect ratio,to speed up response time, improve the accuracy of regulation; through integral role to response to the steady-state system and eliminate errors, through
4、 differential role to predict the changes in trends of signal deviation in future;improve dynamic characteristics of the system.The using of Fuzzy logic controller makes the parameters self-adaption of PID controller possible when Fuzzy logic controller and PID controller are combined together.It al
5、so perfects the properties of PID controller and improves the precision of control system.The organic combination of Fuzzy Toolbox and SIMULINK realized the computer simulation of this self-adaptive Fuzzy PID control system conveniently,and also promotes the applicationof MATLAB.The simulation resul
6、ts show that,compared with ordinary PID control, fuzzy PID parameters of self-tuning control have smallerovershoot ,shorter regulation time and better dynamic response characteristics.Keywords: Fuzzy Logic control;PID controller;MATLAB;SIMULINK;System simulation.目 录绪论11MATLAB/Simlink简介21.1 Matlab21.
7、1.1 Matlab概述21.1.2 Matlab特点21.1.3Matlab窗口31.2 Simulink51.2.1 Simulink概述51.2.2 Simulink操作52模糊控制102.1 模糊控制基本原理102.2 模糊控制器设计102.2.1 结构设计102.2.2 论域与量化因子确定112.2.3 控制规则设计122.2.4 建立控制规则表152.2.5 建立控制表163 自适应PID控制器的设计与其在Simulink中的仿真173.1 PID控制原理173.2 模糊PID控制器在Simulink中的仿真制作203.2.1模糊控制整定P ID参数的原理203.2.2 自适应PI
8、D控制器Simulink仿真结构233.2.4 PID参数模糊自整定控制规则283.2.5 仿真结果与对比结果分析28结 论37致 38参考文献39附录A 英文原文40附录B 中文翻译50 / 绪 论PID（比例-积分-微分）控制器是工业过程控制中最常见的一种线性控制调节器，作为最早实用化的控制器已有50多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器，广泛应用于化工、冶金、机械、热工、轻工等工业过程控制系统。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。PID控制器因为结构简单、鲁棒性较强，并且具有实现简单的特点，因而被广泛应用于各种工业过程控制中。PID
9、控制器提供了反馈控制，通过比例环节成比例的反应偏差信号，加快系统响应速度，提高系统的调节精度，通过积分作用反应并消除系统的稳态误差，通过微分作用预测未来偏差信号的变化趋势，改善系统动态特性。作为一种广泛的控制规律，PID控制在相当长的一段时间，并没有因为各种先进控制算法的出现而遭到淘汰。相反，经过时间的考验，PID控制仍然在各种控制技术中占着主导地位。但PID参数复杂繁琐的整定过程一直困扰着工程技术人员，研究PID参数整定技术具有十分重大的工程实践意义。PID控制器参数整定优劣与否，是PID控制器能否在实用中得到好的闭环控制效果的一个前提。近年来，随着计算机技术的飞跃发展和人工智能技术渗透到自
10、动控制领域，各种整定PID控制器参数整定方法层出不穷，给PID控制器参数整定的研究带来了活力与契机。 另外系统稳定是控制器设计首先需要考虑的问题，只有在系统稳定的前提下，提高其它性能才是有意义的。针对上述问题，通过研究，本课题所做的主要工作和研究结果如下：首先，掌握MATLAB软件的应用，掌握MATLAB的Simulink环境的应用。其次，就PID控制器的发展过程与其基本原理作简要介绍，由于传统PID控制器存在局限性，人们设计出模糊智能PID控制器来克服。重点介绍了PID参数整定的优点，模糊参数自整定PID控制器的设计方法，通过与常规PID参数整定比较，仿真实验的结果验证了模糊PID控制器的优
11、点，通过模糊参数自整定PID控制与普通PID控制参数整定比较得知，模糊参数自整定PID控制比普通PID参数整定更具备良好的动态响应特性和抗干扰性能。然后综述了近几年在PID参数整定方面的研究发展情况。1 MATLAB/Simulink简介1.1 MATLAB1.1.1MATLAB概述MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以与数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在
12、数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完一样的事情简捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C+ ，JAVA的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到
13、MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。1.1.2MATLAB的特点1、高级语言可用于技术计算 2、此开发环境可对代码、文件和数据进行管理3、交互式工具可以按迭代的方式探查、设计与求解问题 4、数学函数可用于线性代数、统计、傅立叶分析、筛选、优化以与数值积分等 5、二维和三维图形函数可用于可视化数据 6、各种工具可用于构建自定义的图形用户界面 7、各种函数可将基于MATLAB的算法与外部应用程序和语言（如 C、C+、Fortran、Java、COM 以与 Microsoft Excel）集成。1.1.3 MATLA
14、B窗口1、主窗口介绍MATLAB主窗口是MATLAB的主要工作界面。主窗口除了嵌入一些子窗口外，还主要包括菜单栏和工具栏。(1)菜单栏 MATLAB 主窗口的菜单栏，共包含File、Edit、View、Web、Window和Help 6个菜单项。1)File菜单项：File菜单项实现有关文件的操作。2) Edit菜单项：Edit菜单项用于命令窗口的编辑操作。3) View菜单项：View菜单项用于设置MATLAB集成环境的显示方式。4) Web菜单项：Web菜单项用于设置MATLAB的Web操作。5) Window菜单项：主窗口菜单栏上的Window菜单，只包含一个子菜单Close all，用
15、于关闭所有打开的编辑器窗口，包括M-file、Figure、Model和GUI窗口。 6) Help菜单项：Help菜单项用于提供帮助信息。(2)工具栏MATLAB主窗口的工具栏共提供了10个命令按钮，这些命令按钮均有对应的菜单命令，但此菜单命令使用起来更快捷、方便。2、命令窗口 命令窗口是MATLAB的主要交互窗口，用于输入命令并显示除图形以外的所有执行结果。MATLAB命令窗口中的“”为命令提示符，表示MATLAB正在处于准备状态。在命令提示符后键入命令并按下回车键后，MATLAB就会解释执行所输入的命令，并在命令后面给出计算结果。一般来说，一个命令行输入一条命令，命令行以回车结束。但一个命令行也可以输入若干条命令，各命令之间以逗号分隔，若前一命令后带有分号，则逗号可以省略。例如：p=15,m=35p=15;m=35如果一个命令行很长，一个物理行之写不下，可以在第一个物理行之后加上3个小黑点并按下回车键，然后接着下一个物理行继续写命令的其他部分。3个小黑点称为续行符，即把下面的物理行看作该行的逻辑继续。在MATLAB里，有很多的控制键和方向键可用于命令行的编辑。3、工作空间窗
