模糊PID控制器的設(shè)計(jì)和仿真-設(shè)計(jì)步驟(修改)

...wd......wd......wd...模糊PID控制器的設(shè)計(jì)與仿真設(shè)計(jì)模糊PID控制器時，首先要將準(zhǔn)確量轉(zhuǎn)換為模糊量，并且要把轉(zhuǎn)換后的模糊量映射到模糊控制論域當(dāng)中，這個過程就是準(zhǔn)確量模糊化的過程。模糊化的主要功能就是將輸入量準(zhǔn)確值轉(zhuǎn)換成為一個模糊變量的值，最終形成一個模糊集合。本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)的準(zhǔn)確量包括以下變量：變化量e，變化量的變化速率ec還有參數(shù)整定過程中的輸出量ΔKP，ΔKD，ΔKI，在設(shè)計(jì)模糊PID的過程中，需要將這些準(zhǔn)確量轉(zhuǎn)換成為模糊論域上的模糊值。本系統(tǒng)的誤差與誤差變化率的模糊論域與基本論域?yàn)椋篍=[-6,-4,-2,0,2,4,6];Ec=[-6,-4,-2,0,2,4,6]。模糊PID控制器的設(shè)計(jì)選用二維模糊控制器。以給定值的偏差e和偏差變化ec為輸入；ΔKP，ΔKD，ΔKI為輸出的自適應(yīng)模糊PID控制器，見圖1。圖1模糊PID控制器〔1〕模糊變量選取輸入變量E和EC的模糊化將一定范圍(基本論域)的輸入變量映射到離散區(qū)間(論域)需要先驗(yàn)知識來確定輸入變量的范圍。就本系統(tǒng)而言，設(shè)置語言變量取七個，分別為NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB。語言變量及隸屬函數(shù)根據(jù)控制要求，對各個輸入，輸出變量作如下劃定：e，ec論域：｛-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6｝ΔKP，ΔKD，ΔKI論域：｛-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6｝應(yīng)用模糊合成推理PID參數(shù)的整定算法。第k個采樣時間的整定為式中為經(jīng)典PID控制器的初始參數(shù)。設(shè)置輸入變量隸屬度函數(shù)如圖2所示，輸出變量隸屬度函數(shù)如圖3所示。圖2輸入變量隸屬度函圖3輸出變量隸屬度函編輯模糊規(guī)那么庫根據(jù)以上各輸出參數(shù)的模糊規(guī)那么表，可以歸納出49條控制邏輯規(guī)那么，具體的控制規(guī)那么如下所示：If(eisNB)and(ecisNB)then(kpisNB)(kiisPB)(kdisNS)(1)If(eisNB)and(ecisNM)then(kpisNB)(kiisPB)(kdisPS)(1)If(eisNB)and(ecisNS)then(kpisNM)(kiisPM)(kdisPB)(1)If(eisNB)and(ecisZO)then(kpisNM)(kiisPM)(kdisPB)(1)If(eisNB)and(ecisPS)then(kpisNS)(kiisPS)(kdisPB)(1)If(eisNB)and(ecisPM)then(kpisZO)(kiisZO)(kdisPM)(1)If(eisNB)and(ecisPB)then(kpisZO)(kiisZO)(kdisNS)(1)If(eisNM)and(ecisNB)then(kpisNB)(kiisPB)(kdisNS)(1)If(eisNM)and(ecisNM)then(kpisNB)(kiisPB)(kdisPS)(1)If(eisNM)and(ecisNS)then(kpisNM)(kiisPM)(kdisPB)(1)If(eisNM)and(ecisZO)then(kpisNS)(kiisPS)(kdisPM)(1)If(eisNM)and(ecisPS)then(kpisNS)(kiisPS)(kdisPM)(1)If(eisNM)and(ecisPM)then(kpisZO)(kiisZO)(kdisPS)(1)If(eisNM)and(ecisPB)then(kpisPS)(kiisZO)(kdisZO)(1)If(eisNS)and(ecisNB)then(kpisNM)(kiisPB)(kdisZO)(1)If(eisNS)and(ecisNM)then(kpisNM)(kiisPM)(kdisPS)(1)If(eisNS)and(ecisNS)then(kpisNM)(kiisPS)(kdisPM)(1)If(eisNS)and(ecisZO)then(kpisNS)(kiisPS)(kdisPM)(1)If(eisNS)and(ecisPS)then(kpisZO)(kiisZO)(kdisPS)(1)If(eisNS)and(ecisPM)then(kpisPS)(kiisNS)(kdisPS)(1)If(eisNS)and(ecisPB)then(kpisPS)(kiisNS)(kdisZO)(1)If(eisZO)and(ecisNB)then(kpisNM)(kiisPM)(kdisZO)(1)If(eisZO)and(ecisNM)then(kpisNM)(kiisPM)(kdisPS)(1)If(eisZO)and(ecisNS)then(kpisNS)(kiisPS)(kdisPS)(1)If(eisZO)and(ecisZO)then(kpisZO)(kiisZO)(kdisPS)(1)If(eisZO)and(ecisPS)then(kpisPS)(kiisNS)(kdisPS)(1)If(eisZO)and(ecisPM)then(kpisPM)(kiisNM)(kdisPS)(1)If(eisZO)and(ecisPB)then(kpisPM)(kiisNM)(kdisZO)(1)If(eisPS)and(ecisNB)then(kpisNS)(kiisPM)(kdisZO)(1)If(eisPS)and(ecisNM)then(kpisNS)(kiisPS)(kdisZO)(1)If(eisPS)and(ecisNS)then(kpisZO)(kiisZO)(kdisZO)(1)If(eisPS)and(ecisZO)then(kpisPS)(kiisNS)(kdisZO)(1)If(eisPS)and(ecisPS)then(kpisPS)(kiisNS)(kdisZO)(1)If(eisPS)and(ecisPM)then(kpisPM)(kiisNM)(kdisZO)(1)If(eisPS)and(ecisPB)then(kpisPM)(kiisNB)(kdisZO)(1)If(eisPM)and(ecisNB)then(kpisNS)(kiisZO)(kdisNB)(1)If(eisPM)and(ecisNM)then(kpisZO)(kiisZO)(kdisPS)(1)If(eisPM)and(ecisNS)then(kpisPS)(kiisNS)(kdisNS)(1)If(eisPM)and(ecisZO)then(kpisPM)(kiisNS)(kdisNS)(1)If(eisPM)and(ecisPS)then(kpisPM)(kiisNM)(kdisNS)(1)If(eisPM)and(ecisPM)then(kpisPM)(kiisNB)(kdisNS)(1)If(eisPM)and(ecisPB)then(kpisPB)(kiisNB)(kdisNB)(1)If(eisPB)and(ecisNB)then(kpisZO)(kiisZO)(kdisNB)(1)If(eisPB)and(ecisNM)then(kpisZO)(kiisZO)(kdisNM)(1)If(eisPB)and(ecisNS)then(kpisPM)(kiisNS)(kdisNM)(1)If(eisPB)and(ecisZO)then(kpisPM)(kiisNM)(kdisNM)(1)If(eisPB)and(ecisPS)then(kpisPM)(kiisNM)(kdisNS)(1)If(eisPB)and(ecisPM)then(kpisPB)(kiisNB)(kdisNS)(1)If(eisPB)and(ecisPB)then(kpisPB)(kiisNB)(kdisNB)(1)把這49條控制邏輯規(guī)那么，鍵入到模糊規(guī)那么庫中，如圖4。圖4模糊規(guī)那么庫〔5〕模糊PID控制器仿真利用MATLAB軟件中的Simulink仿真環(huán)境，可以對模糊PID控制器系統(tǒng)進(jìn)展模擬仿真實(shí)驗(yàn)，來檢驗(yàn)設(shè)計(jì)是否到達(dá)要求。針對本次控制器設(shè)計(jì)，我們設(shè)置被控對象為，根據(jù)被控對象，設(shè)置相應(yīng)的PID參數(shù)為：=6;=3;=2。圖5為控制器系統(tǒng)在Simulink中的仿真模型。為了方便與傳統(tǒng)PID控制器進(jìn)展比較，在Simulink仿真環(huán)境中作出傳統(tǒng)PID控制以便于對模糊PID進(jìn)展比較。在傳統(tǒng)PID控制器中設(shè)置相應(yīng)的PID參數(shù)為：=6;=3;=2。圖6是傳統(tǒng)PID與模糊PID控制器在Simulink中的階躍仿真波形比較。圖5傳統(tǒng)PID與模糊PID控制器在Simulink中的仿真模型圖6傳統(tǒng)PID與模糊PID控制器在Simulink中的階躍仿真波形比較圖6中，黃色線為輸入的階躍信號，紫色為輸出的傳統(tǒng)PID控制信號，青色為輸出的模糊PID控制信號，通過圖1-7中傳統(tǒng)PID控制方式與模糊PID控制控制曲線的比照結(jié)果可以看出，模糊控制的控制性能要明顯好于傳統(tǒng)的PID控制效果。我們把輸入信