基于matlab智能pid控制器设计与仿真

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1、-引言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，本文的研究也仅处于软件仿真阶段。.---1.PID控制器1.1PID控制器的概念[1]

2、1.1.1PID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(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：（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：(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：.---1.1.2PID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

3、速度。(2)ki：消除系统的静态误差，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。1.2PID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。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。

4、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控制器进行研究比较，详细介绍见后面的章节。.---2.模糊PID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

5、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ec，以及∆K的模糊子集均为{NB,N

6、M,NS,ZO,PS,PM,PB}，分别代表{负大、负中、负小、零、正小、正中、正大}。模糊控制规则具有如下形式：If(eisNB)and(ecisNB)then(kpisPB)and(kiisNB)and(kdisPS)。由于e和ec都有7个子集元素，总共有49种自由组合，因此模糊控制总共有49条这样形式的规则。kp、ki、kd三个参数整定的模糊控制规则表如表2.1。.---kp的模糊控制规则表∆KpecNBNMNSZOPSPMPBeNBZOZONMNMNMNBNBNMPSZONSNMNMNMNBNSPSPSZONSNSNMNMZOPMPMPSZONSNMNMPSPMPMPMPSZO

7、NSNSPMPBPBPMPSPSZONSPBPBPBPMPMPSZOZOki的模糊控制规则表∆KiecNBNMNSZOPSPMPBeNBNBNBNMNMNSZOZONMNBNBNMNSNSZOZONSNBNMNSNSZOPSPSZONMNMNSZOPSPMPMPSNMNSZOPSPSPMPBPMZOZOPSPSPMPBPBPBZOZOPSPMPMPBPBkd的模糊控制规则表∆KdecNBNMNSZOPSPMPBeNBPBPMPMPMPSPSPB