课程设计专家PID控制系统simulink仿真课件

内蒙古科技大学课程设计题目：专家PID控制系统仿真学生姓名：张晓宇学号：1267106302专业：自动化班级：自12-3班指导教师：李仲德内蒙古科技大学课程设计I专家PID控制系统仿真摘要简单介绍了常规PID控制的优缺点和专家控制的基本原理，介绍了专家PID控制的系统结构，针对传递函数数学模型设计控制器。基于MATLAB的simulink仿真软件进行应用实现，仿真和应用实现结果均表明，专家PID控制具有比常规PID更好的控制效果，且具有实现简单和专家规则容易获取的优点。论文主要研究专家PID控制器的设计及应用，完成了以下工作：（1）介绍了专家PID控制和一般PID控制的原理。（2）针对任务书给出的受控对象传递函数G(s)=523500/(s3+87.35s2+10470s)，并且运用MATLAB实现了对两种PID控制器的设计及simulink仿真，且对两种PID控制器进行了比较。（3）结果分析，总结。仿真结果表明，专家PID控制采用多分段控制，其控制精度更好，且具有优越的抗扰性能。关键词：专家PID，专家系统，MATLAB，simulink仿真内蒙古科技大学课程设计IIExpertPIDcontrolsystemsimulationAbstractTheadvantagesanddisadvantagesofconventionalPIDcontrolandthebasicprincipleofexpertcontrolarebrieflyintroduced,andthestructureofexpertPIDcontrolsystemisintroduced.SimulinksimulationsoftwarebasedonMATLABisimplemented.ThesimulationandapplicationresultsshowthattheexpertPIDcontrolhasbettercontroleffectthantheconventionalPID,andhastheadvantagesofsimpleandeasytoget.ThispapermainlystudiesthedesignandapplicationoftheexpertPIDcontroller:(1)theprincipleofPIDcontrolandPIDcontrolisintroducedinthispaper.(2)thecontrolledobjecttransferfunctionG(s)=523500/(s3+87.35s2+10470s),andtheuseofMATLABtoachievethedesignandSimulinksimulationoftwokindsofPIDcontroller,andthecomparisonoftwokindsofPIDcontroller.(3)resultanalysis,summary.ThesimulationresultsshowthatthecontrolaccuracyoftheexpertPIDcontrolisbetterthanthatofthecontrol.Keywords:ExpertPID,MATLAB,expertsystem,Simulink,simulation内蒙古科技大学课程设计1目录摘要.........................................................................................................................................IAbstract......................................................................................................................................II第一章引言............................................................................................................................21.1研究目的和意义.........................................................................................................21.2国内外研究现状和发展趋势.....................................................................................3第二章PID控制器综述............................................................................................................32.1常规PID控制器概述.................................................................................................32.2专家PID控制器.........................................................................................................4第三章专家PID控制在MATLAB上的实现.............................................................................53.1简介.............................................................................................................................53.2设计专家PID控制器的实现方法.............................................................................53.3.专家PID控制器的S函数的M文件实现.................................................................73.4专家PID控制器的simulink设计............................................................................83.5专家PID控制和传统PID比较................................................................................13第四章结论............................................................................................................................144.1专家PID控制系统的优缺点及解决方案................................................................144.2最终陈述...................................................................................................................14内蒙古科技大学课程设计2第一章引言近十几年，国内外对智能控制的理论研究和应用研究十分活跃，智能控制技术发展迅速，如专家控制、自适应控制、模糊控制等，现已成为工业过程控制的重要组成部分。智能控制与常规PID控制相结合，形成所谓智能PID控制，这种新型的控制方式已引起人们的普遍关注和极大兴趣，并已得到较为广泛的应用。PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单，鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于工业过程控制。在PID控制中，一个至关重要的问题是PID参数(比例系数、积分时间、微分时间)的整定。参数整定的优劣不仅会影响到控制质量，而目还会影响到控制系统的稳定性和鲁棒性。实际工业生产过程往往具有非线性、时变等不确定性干扰，常规PID控制器经常出现参数整定不良、控制性能欠佳，且对运行工况的适应性较差等情况。针对以上问题，长期以来，人们一直在寻求PID控制器的自动整定技术，以适应复杂的工况和高指标的控制要求。专家智能自整定PID控制器是将专家控制与常规PID控制相结合而具有的自整定、自学习等功能，可以用来描述复杂系统的特性，并通过学习和自组织得到相应的控制策略。论文以Matlab为基础，研究了两种控制算法：一般的PID和专家PID算法，通过对比研究，分别指出了两种控制器的特点及存在问题。1.1研究目的和意义目前，智能控制已广泛地应用于自然科学和社会科学的各个领域，如:复杂的工业过程控制、机器人与机械手的控制、航天航空控制、交通运输控制等，尤其当被控对象模型包含有不确定性、时变、非线性、时滞、藕合等难以控制因素、采用其它控制理论难以设计出合适并符合要求的系统时，都有可能应用智能控制理论获得满意的解决。内蒙古科技大学课程设计3专家控制是智能控制的一个分支，是先进控制的一种。其实质是利用专家经验来设计控制器，使控制器具有智能。本文的目的是用两种PID算法来实现PID控制在快速系统中的仿真及应用。1.2国内外研究现状和发展趋势目前，专家PID广泛应用于自动化仪表、工业控制、动力装置控制等各个领域。并且随着控制理论和计算机软硬件技术的不断发展和传感器集成化程度的提高，专家智能PID控制必将是极有发展前途的研究和应用方向。近年来，人们普遍认为:基于知识和经验的专家系统、基于模糊逻辑推理于计算的模糊控制、基于人工神经网络的神经网络控制及以上方法的交叉与融合，将是今后的研究热点。第二章PID控制器综述2.1常规PID控制器概述在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。内蒙古科技大学课程设计42.2专家PID控制器概括的讲，智能控制就是拟人智能的控制，也就是说，所设计的控制系统不仅能自动地处理数据、信息，而且能处理知识，具有推理、判断、决策等能力，是人工智能、计算机技术与控制理论相结合的控制。专家控制系统是智能控制的主要内容之一，建立在控制理论和人工智能技术基础之上，为工业自动化控制的系统设计提供了新的方法。与一般的经典控制系统相比，专家控制系统的基本特性，是基于知识的结构和处理不确定性问题的能力。尽管己有许多方法来提高经典控制系统处理不确定性问题的能力，如鲁棒控制、自适应控制等，但是它们仍然难以应用到工业过程中.这是因为传统先进控制系统采用的是纯粹的分析结构、线性和时不变约束等，而且难以被用户理解。通过引入专家系统技术，使系统具有灵活性、可