毕业论文---基于matlab的智能PID控制器的设计与仿真

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1、 引引 言言 PID 控制器以其结构简单、 稳定性好、 工作可靠、 调整方便等优点被广 泛应用于工业控制系统， 但现代工业控制系统越来越复杂， 被控对象往往表 现出时滞、 非线性、 时变性， 控制要求越来越高， 传统的 PID 控制器难以满足现 代工业控制的需求， 智能型 PID 控制器呈现出广阔的发展空间。 模糊PID 控制 器是模糊控制器和 PID 控制器的有效结合， 它兼具模糊控制和 PID 控制的优 点； 动词PID 控制器是在模糊PID控制器的基础上实现了控制规则 “动词化” ， 对 模糊 PID 控制进行了一些改进。 目前动词 PID 控制器用于实际的工业控制系统 还不多， 本文的

2、研究也仅处于软件仿真阶段。 1. PID 控制器控制器 1.1 PID 控制器的概念控制器的概念1 1.1.1 PID 控制原理 PID 控制器是一种线性闭环控制器， 它根据给定输入值 rin(t)与实际输出值 yout(t)构成控制偏差 errortrintyoutt (1.1) PID 的控制信号 u(t)由 errot(t)及其对时间的积分、 微分三部分联合作用产生： 0 1 0 ( )1 ( )( )( ) ( ) ( )( ) t D p t pid T derrot t u tkerror terrot t dt Tdt derrot t kerror tkerrot t dtk

3、dt （1.2） PID 控制器最终理想的控制效果是 errot(t)=0， 即 yout(t) = rin(t)。 将控制器 写成传递函数的形式： ( )11 ( )(1) ( ) pDpid I Us G skT skkk s E sT ss (1.3) 式中， kp比例系数， TI 积分时间常数， TD 微分时间常数； 统一用 比例系数表 示， ki为积分比例系数， kd为微分比例系数： , p idpD I k kkk T T 1.1.2 PID 三个环节的作用 比例、 微分、 积分各个环节的作用： (1)kp： 减小系统的误差， 加快系统的响应速度。 (2)ki： 消除系统的静态误差

4、， 决定积分作用的强弱。 (3)kd： 抵制偏差信号的变化趋势， 对偏差进行提前预报， 减少调节时间。 1.2 PID 控制器的种类 PID 控制器有传统 PID 控制器、 模糊 PID 控制器、 专家 PID 控制器、 以及 动词 PID 控制器等几类。 1.2.1 传统 PID 控制器 PID 控 制 器 的 参 数 整 定 是 控 制 系 统 设 计 的 核 心。 图 1.1 中 的 PID 控 制 器 表 示 的 就 是 传 统 PID 控制器， 其kp 、 ki 、 kd 三个参数在控制过程中不会自 动发生变化， 操作人员只能根据控制对象的特性在系统开始工作时选择最优的 三个参数。

5、但仅靠一组参数还不能满足系统的要 求， 在控制过程中一般还要手 动对参数进行修改， 由此造成了极大的不方便。 工业中实际应用 的 PID 控制器不 会只用传统的 PID 控制策略。 1.2.2 智能 PID 控制器 模糊 PID 控制器、 专家 PID 控制器、 以及动词 PID 控制器都是智能 PID 控制器， 它们在传 统 PID 控制器的基础上实现了很多改进。 模糊 PID 控制器 和动词 PID 控制器都是 PID 参数自整 定型控制器； 而专家 PID 根据专家经验 库， 可能调整 PID 参数， 或者直接影响输出电压 u。 本文 主要对模糊 PID 控制器 和动词 PID 控制器进

6、行研究比较， 详细介绍见后面的章节。 2.模糊模糊 PID 控制器控制器 模糊 PID 控制器全称应该叫做 “模糊参数自适应 （自整定） PID 控制器” 。 图 2.1 表示其系统 组成。 顾名思义， 模糊 PID 控制器的三个参数是能够在线调整、 实时改变的。 这是模糊PID控制器在传统PID控制器的基础上实现的重大改进。 2.1 模糊控制规则1 2.1.1 控制原理 自适应控制应用现代控制理论， 以对象特性为基础， 在线辨识对象特征 参数， 实时改变 控制策略。 在控制过程中各种信号量不易定量表示， 因此需 要模糊理论来解决问题。 自适应 模糊 PID 控制器以误差 e和误差变化 ec作 为输入， 找到输出的三个 PID 参数与 e 和 ec之间的模 糊关系。 在运行中不 断检测 e 和 ec， 利用模糊控制规则在线对 PID 参数进行修改， 以满足不 同 e 和 ec 对控制参数的不同要求， 而使被控对象有良好的动、 静态性能。 2.1.2 模糊规则 误 差e 、误 差 变 化 率