模糊自整定PID控制系统设计与仿真

指导老师：李爱军AA一、设计内容X&=AX+BU|||| YCX。其中，X=||Lee||||||L011L0」0L0」0]0||||||0]0]0||使用模糊PID控制器，设计跟踪俯仰角的俯仰姿态保持闭环飞行控制系统，并对设计结果进行分析，计算俯仰角的超调量和调节时间。(2)设计模糊控制规则。(3)在MATLAB下依据整定原理编写仿真程序并调试。(4)给定输入为阶跃信号，运行程序，记录仿真数据和曲线。(5)修改模糊控制规则，重复步骤4。(6)分析数据和控制曲线。(1)给出模糊控制器的设计过程和程序清单。(2)记录仿真数据和曲线。(3)分析仿真结果。把规则的条件、操作用模糊集来表示，把这些模糊控制规则以及相关的信息作为知识存入计算机的知识库中，然后计算机根据系统的实际响应运用模糊推理，可实现对PID参数的最佳调整。数自整定的要求。利用模糊控制规则在线对PID参数进行修改，便构成了自适应模糊PID控制器，不断检测e和ec，根据模糊控制原理来对3个参数进行在线修改，以满足不同e和ec时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。PID参数的整定必须考虑到在不同时刻三个参数的作用以及相互之间的互连关系。而模糊自整行模糊推理，查询模糊矩阵表进行参数调整。模糊控制设计的核心是总结工程技术人员的技术知识和实际操作经验，建立合适的模糊规则表，得表1k的模糊控制规则表peBMSSSMSMMSSMMMBSMMMBSSMMBBk的模糊控制规则表iKieBMSMSSSSSSBBMSBMMSBMSSMSSS||pppPp表3k的模糊控制规则表dKKdBMSSMMSSMSSSSMBBMMSBBBBMMeec范围定义为模糊集上的论域。大、负中、负小、零、正小、正中、正大。设e、ec和kk、k均服从正态分部，因此可得出各模糊子集的隶属度，根据各模糊子集的隶属度赋值表和各参数的模糊调整规则模型，运用模糊合成推理设计出的PID参数模糊调整矩阵表，查出修正参数代入下式计算式中k、k、k是PID控制器的参数，k'、k'、k'是k、k、k的初始参数，它们通过常pidpidpid规方法获得，在线运行过程中，通过微机测控系统不断的检测系统的输出响应值，并实时的计算出偏差和偏差变化率，然后将它们模糊化得到e和ec，通过查询模糊调整矩阵即可得到k、k、kpid三个参数的调整量完成整定过程。在线运行的过程中，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参数始对当前值进行采样pidPID控制器输出回pid控制工具箱设计模糊控制器c号。输出信号分别为kkk信号。在Matlab模糊工具箱中建立的模糊模型如图3所示。(2)测出偏差信号e和误差信号的微分ec信号的实际变化范围。并根据实际情况，选择所有 (3)考虑到高斯曲线叫符合人的思维，选择使用一部分高斯曲线，设计e、ec、、kk隶1 mf0-2-1.5-1-0.500.511.52eZOZO10.80.6 m0.60.4fo0.40.20052025052025 mfoZOPS1020492049图4.3k的隶属函数i mfo10205673420567图4.4k的隶属函数d<1>If(eisNB)and(ecisNB)then(kpisPB)(kiisNB)(kdisPS)<2>If(eisNB)and(ecisNM)then(kpisPB)(kiisNB)(kdisNS)<3>If(eisNB)and(ecisNS)then(kpisPM)(kiisNM)(kdisNB)<4>If(eisNB)and(ecisZ)then(kpisPM)(kiisNM)(kdisNB)<5>If(eisNB)and(ecisPS)then(kpisPS)(kiisNS)(kdisNB)<6>If(eisNB)and(ecisPM)then(kpisZ)(kiisZ)(kdisNM)<7>If(eisNB)and(ecisPB)then(kpisZ)(kiisZ)(kdisPS)<8>If(eisNM)and(ecisNB)then(kpisPB)(kiisNB)(kdisPS)<9>If(eisNM)and(ecisNM)then(kpisPB)(kiisNB)(kdisNS)<10>If(eisNM)and(ecisNS)then(kpisPM)(kiisNM)(kdisNB)<11>If(eisNM)and(ecisZ)then(kpisPS)(kiisNS)(kdisNM)<12>If(eisNM)and(ecisPS)then(kpisPS)(kiisNS)(kdisNM)<13>If(eisNM)and(ecisPM)then(kpisZ)(kiisZ)(kdisNS)<14>If(eisNM)and(ecisPB)then(kpisNS)(kiisZ)(kdisZ)<15>If(eisNS)and(ecisNB)then(kpisPM)(kiisNB)(kdisZ)<16>If(eisNS)and(ecisNM)then(kpisPM)(kiisNM)(kdisNS)<17>If(eisNS)and(ecisNS)then(kpisPM)(kiisNS)(kdisNM)<18>If(eisNS)and(ecisZ)then(kpisPS)(kiisNS)(kdisNM)<19>If(eisNS)and(ecisPS)then(kpisZ)(kiisZ)(kdisNS)<20>If(eisNS)and(ecisPM)then(kpisNS)(kiisPS)(kdisNS)<21>If(eisNS)and(ecisPB)then(kpisNS)(kiisPS)(kdisZ)<22>If(eisZ)and(ecisNB)then(kpisPM)(kiisNM)(kdisZ)<23>If(eisZ)and(ecisNM)then(kpisPM)(kiisNM)(kdisNS)<24>If(eisZ)and(ecisNS)then(kpisPS)(kiisNS)(kdisNS)<25>If(eisZ)and(ecisZ)then(kpisZ)(kiisZ)(kdisNS)<26>If(eisZ)and(ecisPS)then(kpisNS)(kiisPS)(kdisNS)<27>If(eisZ)and(ecisPM)then(kpisNM)(kiisPM)(kdisNS)<28>If(eisZ)and(ecisPB)then(kpisNM)(kiisPM)(kdisZ)<29>If(eisPS)and(ecisNB)then(kpisPS)(kiisNM)(kdisZ)<30>If(eisPS)and(ecisNM)then(kpisPS)(kiisNS)(kdisZ)<31>If(eisPS)and(ecisNS)then(kpisZ)(kiisZ)(kdisZ)<32>If(eisPS)and(ecisZ)then(kpNS)(kiisPS)(kdisZ)<33>If(eisPS)and(ecisPS)then(kpNS)(kiisPS)(kdisZ)<34>If(eisPS)and(ecisPM)then(kpNM)(kiisPM)(kdisZ)<35>If(eisPS)and(ecisPB)then(kpNM)(kiisPB)(kdisZ)<36>If(eisPM)and(ecisNB)then(kpPS)(kiisZ)(kdisPB)<37>If(eisPM)and(ecisNM)then(kpZ)(kiisZ)(kdisPS)<38>If(eisPM)and(ecisNS)then(kpNS)(kiisPS)(kdisPS)<39>If(eisPM)and(ecisZ)then(kpNM)(kiisPS)(kdisPS)<40>If(eisPM)and(ecisPS)then(kpNM)(kiisPM)(kdisPS)<41>If(eisPM)and(ecisPM)then(kpNM)(kiisPB)(kdisPS)<42>If(eisPM)and(ecisPB)then(kpNB)(kiisPB)(kdisPB)<43>If(eisPB)and(ecisNB)then(kpZ)(kiisZ)(kdisPB)<44>If(eisPB)and(ecisNM)then(kpZ)(kiisZ)(kdisPM)<45>If(eisPB)and(ecisNS)then(kpNM)(kiisPS)(kdisPM)<46>If(eisPB)and(ecisZ)then(kpNM)(kiisPM)(kdisPM)<47>If(eisPB)and(ecisPS)then(kpNM)(kiisPM)(kdisPS)<48>If(eisPB)and(ecisPM)then(kpNB)(kiisPB)(kdisPS)<49>If(eisPB)and(ecisPB)then(kpNB)(kiisPB)(kdisPB)模糊控制是一种非线性控制。在控制曲面上，检查其期望值是否在模糊控制输出结论空间的中心附近，若超过20%，则需重新调整规则、隶属度函数或模糊运算，对模糊控制器进行优化。幅0123701237891065值5幅4045604561233幅2012345678910086值6幅4200412304123迎角响应曲线864值4幅200412304123值幅500289103450289100-0.1值幅-0.20.391034910值幅041234123值也有所减小，改善了飞机的性能。在运行过程中，模糊PID的参数是不断在线自动调整的。模糊规则对系统的影响较大，合适的模糊规则可以得到良好的动态特性。模糊规则的制定是根据一定的工程经验。模糊PID适用于非线性系统，具有方便简洁、调整灵活、实用性强的特点，同时在抗干扰方面模糊PID也具有很好的效果，参数在线自调整能力强，对一直干扰和噪声是很有效的，能提高控制系统的品质，具有较强的自适应能力和较好的鲁棒性。答：1.重心法所谓重心法就是取模糊隶属函数曲线与横坐标轴围成面积的重心作为代表点。理论上应该计算输出范围内一系列连续点的重心，即但实际上是计算输