模糊PID控制仿真

2022-04-13 15:39 作者:永遠(yuǎn)的修伊 0人讀過(guò) | 我要投稿

目前，傳統(tǒng)控制在工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的是PID控制，它有天然的優(yōu)勢(shì)

? ? ? 它將誤差的“過(guò)去”、“現(xiàn)在”、“未來(lái)”聯(lián)系起來(lái)，可以使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能得到改善，同時(shí)它對(duì)被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型不敏感，但是對(duì)于某些高階系統(tǒng)、純延遲、非線性的復(fù)雜對(duì)象，常規(guī)的PID控制很難實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量的均衡，這時(shí)我們可以引入?yún)?shù)“自適應(yīng)”PID控制，在這里指的就是模糊PID，它對(duì)不同的誤差及誤差變化率，可以調(diào)節(jié)PID的特征參數(shù)，由于這種調(diào)節(jié)往往是基于經(jīng)驗(yàn)或者測(cè)試來(lái)獲得相應(yīng)的模糊規(guī)則表，又稱為模糊PID控制。

?其中模糊推理部分即上面的模糊控制器， PID 調(diào)節(jié)器才是真正起作用的控制器，而模糊控制
器的作用是在線實(shí)時(shí)調(diào)整 PID 參數(shù)。

? ? ? ? ? ? ?（注：模糊控制與模糊PID還是有區(qū)別的）

模糊控制規(guī)則是模糊控制器的核心，是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的主要內(nèi)容。
一個(gè)基本模糊控制器主要有三個(gè)功能：
（1）模糊化：把精確量（如偏差 e 和偏差變化 ec）轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的模糊量（E、 EC）；
（2）模糊推理：按總結(jié)的語(yǔ)言規(guī)則（模糊控制規(guī)劃表）進(jìn)行模糊推理；
（3）模糊判決：把推理結(jié)果（U）從模糊量轉(zhuǎn)化為可以用于實(shí)際控制的精確量（u）。
模糊規(guī)則是由一系列的模糊條件語(yǔ)句組成的，即由許多模糊蘊(yùn)含關(guān)系構(gòu)成。這些條件語(yǔ)
句是推理的出發(fā)點(diǎn)和得到的正確結(jié)論的根據(jù)和基礎(chǔ)。每條模糊條件語(yǔ)句都給出模糊蘊(yùn)含關(guān)
系，即一條控制規(guī)則。若有 n 條規(guī)則，就把它們表達(dá)的 n 個(gè)模糊蘊(yùn)含關(guān)系(i=l， 2， ?， n)做
并運(yùn)算，構(gòu)成系統(tǒng)總的模糊蘊(yùn)含關(guān)系。

下面我以一個(gè)鍋爐液位控制系統(tǒng)為例，介紹模糊PID與常規(guī)PID控制的仿真，參考文獻(xiàn)會(huì)放在文末。

鍋爐液位控制系統(tǒng)被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型為

先搭建傳統(tǒng)的PID控制器，如下圖

下面在來(lái)搭建模糊PID控制，在這之前，先介紹一下matlab中的模糊邏輯工具箱

在matlab中鍵入? ? fuzzy

1、確定輸入輸出變量個(gè)數(shù)

一般來(lái)說(shuō)，我們需要將反饋的偏差e和偏差變化率ec作為輸入，模糊PID將模糊推理規(guī)則應(yīng)用于Kp，Ki，Kd三個(gè)參數(shù)（精細(xì)調(diào)節(jié)時(shí)），所以需要三個(gè)輸出變量

分別添加Input、Output，分別命名，每次選中再改

2、確定隸屬度函數(shù)

這里選擇三角形的，為每一個(gè)變量添加隸屬度函數(shù)

將{ NB， NM， NS， ZO， PS， PM， PB} 設(shè)置為輸入變量 e 及 ec、輸出變量 Kp， Ki 和 Kd 的模糊子集，輸入變量 e 和 ec 的量化論域均為［-?6，?6］，輸出變量 Kp，Ki 和 Kd 的基本論域和量化論域均定為［－ 3， 3］，比例因子均為 1。三角形函數(shù)在論域范圍內(nèi)分布均勻，其靈敏度較高，將其選作系統(tǒng)的隸屬度函數(shù)。以e的設(shè)置為例