模糊控制PID设计大作业-

1、参考教材中例子设计一包含了模糊技术与PID技术的混合智能控制器，其被控对象为：Gp(s)=4.232(s21.64s8.46)采样时间为1ms,编写matlab仿真程序，确定其在阶跃输入的响应结果，并与经典PID控制仿真结果相比较。要求详细描述控制系统的设计，控制系统工作流程，模糊系统中的输入输出的隶属函数设计及其采用的模糊规则，分析仿真结果并进行总结。表1kp的模糊规则表NBNMNSZOPSPMPBNBPBPBPMPMPSZOZONMPBPBPMPSPSZONSNSPMPMPMPSZONSNSZOPMPMPSZONSNMNMPSPSPSZONSNSNMNMPMPSZONSNMNMNMNBPB

2、ZOZONMNMNMNBNB表2ki的模糊规则表2iecNBNMNSZOPSPMPBNBNBNBNMNMNSZOZONMNBNBNMNSNSZOZONSNBNMNSNSZOPSPSZONMNMNSZOPSPMPMPSMNNSZOPSPSPMPBPMZOZOPSPSPMPBPBPBZOZOPSPMPMPBPB表3kd的模糊规则表&decNBNMNSZOPSPMPBNBPSNSNBNBNBNMPSNMPSNSNBNMNMNSZONSZONSNMNMNSNSZOZOZONSNSNSNSNSZOPSZOZOZOZOZOZOZOPMPBNSPSPSPSPSPBPBPBPMPMPSPSPSPBKp

3、,ki,kd的模糊控制规则表建立好以后，可根据以下方法进行kp,ki,kd的自适应校正。将系统误差e和误差变化ec变化范围定义为模糊集上的论域，即e,ec=-3,-2,-1,0,1,2,3其模糊子集为e,ec=NB,NM,NS,ZO,PS,PM,P用集中元素分别代表负大，负中，负小，零，正小，正中，正大。应用模糊合成推理设计PID参数的整定算法。第k个采样时间的整定为Kp(k)=kp0+Akp(k)Ki(k)=ki0+Aki(k)Kd(k)=kd0+Akd(k)在线运行过程中，控制系统通过对模糊逻辑规则的结果处理、查表和运算，完成对PID参数的在线自校正。其工作流程图如下图所示。入口FileE

4、ditViewInsertToolsDesktopWindowHelpFileEditViewInsertToolsDesktopWindowHelpn日n全心w白要/国I口图2误差变化率的隶属函数0目S3JFileEditViewInsertTooIsDesktopWindowHelp，dw9E，E口皂苦FileEdHViewInsertToolsDesktopWindowHelp图4ki的隶属函数FileEditViewInsertToolsDesktopWindowHelpRu®Viewer；fuzzpid图6模糊系统fuzzpid.fis的结构TltdlE口|回S3ViewO

5、ptionskp=-0.04ki=0.00799kd=-D.G05ec=0图7模糊推理系统的动态仿真环境在程序PIDb.m中，利用所设计的模糊系统fuzzpid.fis进行PID控制参数的整定，并利用模糊PID控制进行阶跃响应，在第300个采样时间时控制器输出端加上1.0的干扰，响应结果及PID控制参数的自适应变化如图8到13所示。回Figure1图8模*®PID控制阶跃响应S3S3Figure31=1：±±|FfleEditViewInsertTeoliDesktopWindowHelp口占si©I住|r或*园要/”|niEiiia1n11B11111

6、1-1000.511.522.53time(sj图10控制器输入uFileEditViewInsertToolsDesktopWindowHelp0口d*11用1口0050.04003002。-01j立00.01- 002- 003- 0.04- 0.0500.511.522.53time(s)图12ki的自适应调整QFigure6I1=1I回I费JFileEditViewInsertToolsDesktopWindowHelp曰七合。©|4|戈2丹夏口国！0t|3-2.5-2i'O1.5-1 r-0.5-ol1111100,511.522.63time(s)图13kd的自适

7、应调整在对三阶线性系统的控制中，利用稳定边界法进行参数整定的经典PID控制的超调量比模糊PID控制的超调量要大，但模糊PID控制存在一定的稳态误差。模糊控制用模糊集合和模糊概念描述过程系统的动态特性，根据模糊集和模糊逻辑来做出控制决策，它在解决复杂控制问题方面有很大的潜力，可以动态地适应外界环境的变化。附录1模糊系统设计程序PID_a%FuzzyTurnningPIDControlclearall;closeall;a=newfis('fuzzpid');a=addvar(a,'input','e',-3,3);a=addmf(a,'in

8、put',1,'NB','zmf',-3,-1);a=addmf(a,'input',1,'NM','trimf',-3,-2,0);a=addmf(a,'input',1,'NS','trimf',-3,-1,0);a=addmf(a,'input',1,'Z','trimf',-2,0,2);a=addmf(a,'input',1,'PS','trimf',-1

9、,1,3);a=addmf(a,'input',1,'PM','trimf',0,2,3);a=addmf(a,'input',1,'PB','smf',1,3);a=addvar(a,'input','ec',-3,3);a=addmf(a,'input',2,'NB','zmf',-3,-1);a=addmf(a,'input',2,'NM','trimf',-3,-2

10、,0);a=addmf(a,'input',2,'NS','trimf',-3,-1,0);a=addmf(a,'input',2,'Z','trimf',-2,0,2);a=addmf(a,'input',2,'PS','trimf',-1,1,3);a=addmf(a,'input',2,'PM','trimf',0,2,3);a=addmf(a,'input',2,'PB&#

11、39;,'smf',1,3);a=addvar(a,'output','kp',-0,3,0.3);a=addmf(a,'output',1,'NB','zmf',-0.3,-0.1);a=addmf(a,'output',1,'NM','trimf',-0.3,-0.2,0);a=addmf(a,'output',1,'NS','trimf',-0.3,-0.1,0);a=addmf(a,'ou

12、tput',1,'Z','trimf',-0.2,0,0.2);a=addmf(a,'output',1,'PS','trimf',-0.1,0.1,0.3);a=addmf(a,'output',1,'PM','trimf',0,0.2,0.3);a=addmf(a,'output',1,'PB','smf',0.1,0.3);a=addvar(a,'output','ki',-

13、0.06,0.06);a=addmf(a,'output',2,'NB','zmf',-0.06,-0.02);a=addmf(a,'output',2,'NM','trimf',-0.06,-0.04,0);a=addmf(a,'output',2,'NS','trimf',-0.06,-0.02,0.02);a=addmf(a,'output',2,'Z','trimf',-0.04,0,0.04);

14、a=addmf(a,'output',2,'PS','trimf',-0.02,0.02,0.06);a=addmf(a,'output',2,'PM','trimf',0,0.04,0.06);a=addmf(a,'output',2,'PB','smf',0.02,0.06);a=addvar(a,'output','kd',-3,3);a=addmf(a,'output',3,'NB'

15、;,'zmf',-3,-1);a=addmf(a,'output',3,'NM','trimf',-3,-2,0);a=addmf(a,'output',3,'NS','trimf',-3,-1,0);a=addmf(a,'output',3,'Z','trimf',-2,0,2);a=addmf(a,'output',3,'PS','trimf',-1,1,3);a=addmf(a,&#

16、39;output',3,'PM','trimf',0,2,3);a=addmf(a,'output',3,'PB','smf',1,3);rulelist=1171511;1231311;1362111;1462111;1553111;1644211;1 744511;217151122713112362111245321111;11;11;11;11;11;11;11;11;11;11;11;11;11;11;11;11;11;11;11;11;11;11;11;11;11;11;11;11;11;11

17、;11;11;11;11;a=addrule(a,rulelist);26443273443161432623336323453235443363533735441624426244353344443453534626347264515245253453444543545535456264572746154762445633556425565265662756717771447724467325674266752657617577177a=setfis(a,'DefuzzMethod','centroid');writefis(a,'fuzzpid

18、9;);a=readfis('fuzzpid');figure(1);plotmf(a,'input',1);figure(2);plotmf(a,'input',2);figure(3);plotmf(a,'output',1);figure(4);plotmf(a,'output',2);figure(5);plotmf(a,'output',3);figure(6);plotfis(a);fuzzyfuzzpid;showrule(a);ruleviewfuzzpid;附录2模糊控制程序PID

19、_b%FuzzyPIDControlcloseall;clearall;a=readfis('fuzzpid');ts=0.001;sys=tf(4.23,1,1.64,8.46);days=c2d(sys,ts,'tustin');num,den=tfdata(days,'v');u_1=0.0;u_2=0.0;u_3=0.0;y_1=0;y_2=0;y_3=0;x=0,0,0'e_1=0;ec_1=0;kp0=0.40;kd0=1.0;ki0=0.0;fork=1:1:3000;time(k)=k*ts;r(k)=1.0;%Using

20、fuzzyinferencetotuningPIDk_pid=evalfis(e_1,ec_1,a);kp(k)=kp0+k_pid(1);ki(k)=ki0+k_pid(2);kd(k)=kd0+k_pid(3);u(k)=kp(k)*x(1)+kd(k)*x(2)+ki(k)*x(3);ifk=300%addingdisturbance(1.0vattime0.3s)u(k)=u(k)+1.0;endy(k)=-den(2)*y_1-den(3)*y_2-den(4)*y_3+num(1)*u(k)+num(2)*u_1+num(3)*u_2+num(4)*u_3;e(k)=r(k)-y(k);%ReturnofPIDparameters%u_3=u_2;u_2=