温度控制系统智能控制器的设计与仿真.doc

此文档收集于网络 如有侵权请联系网站删除 仅供学习与交流 毕业设计 论文 题目题目 温度控制系统智能控制器的设计温度控制系统智能控制器的设计 与仿真与仿真 此文档收集于网络 如有侵权请联系网站删除 仅供学习与交流 目 录 摘 要 3 3 关键词 3 3 Abstract 4 4 Key Words 5 5 1 1 绪论绪论 6 6 1 1 课题研究意义 6 1 2 课题目的及温度控制的数学模型 7 1 2 1 课题目的 7 1 2 2 温度控制的数学模型 7 1 3 研究方式 7 1 3 1PID 控制 7 1 3 2 模糊控制 8 2 2 PIDPID 控制控制 9 9 2 1 PID 控制概述 9 2 2 PID 控制算法 10 2 3 PID 控制器参数整定 11 2 3 1 ZIEGLER NICHOLS整定公式 11 2 3 2 COHEN COON整定公式 11 3 3 模糊控制模糊控制 1313 3 1 模糊控制概述 13 3 2 模糊逻辑基础 14 3 2 1 模糊控制的数学基础 14 此文档收集于网络 如有侵权请联系网站删除 仅供学习与交流 3 2 2 模糊逻辑系统的结构 15 3 3 模糊控制器的设计 16 3 3 1 模糊控制器设计要求 16 3 3 2 模糊控制器设计流程 16 4 4 温度控制系统的仿真研究温度控制系统的仿真研究 1818 4 1 仿真工具 18 4 2 PID 控制器仿真 18 4 3 模糊控制系统仿真 19 5 5 总结总结 2323 参考文献 2424 致谢 2525 此文档收集于网络 如有侵权请联系网站删除 仅供学习与交流 温度控制系统智能控制器的设计与仿真温度控制系统智能控制器的设计与仿真 摘 要 在人类的生活环境中 温度扮演着极其重要的角色 温度是工业生产中常 见的工艺参数之一 任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关 因此温 度控制是生产自动化的重要任务 对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制 所采用的加热方式 燃料 控制方案也有所不同 无论你生活在哪里 从事什 么工作 无时无刻不在与温度打着交道 模糊控温法在实际工程技术中得到了极为广泛的应用 目前已出现一种高 精度模糊控制器 可以更好的模拟人的操作经验来改善控制性能 从理论上讲 可以完全消除稳态误差 模糊自动控制是以模糊集合论 模糊语言变量及模糊 逻辑推理为基础的一种计算机数字控制 从线性控制与非线性控制的角度分类 模糊控制是一种非线性控制 用模糊逻辑实现控制 只需要关心功能目标而不 是系统的数学模型 研究的重点是控制器本身而不是被控对象 所以这种控制 系统对被控对象的参数变化不敏感 具有很强的鲁棒性 模糊控制因为有较快 的响应 能够克服非线性因素的影响等优点 本文工作主要是三个部分 介绍传统 PID 控制系统和模糊控制系统 提出 温度控制模型 进行仿真和比较 最后得出结论 关键词关键词 温度控制 PID控制 模糊控制 此文档收集于网络 如有侵权请联系网站删除 仅供学习与交流 The temperature control system of the intelligent controller design and simulation Abstract Temperature plays an extremely important role in the human living environment Temperature is one of the common industrial production process parameters Any physical changes and chemical reactions are closely related to temperature Temperature control is an important task for production automation For temperature control under different production conditions and process requirements the use of heating mode the fuel control program also vary No matter where you live what kind of work all the time and temperature of the name of dealings Fuzzy temperature control method has been very widely used in practical engineering technology Has a high precision fuzzy controller you can better simulate the human experience to improve the control performance In theory you can completely eliminate the steady state error Fuzzy automatic control based on fuzzy set theory fuzzy linguistic variables and fuzzy logic inference based on a computer numerical control From the perspective of linear control nonlinear control fuzzy control is a nonlinear control Fuzzy logic to achieve control Only need 此文档收集于网络 如有侵权请联系网站删除 仅供学习与交流 to care about the functional goals rather than the mathematical model of the system The study focuses on the controller itself rather than the controlled object So this control system is not sensitive to the parameters of the controlled object Has a strong robustness Fuzzy control because there is a rapid response Is possible to overcome the impact of nonlinear factors This work is mainly of three parts Traditional PID control system and fuzzy control system Raised the temperature control model Simulation and comparison and finally concluded Key Words Temperature control PID control fuzzy control 此文档收集于网络 如有侵权请联系网站删除 仅供学习与交流 1 1 绪论 1 1 课题研究意义 传统的温度计采集信息 不但采集精度差 实时性差 而且操作人员的劳 动强度高 不利于推广 此外由于环境因素导致的数据难以采集的问题 特别 是在工厂 火灾等的现场 工作人员不能长时间停留在现场观察和采集温度 就需要实现能够将数据采集并将其传送到一个地方集中进行处理 以节省人力 提高效率 但这样就会出现数据传输的问题 由于厂房大 需要传输的数据多 使用传统的方法容易造成资源浪费而且可操作性差 精度不高 这都在不同程 度上限制了工作的进行和展开 因此 高精度 低成本 实时性好的温度控制 系统亟待人们去开发 市场决定技术 技引导产品的开发 在这样的环境下 与温度控制相关的电子类产品的开发成为当今的研究热点 PID 调节器模型中考虑了系统的误差 误差变化及误差积累三个因素 因此 其控制性能大大地优越于定值开关控温法 其具体电路可以采用模拟电路或计 算机软件方法来实现 PID 调节功能 前者称为模拟 PID 调节器 后者称为数字 PID 调节器 其中数字 PID 节器的参数可以在现场实现在线整定 因此具有较 大的灵活性 可以得到较好的控制效果 采用这种方法实现的温度控制器 其 控制品质的好坏主要取决于三个 PID 参数 即比例值 积分值 微分值 只要 PID 参数选取的正确 对于一个确定的受控系统来说 其控制精度是比较令人 满意的 模糊控温法在实际工程技术中得到了极为广泛的应用 目前已出现一种高 精度模糊控制器 可以更好的模拟人的操作经验来改善控制性能 从理论上讲 可以完全消除稳态误差 模糊自动控制是以模糊集合论 模糊语言变量及模糊 逻辑推理为基础的一种计算机数字控制 从线性控制与非线性控制的角度分类 模糊控制是一种非线性控制 用模糊逻辑实现控制 只需要关心功能目标而不 是系统的数学模型 研究的重点是控制器本身而不是被控对象 所以这种控制 系统对被控对象的参数变化不敏感 具有很强的鲁棒性 模糊控制因为有较快 的响应 能够克服非线性因素的影响等优点 在工业过程控制中得到了广泛的 应用 模糊控制的发展也为温度控制提供了新的控制手段 本课题着力于运用 模糊控制这一新兴控制手段解决传统控制手段难以应用的温度控制 并采用当 前国际最流行的 MATLAB 软件仿真分析系统性能 此文档收集于网络 如有侵权请联系网站删除 仅供学习与交流 1 2 课题目的及温度控制的数学模型 1 2 1 课题目的 本论文以实际应用为出发点 以温度为控制对象 结合模糊控制与经典 PID 控制理论 考虑控制器的可实践性 提出了多种控制器结构 探索在结构 上消除稳态误差 提高控制精度的方法 本文的具体内容安排如下 第一部分介绍了传统 PID 控制器和传统 PID 控制系统对于温度控制的具体 操作方法 第二部分介绍了模糊控制器和模糊控制系统对于温度控制的具体操作方法 第三部分总结仿真数据 分析仿真结果 提出性能指标 比较各种控制器 性能 得出结论 1 2 2 温度控制的数学模型 在热交换过程中 经常将被加热物料的输出温度作文被控制量 而把载热 介质的流量作为控制量 载热介质流量改变后 经过一定时间才表现为输出物 料温度的变化 系统的这种表现可用含有纯滞后的传递特性描述 故而选择下 面的传递函数 1 2 作为研究函数 1 2 e s76 0 1s4 0 1 G s 1 3 研究方式 1 3 1 传统PID控制 1922 年美国的 Minorsky 在对船舶自动导航的研究中 提出了基于输出反馈 的比例积分微分 PID Proportional Integral Differential 控制器的设计 方法 标志了 PID 控制的诞生 随后 PID 控制器就以其结构简单 对模型误 差具有鲁棒性以及易于操作等特点 在大多数控制过程中能够获得满意的控制 性能 到了 20 世纪 40 年代就已在过程控制中得到了广泛的应用 PID 调节器模型中考虑了系统的误差 误差变化及误差积累三个因素 因此 其控制性能大大地优越于定值开关控温法 其具体电路可以采用模拟电路或计 算机软件方法来实现 PID 调节功能 前者称为模拟 PID 调节器 后者称为数字 PID 调节器 其中数字 PID 节器的参数可以在现场实现在线整定 因此具有较 大的灵活性 可以得到较好的控制效果 采用这种方法实现的温度控制器 其 此文档收集于网络 如有侵权请联系网站删除 仅供学习与交流 控制品质的好坏主要取决于三个 PID 参数 即比例值 积分值 微分值 只 要 PID 参数选取的正确 对于一个确定的受控系统 其控制精度是比较令人满 意 1 1 3 2 模糊控制 模糊控制理论和应用技术发展 30 年来 虽历史很短 但发展速度之快 成果之丰和世人之重视却是少有的 自从这门学科诞生以来 它产生了许多探 索性甚至是突破性的研究与应用成果 同时 这一方法也逐步成为了人们思考 问题的重要方法论 为了使模糊控制理论继续向工程化方向发展和推广 仍必 须解决许多理论问题 模糊控制系统的稳定性分析至今还没完全解决 但是 实践证明只要能准确地模仿人类的操作经验 便不会出现不稳定的现象 随着 模糊集和模糊逻辑理论的不断发展 模糊控制技术必将为工业过程控制中用常 规方法难以解决或解决不好的控制问题开辟崭新的途径 特别值得强调的是 未来模糊系统与控制的一个重要发展方向是自适应模糊控制方法的研究 模糊控制器由于不需要对象的精确模型 具有良好的鲁棒性以及具有非线 性控制特性而得到广泛应用 但是 普通模糊控制器存在余差 稳态控制精度 低 随着被控对象工作性能要求的不断提高 对控制精度的要求越来越高 这 一矛盾日益突出 所以高精度的模糊控制是模糊控制研究当中的关键问题之一 2 此文档收集于网络 如有侵权请联系网站删除 仅供学习与交流 2 2 PIDPID控制控制 2 12 1 PIDPID 控制控制概述概述 当今的自动控制技术绝大部分是基于反馈 反馈理论包括三个基本要素 测量 比较和执行 测量关心的是变量 并与期望值相比较 以此偏差来纠正 和调整控制系统的响应 反馈理论及其在自动控制中应用的关键是 做出正确 测量与比较好 如何将偏差用于系统的纠正与调节 PID 控制器系统原理框架图如图 2 1 所示 积分 比例 微分 d dt 被控对象 e t r t u t y t 图 2 1 典型 PID 控制结构 在图 2 1 中 系统的偏差信号为 在 PID 调节作用下 控制 tytrte 器对误差信号分别进行比例 积分 微分运算 其结果的加权和构成系统 te 的控制信号 送给被控对象加以控制 tu PID 控制器的数学描述为 此文档收集于网络 如有侵权请联系网站删除 仅供学习与交流 2 1 0 1 t D P I T de t u tKe te t dt Tdt 式中 为比例系数 为积分常数 为微分时间常数 p K i T d T PID 控制的比例控制的比例 积分积分 微分的分别作用微分的分别作用 比例控制的作用比例控制的作用 对当前时刻的偏差信号进行放大或衰减后作为控制信号输出 te 比例系数越大 控制作用越强 系统的动态特性也越好 动态性能主 p K 要表现为起动快 对阶跃设定跟随得快 但对于有惯性的系统 过大时会出现较大的超调 甚至引起系统振荡 p K 影响系统稳定性 比例控制虽然能减小偏差 却不能消除静态偏差 积分控制的作用积分控制的作用 积分控制的作用是累积系统从零时刻 系统启动时刻 起到当前的偏差 信号的历史过程 te 积分控制的输出与偏差存在全部时段有关 只要有足够的时间 积分 te 控制将能够消除静态偏差 积分控制不能及时地克服扰动的影响 微分控制的作用微分控制的作用 微分控制的作用是由偏差信号的当前变化率预见随后的偏差将 te te dd 是增大还是减小 增减的幅度如何 微分控制作用正比于偏差信号的当前变化率 微分控制作用的特点是 te 只能对偏差变化的速度起反应 对于一个固定不变的偏差 不论其数值 te te 多大 根本不会有微分作用输出 由于只能在偏差刚刚出现时产生很大的控制作用 微分控制可以加快系 统响应速度 减少调整时间 从而改善系统快速性 并且有助于减小超调 克 服振荡 从而提高系统稳定性 但不能消除静态偏差 2 22 2 PIDPID 控制算法控制算法 常用的 PID 控制算法 P PI PD PID 控制算法 此文档收集于网络 如有侵权请联系网站删除 仅供学习与交流 1 比例控制规律 P 采用 P 控制规律能较快的克服扰动的影响 使系 统稳定下来 但有余差 它适用于控制通道滞后较小 负荷变化不大 控制要 求不高 被控参数允许在一定范围内有余差的场合 2 比例积分控制规律 PI 在工程上比例积分控制规律是应用最广泛 的一种控制规律 积分能消除余差 它适用于控制通道滞后较小 负荷变化不 大 被控参数不允许有余差的场合 3 比例微分控制规律 PD 微分具有超前作用 对于具有容量滞后的 控制通道 引入微分控制规律 微分时间设置得当 对于改善系统的动态性能 指标 有显著的效果 因此 对于控制通道的时间常数或容量之后场合较大的 场合 为了提高系统的稳定性 减小动态偏差等可选用比例微分控制规律 如 温度或成分控制 4 比例积分微分控制规律 PID PID 控制规律是一种较理想的控制规 律 它在比例的基础上引入积分 可以消除余差 再加入微分作用 又能提高 系统的稳定性 它适用于控制通道时间常数或容量滞后较大 控制要求较高的 场合 如温度控制 成分控制等 2 32 3 PIDPID 控制器参数整定控制器参数整定 2 3 1 Ziegler Nichols整定公式 传统 PID 控制的经验公式是 Ziegler 与 Nichols 在 20 世纪 40 年代初提出的 这个经验公式是基于带有延迟的一阶传递函数模型提出的 该对象模型可以表 示为 2 3 e sL sT1 G s k 在实际的过程控制系统中 有大量的对象模型可以近似的由这样的一阶模 型来表示 如果不能物理的建立起系统的模型 我们还可以由实验提取相应的 模型参数 如果实验数据是通过阶跃响应获得的 我们可以由表 2 3 1 给出的 经验公式来设计 PID 控制器 表 2 3 1 Ziegler Nichols 整定公式 由阶跃响应整定由频域响应整定 控制器类型 KTLKTL PT kL0 5K PI0 9T kL3L0 4K0 8T PID1 2T kL2LL 20 6K0 5T0 12T 2 3 2 Cohen Coon整定公式 此文档收集于网络 如有侵权请联系网站删除 仅供学习与交流 传统的 Ziegler Nichols 整定公式经过改进 出现了各种设计 PID 控制器的 不同算法 其中 Cohen Coon 是一种类似于 Ziegler Nichols 的整定算法 若我们 从阶跃响应数据提取特征参数 则不同的控制器可以直接由表 2 3 2 中的方法 设计 表 2 3 2 Cohen Coon 整定参数 控制器 KpTiTd P 1 1 35 1 a PI 0 9 1 0 92 1 a 3 3 3 L 1 1 2 PD 1 24 1 0 13 1 a 0 27 0 36 L 1 0 87 PID 1 35 1 0 18 1 a 2 5 2 L 1 0 39 0 37 0 37 L 1 0 18 3 此文档收集于网络 如有侵权请联系网站删除 仅供学习与交流 3 3 模糊控制模糊控制 3 13 1 模糊控制概述模糊控制概述 模糊控制理论是有美国加利福利亚大学的自动控制理论专家 L Azadeh 教 授最先提出 1965 年 他在 Information Control 杂志上发表了 Fuzzy set 模糊文 一文 首次提出了模糊集合的概念 并很快被人们接受 1974 年 英国的 Mamdani 首先把模糊理论用于工业控制 取得了良好的效果 从此 模糊逻辑控制理论和模糊逻辑控制系统的应用发展很快 展示了模糊理论在控 制领域中良好的发展前景 模糊控制已成为智能控制的重要组成部分 模糊控制理论和应用技术发展 30 年来 虽历史很短 但发展速度之快 成 果之丰和世人之重视却是少有的 自从这门学科诞生以来 它产生了许多探索 性甚至是突破性的研究与应用成果 同时 这一方法也逐步成为了人们思考问 题的重要方法论 为了使模糊控制理论继续向工程化方向发展和推广 仍必须 解决许多理论问题 模糊控制系统的稳定性分析至今还没完全解决 但是 实 践证明只要能准确地模仿人类的操作经验 便不会出现不稳定的现象 随着模 糊集和模糊逻辑理论的不断发展 模糊控制技术必将为工业过程控制中用常规 方法难以解决或解决不好的控制问题开辟崭新的途径 特别值得强调的是 未 来模糊系统与控制的一个重要发展方向是自适应模糊控制方法的研究 模糊控制技术之所以具有如此强大的生命力 是因为它具有其他控制方法 不可替代的优点 其一设计时不需要建立被控制对象的数学模型 只要求掌握人类的控制经 验 其二是系统的鲁棒性强 尤其适用于非线性时变 滞后系统的控制 其三是基于模型的控制算法及系统设计方法 由于出发点和性能指标的不 此文档收集于网络 如有侵权请联系网站删除 仅供学习与交流 同 容易导致较大差异 但一个系统语言控制规则却具有相对的独立性 利用 这些控制规律间的模糊连接 容易找到折中的选择 使控制效果优于常规控制 器 最后是由工业过程的定性认识出发 比较容易建立语言控制规则 因而模 糊控制对那些数学模型难以获取 动态特性不易掌握或变化非常显著的对象非 常适用 但是模糊控制也有其自身的缺陷 其一是确立模糊化和逆模糊化的方法时 缺乏系统的方法 主要靠经验和 试凑 其二是总结模糊控制规则有时比较困难 其三是控制规则一旦确定 不能在线调整 不能很好地适应情况的变化 最后是模糊控制器由于不具有积分环节 因而稳态精度不高 3 23 2 模糊逻辑基础模糊逻辑基础 3 2 1 模糊控制的数学基础 模糊控制是建立在模糊集合和模糊逻辑的基础上的 模糊控制所用的数学 的基本概念 运算法则如下 设 U 为某些对象的集合 称为论域 可以是连续的或离散的 u 表示 U 的元 素 记作 U u 1 模糊结合 Fuzzy Sets 论域 U 到 0 1 区间的任意映射 即 U 0 1 都确定 U 的一个模 F u F u 糊子集 F 称为 F 的隶属函数或隶属度 也就是说 表示 u 属于模糊子集 F u F u F 的程度或等级 在论域 U 中 可把模糊子集表示为元素 u 与其隶属函数 的序偶集合 记为 uuF 3 1 U uuuuF F 若 U 为连续 则模糊集 F 可记作 3 2 uduuF U Fu 若 U 为离散 则模糊集 F 可记作 3 3 niuuuF ii n i F 2 1 1 2 模糊集的运算 此文档收集于网络 如有侵权请联系网站删除 仅供学习与交流 设 A 和 B 为论域中的两个模糊集 其隶属函数分别为和 则对于所有 A u B u 存在下列运算 Uu A 与 B 的并记为 A B 其隶属函数为 3 4 max uuuuuuuuuu BABABA A 与 B 的交 逻辑与 记为 A B 其隶属函数为 3 5 min uuuuuuuuuu BABABA A 的补 逻辑非 记为 其传递函数定义为 A uuuu A A 1 3 模糊逻辑推理 模糊逻辑推理是建立在模糊逻辑基础上的 它是一种不确定性推理方法 是在二值逻辑三段理论基础上发展起来的 这种推理方法以模糊判断为前提 利用模糊语言规则 推导出一个近似的模糊判断结论 在模糊逻辑和近似推理 中 有两种重要的模糊推理规则 即广义取式 肯定前提 假言推理法 GMP 和广义拒式 否定结论 假言推理法 GMT 分别简称为广义前向推理法和广义 后向推理法 GMP 推理规则可表示为 前提 1 x 为 A 前提 2 若 x 为 A 则 y 为 B 结论 y 为 B GMT 推理规则可表示为 前提 1 y 为 B 前提 2 若 x 为 A 则 y 为 B 结论 x 为 A 3 2 2 模糊逻辑系统的结构 模糊控制系统的基本结构如图3 1所示 其中 模糊控制器由模糊化接口 知识库 推理机和模糊判决接口四个基本单元组成 它们的左右说明如下 此文档收集于网络 如有侵权请联系网站删除 仅供学习与交流 传感器 输出 模糊化接 口 推理机模糊判决 接口 过程 数据 库 规则 库 模糊控制 器 图 3 1 模糊控制系统的基本结构 模糊化接口 测量输入变量 设定输入 和受控系统的输出变量 并把它 们映射到一个合适的响应论域的量程 然后精确的输入数据变换为适当的语言 值或模糊集合标识符 本单元可视为模糊集合的标记 知识库 涉及应用领域和控制目标的相关知识 它由数据库和语言 模糊 控制规则库组成 数据库为语言控制规则的论域离散化和隶属函数提供必要的 定义 语言控制规则标记控制目标和领域专家的控制策略 推理机 是模糊控制系统的核心 以模糊概念为基础 模糊控制信息可通 过模糊蕴涵和模糊逻辑的推理规则来获取 并可实现拟人决策过程 根据模糊 输入和模糊控制规则 模糊推理求解模糊关系方程 获得模糊输出 模糊判决接口 起到模糊控制的推断作用 并产生一个精确的或非的控制 作用 次精确控制作用必须经行逆定标 输出定标 这一作用是在对受控过程 进行控制之前通过量程变换来实现的 3 33 3 模糊控制器的设计模糊控制器的设计 3 3 1 模糊控制器设计要求 从系统硬件结构来看 模糊控制系统与其他常规数字控制系统一样 是用 控制器 执行机构 被控对象 敏感元件和输入输出接口等环节组成 在综合 设计阶段 根据对系统控制品质的要求 自动操作的约束条件和被控对象的数 学模型 设计出相匹配的控制器 即定义控制器的结构和参数优化 然后编制 实现算法和仿真试验验证 由于对象的复杂非线性 难以建立其精确的数学模型 所以有关对象知识 的主要来源是领域专家或操作人员的知识和经验 但这些经验并不都是以某种 现成形式存在于这些知识源中而可供挑选的 为了从中得到有用的知识 需要 做大量的工作 即要把蕴涵于知识源的知识经过理解 选择 归纳等过程抽取 此文档收集于网络 如有侵权请联系网站删除 仅供学习与交流 出来 用于形成经验型的知识模型或知识库 称知识获取 从而确定模糊控制 器的输入变量和输出变量以及它们的数值变化范围 在综合设计时要调整的参数有 1 控制器结构 2 隶属函数的形状 位置 3 规则和置信度 4 模糊推理的运算子 5 清晰化的方法 3 3 2 模糊控制器设计流程 图 3 2 给出了模糊控制器的设计流程图 设计要求 系统分析 输入输出物理量整定 控制器结构的确定 隶属函数的确定 规则库建立 运算子的确定 模糊推理方法选择 清晰化方法 模拟实验 是否达到要求 控制要求 约束条件 N Y 图 3 2 模糊控制器的设计流程 4 此文档收集于网络 如有侵权请联系网站删除 仅供学习与交流 4 4 温度控制系统的仿真研究温度控制系统的仿真研究 4 14 1 仿真工具仿真工具 MATLAB 简介简介 在科学研究和工程应用中 为了克服一般语言对大量的数学运算 尤其当 涉及矩阵运算时 编程难 调试麻烦等困难 美国 MathWorks 公司于 1967 年构 思并开发了 Matrix Laboratory 缩写 MATLAB 即矩阵实验包 软件包 经过不断更新和扩充 该公司于 1984 年推出了 MATLAB 的正式版 特别是 1992 年推出了具有划时代意义的 MATLAB4 0 版 并于 1993 年推出了其微机版 以配 合当时日益流行的 Microsoft Windows 一起使用 到 2007 年为止先后推出了 MATLAB4 x MATLAB5 x MATLAB6 x 和 MATLAB7 x 版 使之应用范围越来越广 5 SIMULINKSIMULINK 仿真工具简介仿真工具简介 SIMULINK 是 MATLAB 里的仿真工具 具有相对独立的功能和使用方法 主要 是用来实现对动态系统的建模 仿真与分析 它支持包括线性和非线性系统 连续系统 离散系统 连续和离散混合系统 而且可以支持具有多种采样的速 率的采样系统 SIMULINK 具有以下特点 1 基于矩阵的数值计算 2 高级编程语言 3 图形与可视化 4 工具箱提供面向具体应用领域的功能 5 丰富的数据 I O 工具 6 提供与其他高级语言的接口 7 支持多平台 此文档收集于网络 如有侵权请联系网站删除 仅供学习与交流 8 开放可扩展的体系结构 4 24 2 PIDPID 控制器仿真控制器仿真 在 MATLAB 命令窗口中运行命令 simulink 打开 simulink 模块 运行 File new model 再执行 View 菜单下 Library Browser 打开模块库 在模型库中 选择模块 连接后就建立了一个 PID 仿真模型 如图 4 1 所示 由式 1 2 给出系统传函 结合表 2 3 1 Ziegler Nichols 整 e s76 0 1s4 0 1 G s 定公式可得出 k 1 T 0 4 L 0 76 Kp 0 63 微分时间 0 38 积分时间 1 Ti 1 52 图 4 1 传统 PID 控制器仿真模型 整定好各参数后就可以进行仿真 仿真结果如图 4 2 所示 此文档收集于网络 如有侵权请联系网站删除 仅供学习与交流 图 4 2 传统 PID 仿真结果 由图形可得 系统延迟时间为 1 9S 最大超调量 p 0 13 延滞时间 2 4 1 9 0 5S 峰值时间 3 4 1 9 1 5S 调整时间 8 9 1 9 7S 无稳态误 d t r t s t 差 4 34 3 模糊控制系统仿真模糊控制系统仿真 由于要做 PID 模糊控制仿真 所以我们要先建立一个两输入 三输出的模 糊控制器 图 4 3 即为建立的模糊控制器 此文档收集于网络 如有侵权请联系网站删除 仅供学习与交流 图 4 3 模糊控制器 输入 e 的论域及模糊规则如图 4 4 图 4 4 输入 e 的据图参数 此文档收集于网络 如有侵权请联系网站删除 仅供学习与交流 然后依次输入 ec kp ki kd 的参数 其余的参数一样 就是论域有不同 ec 和 kd 的论域为 3 3 kp 的论域为 0 3 0 3 ki 的论域为 0 06 0 06 然后建立模糊规则 模糊规则如图 4 5 图 4 5 部分模糊规则 如图 4 6 所示为 PID 模糊控制系统结构图 PID 模糊控制器选取的输入参 数为偏差及偏差变化率 这两个参数经逻辑控制器推理出控制作用 经输出系 数放大后作用与被控对象 图 4 6 典型模糊控制系统结构图 此文档收集于网络 如有侵权请联系网站删除 仅供学习与交流 Fuzzy Logic Controller 是模糊控制器 需双击输入模糊控制器的参数 本例 设置为 FD 其设置界面如图 4 7 所示 图 4 7 模糊控制器模块的设置 在 MATLAB 命令窗口输入 FD readfis fd fis FD 为仿真模型中模糊控 制器设置的参数 fd fis 正是我们之前所建立的模糊控制器 运行之后 仿真模型便与之前编辑的模糊控制器联系起来 图 4 8 就是 PID 模糊控制器的仿真效果图 图 4 8 PID 模糊控制系统输出曲线 系统延迟时间为 1 0S 最大超调量 p 0 03 延滞时间 2 4 d t 1 9 0 5S 峰值时间 1 4 1 0 0 4S 调整时间 2 8 1 0 1S 无稳态误差 r t s t 此文档收集于网络 如有侵权请联系网站删除 仅供学习与交流 5 5 总结 性能指标是判断一个控制器优