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1、学校代码 10126 学号00824018 分 类 号 TP273+.4 密级 本科毕业论文（设计）卡车倒行入库模糊控制与PID控制的对比分析学院、系 电子信息工程学院自动化系 专业名称 自动化 年 级 08级 学生姓名 XXXX 指导教师 XXXXXX 2012年 05 月04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。作为智能控制的一个重要分支，模糊
2、控制对于某些复杂控制对象具有更好的控制效果。本论文介绍了PID控制及模糊控制的概念及工作原理并就两者对小车倒行入库的控制进行了设计和对比。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。最终得出对于控制小车倒行入库这种复杂的对象，模糊控制要明显优于PID控制。关键词：经典PID控制，模糊控制，参数整定，MATLAB仿真ABSTRACTPID(Proportion Integration Differentiation) control, with lots of advantages including simple st
3、ructure, good stability and 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.
4、Along with the development of Fuzzy Mathematics, control engineers gradually pay much attention to the idea of Fuzzy Control, thus promoting the invention of fuzzy controllers. Fuzzy control which is a part of intelligent control has better effect to some complicated objects.Meanwhile，the concept an
5、d working principle are introduced of Fuzzy controll and PID control and their effects in controlling the car reversing were compared and analyzed. Eventually, the Fuzzy Inference Systems Toolbox and SIMULINK toolbox are used to simulate Control System. The results of the simulation show that Self-o
6、rganizing Fuzzy Control System can get a better effect than the Classical PID controlled evidently.Keywords: Classic PID control; Fuzzy Control; MATLAB simulation目录第一章 绪论1第二章 PID控制32.1 经典PID控制系统的分类与简介32.1.1 P控制32.1.2 PI控制32.1.3 PD控制32.1.4 比例积分微分（PID）控制32.2 PID的算法和参数42.2.1 位移式PID算法42.2.2 增量式PID算法52.2
7、.3 积分分离PID算法62.2.4 不完全微分PID算法62.3 PID参数对系统控制性能的影响72.3.1 比例系数KP对系统性能的影响72.3.2 积分时间常数Ti对系统性能的影响82.3.3 微分时间常数Td对系统性能的影响82.4 PID控制器的选择与PID参数整定82.4.1 PID控制器的选择8 PID控制器的参数整定8第三章 模糊控制93.1 模糊逻辑与模糊控制的概念93.1.1 模糊控制相关概念93.1.2 模糊控制的优点103.2 模糊控制器的基本结构与工作原理103.3 模糊控制器各部分组成113.3.1 模糊化接口113.3.2 知识库113.3.3 模糊推理机123.
8、3.4 解模糊接口123.4 模糊推理方式123.4.1 Mamdani模糊模型（迈达尼型）123.4.2 Takagi-Sugeno模糊模型(高木-关野)133.5 模糊控制技术的应用概况13第四章 基于MATLAB的汽车倒车仿真分析144.1 基于MATLAB的模糊控制下的汽车倒车仿真分析14汽车倒车模糊控制器构建144.1.2 汽车仿真系统构建144.1.3 系统的仿真及性能分析174.2 基于MATLAB的PID控制下的汽车倒车仿真分析194.2.1 PID控制汽车倒车仿真模型建立194.2.2 PID参数确定及系统仿真20两种控制下的汽车倒车仿真结果对比分析23结束语25致谢26参考
9、文献27第一章 绪论常规PID控制具有原理简单，使用方便，鲁棒性好等优点，所以到今天为止，全世界控制领域中84仍是应用PID控制1。PID控制是最早发展起来的控制策略之一，自19151940年期间PID控制器产生以来，许多先进控制方法不断推出，但PID控制器仍然是主要的控制方法。就是在1995至今，PID控制器还一直被广泛应用在现代工业过程控制中，如果包括改进的PID控制，则在各种控制系统中约有90左右的控制回路具有PID结构2。然而工业对象普遍存在非线性、时变性和不确定性等因素，采用常规PID控制，是在忽略系统众多不确定因素的前提下，建立模型进行控制，不能达到精确控制要求。而且对于复杂控制对
10、象，由于受到参数整定方法繁琐的干扰，常规PID控制器参数往往整定不良、性能欠佳，对运行环境的适应性也较差。“Fuzzy Sets”的发表，标志以“Fuzzy”命名的数学-模糊数学的诞生3。在客观世界中普遍存在着三种现象：确定现象，随即现象，模糊现象，为了研究这些现象，相继产生了普通数学，统计数学，模糊数学，康托尔集合论提供了研究普通数学的基础。在康托尔集合论中，一个对象对于一个集合来说，要么属于，要么不属于，这种集合论只能表示“非此即彼”的确定现象。但在客观世界中事物多具“亦此亦彼”性，比如“年轻”与“不年轻”，“高个子”与“矮个子”，诸如此类没有明确外延，我们把没有明确外延的现象称为模糊现象
11、。模糊数学是研究模糊现象的，模糊现象又普遍存在于自然科学和社会科学中，所以模糊数学必然的被广泛应用。模糊数学的产生是历史发展的必然结果，模糊控制技术的不断发展完善，将为推动工业自动化的进程做出巨大的贡献。自扎德1965年开创“模糊集”以来，模糊集合论及相应的模糊理论有了飞跃的发展，1974年伦敦大学首次尝试利用模糊逻辑，开发了世界上第一台模糊控制的引擎，1965-1974是第一阶段，1974-1979是第二阶段，1979-现在是第三阶段。我国也是世界上模糊控制技术研究的领先者之一，在人力投入方面，比日本，欧美都多，居世界第一。我国在模糊控制方面着重通用模糊控制系统的开发，它与传统控制相比,具有
12、实时性好,超调量小,抗干扰强,稳态误差小,自动化程度高等优点。从上世纪末到本世纪初我国在模糊控制研究开发领域已有更大的发展,主要反映在模糊控制理论的研究和模糊逻辑控制产品的开发上,特别值得强调的是模糊逻辑在智能计算机与智能控制的应用与开发上也起到了重要的作用。本文以四章的篇幅首先对本课题研究的背景和意义、控制理论发展状况作了介绍。然后介绍了PID控制器算法，以对基本的PID控制器结构分析为出发点，从其控制原理规律、参数整定方法综述等方面进行了仔细的分析与讨论，并对模糊控制的概念进行了大致的阐述并对其工作原理、构成结构、分类等几个方面进行较深入的分析，列举了几个目前较纯熟的将模糊控制应用于家用电
13、器的应用实例。在文章的最后分别对本文所提出的基于MATLAB实现的模糊控制下的小车倒库与PID控制下的小车倒库进行了仿真实验研究并对两者的仿真结果进行了比较分析，并且归纳结果、概括结论。第二章 PID控制2.1 经典PID控制系统的分类与简介2.1.1 P控制这类控制输出的变化与输入控制器的偏差成比例关系，输入偏差越大输出越大。单纯的比例控制适用于扰动不大，滞后较小，负荷变化小，要求不高，允许有一定剩余误差存在的场合。在工业生产中，比例控制规律使用较为普遍，它是控制规律中最基本的、应用最普遍的一种，其最大优点就是控制及时、迅速。只要有偏差产生，控制器立即产生控制作用4。但是不能最终消除剩余误差
14、的缺点限制了它的单独使用。 2.1.2 PI控制克服剩余误差的办法是在比例控制的基础上加上积分控制。积分控制器的输出与输入偏差对时间的积分成正比。它的输出不仅与输入偏差的大小有关，而且还与偏差存在的时间有关。只要偏差存在，输出就会不断累积，一直到偏差为零，累积才会停止。所以，积分控制可以消除剩余误差。2.1.3 PD控制当被控对象受到扰动作用后，被控变量没有立即发生变化，而是有一个时间上的延迟。因此要引入比例、微分作用，即PD控制。它比单纯的比例作用更快。尤其是对容量滞后大的对象，可以减小偏差的幅度，节省控制时间，显著改善控制质量。2.1.4 比例积分微分（PID）控制最为理想的控制当属比例-积分-微分控制。它集三者之长：既有比例作用的及时迅速，又有积分作用的消除剩余误差能力，还有微分作用的超前控制功能。当偏差扰动出现时，微分立即大幅度动作，抑制偏差的这种跃变；比例也同时起消除偏差的作用，使振荡幅度减小。由于比例作用是持久和起主要作用的控制规律，积分作用
