智能控制06模糊控制设计总结优缺点及改进PPT课件

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3.3 模糊控制的改进方法
串联控制
复合控制器
＋
模糊控
制器
＋
PI 控制器
对象
当|E|≥1时, 系统的误差e和模糊控制器的输出u的和作为PI控制器的输入, 克 服不确定性因素的影响,且有较强的控制作用;
当|E|<1时, 模糊控制器输出断开,仅有e加到PI控制器的输入, 消除稳态误差。
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3.3 模糊控制的改进方法
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3.3.2 模糊控制与PID控制的结合 ------ 双模控制
双模控制器由模糊控制器和PI控制器并联组成。控制开关在系统误差较大时 接通模糊控制器，来克服不确定性因素的影响；在系统误差较小时接通PI控 制器来消除稳态误差。
复合控制器
识别 判断
模糊控制器 PI控制器
对象
控制开关的控制规则可以描述为：
况的变化。 ④ 模糊控制器由于不具有积分环节，因而稳态精度不高。
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模糊控制的改进方法
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Why? ▪可以实现人的控制策略 ▪易于实现
模糊控制的特点
▪ 在平衡点附近会产生振荡，稳态精度较差 ▪ 提高控制精度必须以多分档为代价，因此使
得规则数和计算量大大增加
模糊PID
❖PID控制的特点：
▪运用普遍 ▪参数对控制性能具有较大影响
如果E、EC、U的论域和控制规则是确定的，那么模糊查询表是确定的， 也就是说，E、EC和U的关系是确定的，将这种关系可以用函数描述为：
U(k)=f [E(k),EC(k)]
E(k) Ke e(k)
EC(k) Kec ec(k) u(k) Ku U(k)
u(k) Ku f [Ke e(k),Kec ec(k)]
普通模糊控制器的参数和控制规则在系统运行时无法在 线调整，自适应能力差
自校正模糊控制器
在线修正模糊控制器的参数或控制规则， 增强模糊控制器的自适应能力
自校正模糊控制器通常分为两种： 参数自校正模糊控制器 规则自校正模糊控制器
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参数自校正模糊控制器
1）量化因子Ｋe、Ｋec和比例因子Ｋu对控制性能的影响
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PM
PB
ZO,ZO, NM ZO,ZO, NS NS,PS, NS NM,PM, NS
NM,PM, ZO
NM,PB, PS
NB,PB, PS
ZO,ZO, PS NS,ZO, ZO NS,PS, ZO NM,PM, ZO NM,PB, ZO NB,PB, PB NB,PB, PB
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参考论文
模糊自整定PID控制器的设计及其应用，吴振 顺，姚建均，岳东海，哈尔滨工业大学学报， 2004年11月。
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模糊规则表 ec
dKp,dKi, dKd NB
NM
NS
e
ZO
PS
PM
PB
NB
NM
百度文库
NS
ZO
PB,NB, PB,NB, PM,NM, PM,NM,
PS
NS
NB
NB
PB,NB, PB,NB, PM,NM, PS,NS,
PS
NS
NB
NM
PM,NB, PM,NM, PM,NS, PS,NS,
ZO
NS
NM
u
FC,| e |
PI
,
|
e
|
A A
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基于切换方式实现的模糊PID控制器
re
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Fuzzy控制器 PID控制器
||ee||<>=EE
y
对象
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基于切换方式实现的模糊PID控制器
Example:
G(s) 4 30s 1
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Simulink仿真实现
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Switch介绍
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控制效果
PID
模糊PID
并联控制
复合控制器 模糊控
制器
PI 控制器
＋
对象
＋
当|E|≥1时，模糊控制器开关闭合，PI控制器的输出和模糊控制器的输出的和作 为被控对象的输入, 克服不确定性因素的影响,且有较强的控制作用；
当|E|<1时, 模糊控制器输出断开，仅有PI控制器控制对象, 消除稳态误差。
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3.3.3 自校正模糊控制
积分系数（过去）：消除系统的稳态误差。Ki越大，系统的稳态误 差消除越快，但Ki过大，在响应过程的初期会产生积分饱和现象， 从而引起响应过程的较大超调。若Ki过小，将使系统稳态误差难以 消除，影响系统的调节精度。
微分系数（未来）：改善系统的动态特性。其作用主要是能反应 偏差信号的变化趋势。并能在偏差信号值变得太大之前，引入一 个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时 间。
k p k p ' d k p ; k i k i ' d k i ; k d k d ' d k d ;
y
对象
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讨论：PID对控制系统的影响
比例系数（现在）：加快系统的响应速度，提高系统的调节精度。 Kp越大，系统的响应速度越快，系统的调节精度越高，但易产生 超调，甚至导致系统不稳定。Kp 取值过小，则会降低调节精度， 使响应速度缓慢，从而延长调节时间，使系统静态、动态特性变 坏。
Kp=2, Ki=1, Kd=0
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基于参数自整定的模糊PID控制器
de/dt Fuzzy控制器
dkp dki dkd
re
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PID控制器
y
对象
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确定输入、输出变量
输入变量：e、de
输出变量： dkp, dki, dkd
e de
Fuzzy控制器
r
e
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dkp dki dkd
PID控制器
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参数整定
NM
PM,NM, PM,NM, PS,NS, ZO,ZO,
ZO
NS
NS
NS
PS,NM, PS,NS, ZO,ZO, NS,PS,
ZO
ZO
ZO
ZO
PS,ZO, ZO,ZO, NS,PS, NM,PS,
PB
NS
PS
PS
ZO,ZO, ZO,ZO, NM,PS, NM,PM,
PB
PM
PM
PM
PS
PS,NS, NB PS,NS, NM ZO,ZO, NS NS,PS, NS NS,PS, ZO NM,PM, PS NM,PM, PS
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2）Ke、Kec、Ku的调整方法
系统状态 e和ec较大
性能要求
参数调整的要求
尽快消除误差， 降低Ke和Kec； 加快响应速度 加大Ku
e和ec较小
系统已经接近 稳态,此时要求 提高系统精度, 减少超调量
加大Ke和Kec； 降低Ku
模糊控制的优缺点
优点：
① 设计时不需要建立被控制对象的数学模型，只要求掌 握人类的控制经验。
② 系统的鲁棒性强，尤其适用于非线性时变、滞后系统 的控制
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模糊控制的优缺点
缺点：
① 模糊化和反模糊化过程缺乏系统的方法，主要靠经验和 试凑。
② 总结模糊控制规则有时比较困难。 ③ 控制规则一旦确定，不能在线调整，不能很好地适应情