基于MATLAB的模糊PID的仿真研究

模糊控制技术的发展及应用概况

自动控制技术通常是指，利用一些自动控制装置来代替人类驾驭机器，设备或控制生产的过程。然而一些人们看似简单的控制问题，用传统的控制理论和方法意外的不能解决。经典控制理论主要解决线性系统的问题，现代控制理论可以解决多输入多输出的问题，系统可以是线性的，定常的，也可以是非线性的，时变的，模糊控制就发挥了其优势，可以预料，在传统控制的难题中，将有一批难题可以应用模糊控制技术或传统控制技术与模糊控制技术结合得以解决。

模糊控制的特点

模糊工程的计算方法虽然是运用模糊集理论进行的模糊算法，但最后得到的控制规律是确定的，定量的条件语句。

不需要根据机理与分析建立被控对象的数学模型，对于某些系统，要建立数学模型是很困难的，甚至是不可能的。

与传统的控制方法相比，模糊控制系统依赖于行为规则库，由于是用自然语言表达的规则，更接近于人的思维方法与习惯，因此，便于现场操作人员的理解和使用，便于人机对话，以得到更有效的控制规律。

模糊控制与计算机密切相关，从控制角度看，他实际上是一个由很多条件语句组成的软件控制器，目前，模糊控制还是应用2值逻辑的计算机来实现，模糊规律经过运算，最后还是进行确定性的控制，模糊推理硬件的研制与模糊计算机的开发，使得计算机将像人脑那样随心所欲的处理模棱两可的信息，协助人们决策和进行处理信息。

传统PID控制与模糊PID控制

传统的PID控制器是过程控制中应用最广泛最基本的一种控制器，它具有简单，稳定性好，可靠性高等优点。PID调节规律对相当多的工业控制对象，特别是对于线性定常系统控制室非常有效的。其调节过程的品质取决于PID控制器各个参数的设定。同时我们也注意到，考虑到模糊控制实现的简易性和快速性，通常以系统误差e和误差变化de为输入语句变量，因此它具有类似于PD控制器特性。由经典控制理论可知，PD控制器课活动良好的系统动态特性，但无法消除系统的静态误差，为了改善模糊控制器的静态性能，提出了模糊PID控制器的思想。

模糊控制器的设置

1 在matlab命令窗口输入“fuzzy” 确定模糊控制器结构：即根据具体的系统确定输入、输出量。选取二维控制结构，即输入为误差e和误差变化ec，输出为控制量为Kp，Ki，Kd。如下图所示

2 输入输出变量的模糊化：即把输入输出的精确量转化为对应语言变量的模糊集合。首先我们要确定描述输入输出变量语言值的模糊子集，如{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，并设置输入输出变量的论域，然后我们为模糊语言变量选取相应的隶属度函数。如下图所示

3 模糊推理决策算法设计：即根据模糊控制规则进行模糊推理，并决策出模糊输出量。首先要确定模糊规则，即专家经验。如图。

制定完之后，会形成一个模糊控制规则矩阵，然后根据模糊输入量按照相应的模糊推理算法完成计算，并决策出模糊输出量。

4．对输出模糊量的解模糊：模糊控制器的输出量是一个模糊集合，通过反模糊化方法判决出一个确切的精确量，反模糊化方法很多，我们这里选取重心法。

Simulink模型的建立

子系统如下图

得到仿真结果

通过比较可见加了模糊PID控制器，调节时间变短，而且几乎没有超调量。

参考文献：

[1] 李士勇等 <<模糊控制,神经控制和智能控制论>> 哈尔滨：工业大学出版社， 2002

[2] 张乃尧等 <<神经网络与模糊控制>> 北京：清华大学出版社， 2004

[3] 徐昕等 <> 北京：电子工业出版社， 2003

[4] <<利用matlab设计感应钎焊温度模糊控制系统>> 南京：自动化仪表， 2003

[5] 冯东青，谢宋河，<<模糊智能控制>> 北京：化学工业出版社，1998