2021年模糊控制与传统PID控制比较

模糊控制

欧阳光明（2021.03.07）

与传统PID控制比较

引言：

模糊控制不需要确定系统的精确数学模型，是一种基于规则的控制。模糊控制在智能控制领域由于理论研究比较成熟、实现相对比较简单、适应面宽而得到广泛的应用。不论是对复杂的水泥回转窑的控制，还是在智能化家用电器中的应用，模糊控制都充当着重要的角色。

一个典型工业过程通常可以等效为二阶系统加上一个非线性环节（如纯滞后），给出如下典型控制对象传递函数的一般形式：

Gp（s）=K*e-τs/(T1s+1)（T2s+1）

PID控制：

PID控制是自动控制领域产生最早、应用最广的一种控制方法。PID控制原理图：

PID控制器传递函数的一般表达式为：

Gc（s）=kp+ki/s+kd*s

kp为比例增益；ki为积分增益；kd为微分增益

控制器的关键是确定三个增益值，在simulink中搭建PID系统控制模型如下图示：

PID仿真结果：

模糊控制：

模糊控制是运用语言归纳操作人员的控制策略，运用变量和模糊集合理论形成控制算法的一种控制。

模糊控制原理框图：

一个基本模糊控制器主要有三个功能：

（1）模糊化：把精确量(如偏差e和偏差变化ec)转化为相应的模糊量（E、EC）;

（2）模糊推理：按总结的语言规则（模糊控制规则表）进行模糊推理；

（3）模糊判决：把推理结果（U）从模糊量转化为可以用于实际控制的精确量（u）

模糊控制器的基本机构

设计模糊控制器主要步骤：

1.选择偏差e、偏差变化ec和控制量u的模糊语言变量为E、EC

和U。根据e、ec和u实际的基本论域，设定E、EC和U论域都为[-6,6],可以确定出量化因子Ke、Kc和比例因子Ku。。

2.选取E、EC和U的各语言变量直，正大PB,正中PM,正小PS，

零ZE，负小NS，负中NM，负大NB，它们各自在论域上的模糊子集隶属度函数均为三角形，

3.根据总结的人工操作策略设计出模糊控制策略表：

ek=yr-yk △ek=ek-ek-1

模糊规则：

3.选择一种模糊判决方法，将控制量由模糊量变为精确量，这个过

程叫做“去模糊化”，这里采用“面积平分法”

仿真结果：

总结：

设给定r为单位阶跃输入，通过改变控制对象象的参数，在同一坐标内观察它们的输出y响应曲线对两种控制方案的性能进行对比分析，模糊控制器比PID控制器，动态性能很好，上升速度快，基本没有超调。