智能控制作业_模糊自适应PID控制

模糊自适应PID 控制的Matlab 仿真设计研究

姓名：陈明

学号：201208070103

班级：智能1201

一、 模糊控制思想、PID 控制理论简介：

在工业生产过程中，许多被控对象受负荷变化或干扰因素很多基于模糊自适

应控制理论, 设计了一种模糊自适应PID 控制器, 具体介绍了这种PID 控制器的控制特点及参数设计规则, 实现PID 控制器的在线自整定和自调整。通过matlab 软件进行实例,仿真表明, , 提高控制系统实时性和抗干扰能力,易于实现．便于工程应用。 1.1 模糊控制的思想：

应用模糊数学的基本理论和方法, 控制规则的条件、操作用模糊集来表示、并把这些模糊控制规则以及有关信息, 诸如PID 控制参数等作为知识存入计算机知识库, 然后计算机根据控制系统的实际情况(系统的输入, 输出) , 运用模糊推理。

1.2 PID 算法：

u(t)=k p * e(t)+k i * ∫e(t)t 0

dt +k d *de(t)dt

= k p *e(t)+ k i *∑e i (t) + k d * e c (t)

其中, u (t) 为控制器输出量, e(t) 为误差信号, e c (t)为误差变化率, k p , k i , k d 分别

为比例系数、积分系数、微分数。

然而，课本中，为了简化实验难度，只是考虑了kp ，ki 参数的整定。

1.3 模糊PID 控制器的原理图：

二、基于Matlab的模糊控制逻辑模块的设计

关于模糊逻辑的设计，主要有隶属函数的编辑，参数的选型，模糊规则导入，生成三维图等观察。

2.1 模糊函数的编辑器的设定：

打开matlab后，在命令窗口输入“fuzzy”，回车即可出现模糊函数编辑器，基本设置等。基于课本的实验要求，我选的是二输入（e, e c）二输出（k p ,k i）。需要注意的是，在命名输入输出函数的时候，下标字母需要借助下划线的编辑，即e_c 能够显示为e c。

2.2四个隶属函数的N, Z, P 函数设定：

在隶属函数的设定中，N 选用的是基于trimf（三角形隶属函数） , Z是基于zmf（Z型隶属函数），P是基于smf（S型隶属函数）。

分别设定二输入（e, e c）二输出（k p ,k i）每个函数的N、Z、P的选型，以及取值范围，实际的参数范围。并且，模糊计算的连接词运算 And Method取

min , Or Method取max, 蕴含推理Implication取min，输出合成运算Aggregation

取max, 去模糊化运算 Defuzzification取centroid(重心法)。

这些都完成后，即可。下图以输入e为例：

2.3 添加模糊规则：

在FIS Editor菜单栏下的Edit中打开“Rules”,即可进行规则的添加，依照课本9条抹灰规则，添加完成后，如下：

2.4 模糊规则的视图观察，以及输入输出的的三维图

2.4.1观察模糊规则的视图：

在e, e c的视图上，可以明显的发现各有一条红线，这条红线就是用于调节这两个参数，当参数变化时，k p，k i的值也会随之变。

这样很容易观察输入参数的变化导致输出参数的变化。

2.4.2 输出e, e c及k p，k i的多维图：

2.4.2.1：

输入e, e c对k p的控制：

输入e, e c=none对k p的控制：

因为e c在试验中，值比较小，忽略考虑后，对k p的最终值影响不大，可以看出与课本上实验得出的k p=2.67 基本是差不多的，验证了实验

的正确性。

2.4.2.2：

输入e, e c对k i的控制

输入e, e c=none对k i的控制：

因为e c在试验中，值比较小，忽略考虑后，对k i的最终值影响不大，可以看出与课本上实验得出的k i=0.08基本是差不多的，验证了实验的正确性。

2.5 fis文件的保存

这一步看似很简单，不必太在意，但是个人觉得这一步很重要。因为，一

般大家保存文件都是，把文件保存在某个文件夹里面，这无可厚非，绝大多数情况也是这样的。包括在一般的matlab编程中，保存文件也是保存在matlab可以“识别”的空间里面（一般是matlab自己建好的文件夹，或者是在系统文档里面，其他地方基本会出问题）。

然而，对于这个模糊控制器fis文件，更加要注意的是需要”To Workspace”

而不是“To file”（大多数情况我们存matlab文件是“To file”）。我之前也一直是这么保存、打开fis文件。然而，在下面的第三步中“基于Matlab 的Simulink Library 的控制器”，需要用到fis逻辑，并且在命令窗口也能够把这个fis文件读入（或者也叫加载吧，但是命令是 readfis，“读入”更直接）也没问题，不报错。然而，就算在编译仿真的时候老是通过不了，主要

错误就是找不到那个fis文件（“未定义函数或变量”），然而在命令窗口是明明可以读取的。如下图所示：

报的错误是：

Error evaluating parameter 'fis' in 'Fuzzy_Logic_Controller/fuzzpid'

Caused by:

Undefined function or variable 'fuzzpid'.

控制器的逻辑装载有问题：

刚开始，实在找不出问题，就去论坛上去搜搜帖子，也有几个人遇到此问题，不是沉贴多年的僵尸贴就是随便顶的。不过，有一个用户提到过存储的路径问题，也就是存储到Workspace还是File的。这里的workSpace，个人觉得和Eclipse（Java, Android常用开发平台）有点不一样。我这个工程，Matlab Fuzzy Tool box控制器的逻辑设计（fis文件）与Matlab中 Simulink Library 都是分开建立的，但是感觉关联性比较强，和后者Eclipse平台的工作空间每个工程关联性比较弱，个人这么理解。

三、基于Matlab的Simulink Library 的控制器

3.1 添加“Fuzzy Controller”