基于MATLAB_Simulink的PID参数自整定控制系统的仿真研究----

1存档日期：存档编号：本科生毕业设计（论文）论文题目：基于Maltab/Simulink的PID参数自整定控制系统的仿真研究姓名：赵磊系别：机电工程系专业：电气工程及其自动化年级、学号：12Z电气108320041指导教师：邹宽胜江苏师范大学科文学院印制I摘要在工业过程控制中PID控制系统有着广泛的应用。其具有调节方便、控制效果好的特点。对于传统的PID调节，无法让更多技术人员使用，并且调节参数的过程非常麻烦，占用时间也长，也很难达到预期的效果，特别是在工程应用中，比仿真调整更加有难度。本文应用了基于模糊的PID参数自整定的方法，在Simulink中，仿真并对其分析得出结果，首先仿真了采用传统PID控制的方案，经过反复调节参数，得到了比较理想的结果，其次采用了模糊PID控制器的方法，简单快速的得出了理想波形，通过对比两种方案的仿真结果，得出模糊PID控制方案，在满足快速动态响应的同时，不仅没有超调量，而且也没出现振荡，系统快速达到稳定状态，并持续保持稳定，表明了此方案可行性。对于带有大滞后、时变的、非线性的复杂的控制系统，模糊PID控制器在现代工业的过程中起到关键作用。关键词：模糊控制；自整定；PIDIIAbstractPIDcontrolinindustrialprocesscontrolsystemhasbeenwidelyused.Ithasfeaturesofconvenientadjustmentandgoodcontroleffect.ForconventionalPIDcontrol,itcan’tgetmoretechnicalstaffmakeuseof,andadjusttheparametersoftheprocessisverycumbersome,itnotonlytakealongtimeforadjusting,butalsoitisverydifficulttogettheidealresultswaveform,inpractice,itismoredifficultthanthesimulation。Inthispaper,theapplicationofbasedonfuzzyPIDparametersself-tuningmethod,inSimulink,simulationandanalysisofitsresults,thefirstofthetraditionalPIDcontrolsimulationprogram,afterrepeatedadjustmentparametersobtainedmoresatisfactoryresults,followedbytheuseoffuzzyPIDcontrollerprogram,simpleandfastidealwaveformobtainedbycomparingthesimulationresultsofthetwoprograms,drawnfuzzyPIDcontrolschemetomeetthefastdynamicresponse,whilenotonlydidnotovershoot,butdidnotoscillate,thesystemquicklytostabilizestate,andcontinuedtomaintainastable,indicatingthefeasibilityofthisscheme.Forwithlargedelay,time-varyingandnonlinearcomplexcontrolsystem,afuzzyPIDcontrollerplayedakeyroleintheprocessofmodernindustry.Keyword：FuzzyControl;Self-tuning;PIDIII目录摘要..................................................................................................................IAbstract................................................................................................................II1绪论..................................................................................................................41.1课题研究背景及意义............................................................................41.2PID自整定发展现状..............................................................................41.3本文的主要工作内容............................................................................72传统PID控制及整定方法...............................................................................92.1PID调节器简介......................................................................................92.2PID整定方法........................................................................................102.3PID控制的特点....................................................................................163参数自整定模糊PID控制器........................................................................173.1模糊控制概述.......................................................................................173.2模糊控制的原理...................................................................................183.3模糊控制器的结构...............................................................................183.4PID参数模糊自整定............................................................................203.5输入量、输出量处理..........................................................................213.6模糊控制规则......................................................................................263.7模糊推理..............................................................................................294基于Simulink的仿真结果及分析...............................................................314.1传统PID控制器的仿真结果及分析...................................................334.2模糊自整定PID控制器的仿真结果与分析.......................................344.3比较两种仿真结果...............................................................................375结论................................................................................................................38致谢..................................................................................................................39参考文献............................................................................................................40江苏师范大学科文学院本科生毕业设计基于MATLAB/Simulink的PID参数自整定控制系统的仿真研究41绪论1.1课题研究背景及意义生产集成化，工艺要求精准化，竟而要求控制系统不仅规模扩大化，而且复杂化，传统简单的控制方案已经不能满足现在生产工艺的要求，经过经典控制理论发展到现代控制理论，并综合两种理论发展起来的智能控制理论，并结合了人工智能以及计算机等理论。1965年，作者L.A.Zadeh发表了论文名为FuzzySet，第一次采用诠释事物的模糊性用语，也就是隶属函数。Fuzzy系统的核心：使用模糊的集合论方法，将人的语言描述的人类想法变为在计算机系统中能用算法进行表达的理论，但确定控制系统的输出，这样不仅能有效控制，还能模仿人类的思维，一些对象不能构成控制的数学模型。采用“模糊概念”更符合人类逻辑，也更能描述客观事实。“模糊控制”功能是一种“语言”的决策控制。模糊控制作为智能控制的分支领域，包含了高级的算法策略以及先进技术。马丹尼是第一个做出模糊控制器并在蒸汽发电机系统中得到应用，经过几十年的发展，此技术得到了突破式的发展，应用也越来越广泛，例如：冶金、化工等工业过程控制和自动化生产、智能化的家电、自动化仪表等领域。特别是机器人、电梯、汽车、交通灯控、飞行器、机械手臂、核反应堆等领域，有其突出的实用价值。目前有将其集成化的产品，并可根据实际调试，我国在模糊控制器研究方面起步较晚，但发展速度惊人，成果显著，包括模糊控制器的定义、电路实现方法、鲁棒性、算法、稳定性、性能、规则自调整等。钱学森提出，模糊数学的发展，事关我国的国力、命运。1.2PID自整定发展现状众所周知，在工业过程生产中，几乎都设计了PID控制器，但是，调整PID参数却一直是一个费时并难以得到较好效果的差事，所以需要对这方面有着工作经验丰富的工程师来完成，但也是一件非常不容易的工作，因为每个系统都不同江苏师范大学科文学院本科生毕业设计基于MATLAB/Simulink的PID参数自整定控制系统的仿真研究5并相差很远，加之现在很多系统呈现滞后和非线性，所以参数的调节更加困难重重，甚至不能达到预期的控制目的，基于这点思考，研究者提出了能否对PID参数进行自整定的疑问。结合过程对象识别的动态特性以及PID控制器参数的计算，从而达到