1、 模 糊 控 制 器 的 仿 真 研 究模 糊 控 制 器 的 仿 真 研 究 系（院）系（院） 物理与电气工程学院物理与电气工程学院 专专 业业 电气工程及其自动化电气工程及其自动化 日日 期期 2012015 5.06.01 .06.01 第第 1 页页 模糊控制器的仿真研究 王方启王方启 （安阳师范学院 物理与电气工程学院，河南 安阳 455000） 摘摘 要要：本文对模糊控制系统的设计及仿真进行研究，对模糊控制及仿真技术 的概念、特点、发展及应用进行了论述，简述了模糊控制的基本理论。在此基础 上，详细介绍了模糊控制系统的系统组成和基本工作原理。同时，阐述了模糊控 制器的结构和基本设计方
2、法。 最后， 通过仿真结果进而对模糊控制系统进行改进。 使用MATLAB对系统进行仿真，结果表明系统的动态性能得到了提高。 关键词关键词: 模糊 PID 控制器；MATLAB；仿真 1 1 引言引言 在工程实际应用中， 应用最广泛的调节器控制规律为比例、 积分、 微分控制， 简称 PID 控制。PID 控制器问世至今已有近 70 年历史，它以其结构简单、稳定 性好、鲁棒性好，工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。但是对 一些大惯性 、非线性和时变的系统常规 PID 控制就无能为力了。由于负载扰动 或环境变化，受控过程参数和模型结构均发生变化，由于受到参数整定方法烦杂 的困扰， 常规
3、PID 控制器参数往往整定不良、 性能欠佳， 对运行工况的适应性差。 本文将模糊控制和 PID 控制结合起来， 应用模糊推理的方法实现对 PID 参数进行 在线自整定，实现 PID 参数的最佳调整，设计出参数模糊自整定 PID 控制器，并 进行了 Matlab/Simulink 仿真。仿真结果表明，与常规 PID 控制系统相比，该设 计获得了更优的鲁棒性和动、静态性及具有良好的自适应性。 模糊控制是以模糊集合论作为它的数学基础的。 模糊控制就是利用模糊集合 理论，把人的模糊控制策略转化为计算机所能接收的控制算法，进而实施控制的 一种理论和技术。 它能够模拟人的思维因而对一些无法构建数学模型的系
4、统可以 进行有效的描述和控制，除了用于工业，也适用于社会学、经济学、环境学、生 物学及医学等各类复杂系统。模糊控制与 PID 控制结合构成模糊 PID 控制既可 实现 PID 控制的功能又可实现模糊控制的作用，克服 PID 控制遇到的问题。因 此研究模糊 PID 控制具有十分重要的现实意义。 2 2 常规常规 PIDPID 控制控制 2.1 PID 控制器概述 在过去的几十年里，PID 控制器在工业控制中得到了广泛应用。在控制理论 第第 2 页页 技术飞速发展的今天，工业过程控制中 95以上的控制回路都具有 PID 结构， 并且许多高级控制都是以 PID 控制为基础的。PID 控制器由比例单元
5、（P） 、积分 单元（I） ，微分单元（D）组成。 PID 控制器具有以下优点： （1）原理简单，使用方便，PID 参数（Kp，Ki 和 Kd）可根据过程动态特性及时 调整。 （2）应用范围广，适应性强。PID 控制广泛适用与化工冶金、石油、热工等工 业生产中。 （3）鲁棒性强，即其控制品质对被控制对象特性的变化不太敏感。 PID 控制也有其固有的缺点。PID 在控制非线性、时变、耦合及参数和结构 不确定的复杂过程时，效果不是太好；最主要的是，如果 PID 控制器不能控制复 杂过程，无论怎么调参数都没用。 3 3 模糊模糊 PIDPID 控制控制 3.1 模糊控制起源 模糊控制的诞生是和社会科
6、学技术的发展与需要分不开的。 随着科学技术的 迅速发展，各个领域对自动控制系统精度、响应速度、系统稳定性与适应能力的 要求越来越高，所研究的系统也日益复杂多变。然而，由于以一系列原因，诸如 被控对象或过程的非线性、时变性多参数间的强烈耦合、较大的随机干扰、过程 机理错综复杂、各种不确定性以及现场测量手段不完善等，难以建立被控对象的 数学模型。虽然常规 PID 控制可以解决一些问题，但范围是有限的。对于那些难 以建立数学模型的复杂被控对象，采用传统控制方法，包括基于现代控制理论的 控制方法，往往不如一个有实践经验的操作人员所进行的手动控制效果好。因为 人脑的重要特点之一就是有能力对模糊事物进行识别和判决， 看起来似乎不确切 的模糊手段常常可以达到精确的目的。 人的经验是一系列含有语言变量值的条件语句和规则， 而模糊集合理论又能 十分恰当地表达具有模糊性的语言变量和条件语句。 3.2 模糊控制器的基本结构与组成 模糊控制器主要由模糊化接口、模糊推理、解模糊化接口和知识库 1 四部分 组成。模糊化接口的作用是将输入的精确量转化成模糊
