卡尔曼滤波器结合模糊PID的控制系统
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
ｗｉｈｔａ ｔｏ ｌ Ｄ ｎ ｚ ｙ ＰＩ ｃ ｎｒ ｌ ｔ ＡＴＬＡＢ ｒ ｇ ａ ｍｉ ｇｓｍｕａ ｉｎ ｔ ｉ ｔ ｏ ａ ｄ ｐ ａ ｉ ｔ ｔ ｈ ｔ ｄｉ ｎａ ｒ ｉ ＰＩ ａ ｄ Ｆｕ ｚ － Ｄ ｏ ｔｏ ｈＭ ｗｉ ｐｏｒ ｍ ｎ ｉ ｌｔｏ ， ｈ ｓｍｅｈ ｄｈ ｓａ ａ ｔｂ ｌｙ ｔ ｅ ｉ ｏ
摘
要 ：根据控制对象 的特性 ，把卡尔曼滤波器和采用 参数 自适应 的模糊 ＰＤ 算法相 结合 ，在具有控制干扰和 Ｉ
测量噪 声的恶劣环境下 ，实现对 ＰＤ参数在线调整的同时 ，基本消除干扰和噪声影 响。应用 ＭＡ Ｌ Ｂ软件编稃 Ｉ ＴＡ
进行仿真 ，结 果表 明相对于传统 ＰＤ 和模糊 ＰＤ控制 ，本控制系统对被控对象的时变性和非线性具有 良好 的适 Ｉ Ｉ
应 能力 ，对控制干扰和测量噪声具有很好 的抑制作 用。 关键词 ：卡尔曼滤波 ；模糊 ＰＤ；干扰 ；ＭＡ Ｌ Ｂ；仿真 Ｉ ＴＡ
Ｆｕｚ ｙ— Ｄ ｎｄ Ｋａ ｍ ａ ｌｅ ｎｔ ｏ ｙ ｔ ｍ ｚ ＰＩ ａ ｌ ｎ Ｆｉｔ ｒＣｏ ｒ ｌＳ ｓ ｅ
ＪＡ ｎ Ｉ Ｙａ ’
，
Ｘ Ｏ ｉ ｉ Ｘ Ｗｅ． ａ ｇ， ｕ Ｂ ｏＧ ｏ Ｉ ＮＧ Ｗｅ Ｌ Ｕ ｎＱｉ ｘ ａ． ｕ ． ， ｎ
（ ｙＬ ｂ ｒｔｒ ｆ ｄ ａｃｄＰｏ ｅｓ ｏ ｔ ｌｏ ｉ ｔｎ ｕｔ ，ｉｎｎ ｎＵ ｉｅｓｙ Ｗｕ ｉ １ １２ Ｃ ｉ ） Ｋｅ ａｏａ ｙｏ Ａ ｖｎｅ ｒｃｓ Ｃ ｎｒ ｒ ｇ ｄ ｓ Ｊ ｇ ａ ｎｖｒｉ ， ｘ ２ ４ ２ ， ｈｎ ｏ ｏｆ Ｌ ｈＩ ｙ ｒ ａ ｔ ａ （ｃｏ ｌ ｆｏ ｎ ｉ ｅｉ ， ｐ． ｆ ｔｍａｉ ，ｉ ｇ ａ ｎｖ ｒｔ， ｘ ２ ４ ２ ， ｈｎ ） Ｓ ｈ ｏ ｏ ｌＴＥ ｇｎ ｒ ｇ Ｄｅｔｏ Ａｕｏ ｔ ｎ Ｊ ｎ ｎｎＵ ｉｅｓ Ｗｕ ｉ １ １２Ｃ ｉａ ｅ ｎ ｏ ａ ｉ ｙ
ａ ｄｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔｎ ｉｅｈ ｓａｇ ｏ ｈ ｂｔ ｒ ｆｅ ｔ ｎ ａ ｕ ｅ ｎ ｏ ｓ ａ ｏ ｄ ｉ ｉ ｉ ｙ ｅｆ ｃ ． ｎ ｏ Ｋｅ ｗｏ ｄｓ ｋ ｌ ｎ； ｚ ｙ ＰＩ ｉｔｒｅ ｅ ｃ ； ＡＴＬＡＢ； ｒ ｇ ａ ｙ ｒ ： ａｍａ Ｆｕ ｚ Ｄ；ｎ ｅ ｆｒ ｎ ｅ Ｍ ｐ ｏ ｒｍｍｉ ｇｓｍｕｌｔｏ ｎ ｉ ａ ｉｎ
ａｇ ｒｔ ｍ ａ ｅ ｏ ｌｏ ｉ ｈ ｒ ｃ ｍｂｉｅ ｔ ｅｈ ｒ Ｉ ｃ ｎｒ ｌｉｇ ｎ ｅｆ ｒ ｎ ｅ ｎ ｍ ｅ ｓ ｒ ｍ ｅ ｔ ｎ ｓ ｉ ｈ ｓ ｅ ｖ ｒ ｎ ｅ ｔ，ｔ ｅ ｎ ｄ ｏｇ ｔ ｅ． ｎ ｏ ｔｏ ｌ ｉｔ ｒｅ ｅ ｃ ａ ｄ ｎ ａ ｕ ｅ ｎ ｏｉｅ ｎ ａ ｈ ｎ ｉｏ ｍ ｎ ｓ ｈ ｒ
Ａ ｓ ａｔ Ａ ｃ ｒｉｇｔ ｔ ｈ ｒ ｔ ｉｉ ｆ ｏｔ ｌ ｄｏｊｃ ｋ ｌ ａ ｉｅ ｎ ａａ ｔ ｅ －ｄｐｉ ｕｚ Ｉ ｂ ｔ ｃ： ｃｏｄｎ ｅｃａａ ｅ ｓｃ ｏ ｎｒ ｌ ｂ ｔ ａｍ ｎｆｔ ａｄｐｒｍｅ ｒｓｌａａ ｔ ｅｆｚｙＰＤ ｒ ｏｈ ｃ ｒｔｓ ｃ ｏｅ ｅ， ｌｒ ｅ ｆ ｖ
ｉ ｌ ｎａ ｏ ｆｈ Ｉ ａ ｍ ｔｒ ｏ －ｎ ｄｕｔ ｅ ｔ ａ ｄｂ ｓ ｌ ｎｔ ｎｏ ｔｒ ｒｎ ｅ ｄｎ ｉ ． ｏ ｐ ｒ ｍｐ ｍｅｔ ｉｎｏ ｅＰＤ ｐ ａ ｅｅ ｎｌ ｅａｊｓ ｎｓ ｎ ａｉ ｅ ｍｉ ｉ ｆ ｎ ｆ ｅｃ ｏｓ Ｃ ｍ ａｅ ｅ ｔ ｔ ｒ ｓ ｉ ｍ ， ｃ ｉ ａｏ ｉｅ ｅ ｎ ａ ｅ ｄ
２ｌ ０ １年 第 ２ 卷 第 ｌ 期 ０ ２
ｈｔ：ｗ ｗ． Ｓ ．ｒ． ｔ ／ ｗ ｃ － ｏｇｃ ｐ／ ・ａ ｎ
计 算 机 系 统 应 用
卡尔曼滤波器结合模糊 ＰＤ的控制系 Ｉ
贾 岩 ，熊伟丽 ，许文强 ，徐保 国
（ 南大学 轻工过程先进控制教育 部重 点实验室 ，无锡 ２４ ２ ） 江 １ １２ （ 江南大学 物联 网工程学院 自动化系，无锡 ２ ４ ２ ） １ １２
ｓ ｓｅ ｗｈｃ ａ ｅｃ ａａ ｔｒ ｔ ｆｔ ａｉ ｉｎ ｕ ｃ ｒ ｉｔ ｎ ｏ — ｎ ａｉ ． ｈ ｙｔｍ ｏ ｔｏ ｔｒｅｅ ｃ ｙ ｔｍ ｉｈｈ ｓｔ ｈ ｃｅｉ ｉ ｏ ｍｅｖ ｒ ｔ ， ｎ ｅｔ ｎ ａ ｄｎ ｎｌ ｅｒ ｙ Ｔ ｅｓ ｓ ｈ ｒ ｓｃ ｉ ａｏ ａ ｙ ｉ ｔ ｅ ｔ ｃ ｎｒ ｌｎｅｆｒｎ ｅ ｏ ｉ
１ ． 统 ＰＤ 控 制 器 １传 Ｉ
传统的 ＰＤ 控制器是对输入输 出误差 ｅ ） 行比 Ｉ （进 ｔ 例、微分和积分运算 ，对三个运算 结果进行 加权和运 算 ，输 出控制指令至执行机构 ，使被控对象达到预期 值［ １ 比例系数 Ｋ 、积 分系数 Ｋｉ ３ 。其 ， ４ ｐ 及微分系数 Ｋ ｄ 是影响系统响应速度 、超调量 、稳定性和稳态误 差的 关键因素 。 ＰＤ控制规律如下 ： Ｉ
ｎ－Ｉ来自百度文库
难取 得理想 的控制 效果 。模糊 ＰＤ 控制 器可 以根据 Ｉ 输入 误差 ｅ 和误 差变化率 ｅ 对 ＰＤ控制 器参 数进行 ｃ Ｉ 实 时 自动调 整 ，超 调 量小 ，响应 速度 快 ，具有 良好
的 动态 和 静态 特性 口。 由于 控 制对 象所 处环 境 往往 １
存在 大量 干扰和 噪声 ，导致系统 误差较 大和 不稳 定 。 本 文采 用 卡 尔 曼滤 波和 模 糊 Ｐ Ｄ 相 结合 的控 制策 Ｉ
传 统 Ｐ Ｄ 控制 具有稳 定性好 、结构 简单 、可靠 Ｉ 性 高等优 点 ，对 于可 建立精 确数 学模 型 的确定 性 系 统 尤为 适用 ¨。但 由于其适 应 性较 差 ，对 于非 线性 １
和 时变 系统 易 出现 整 定不 良，超 调量 大等 现象 ，很
ｌ 模糊ＰＤ Ｉ 控制系统
摘
要 ：根据控制对象 的特性 ，把卡尔曼滤波器和采用 参数 自适应 的模糊 ＰＤ 算法相 结合 ，在具有控制干扰和 Ｉ
测量噪 声的恶劣环境下 ，实现对 ＰＤ参数在线调整的同时 ，基本消除干扰和噪声影 响。应用 ＭＡ Ｌ Ｂ软件编稃 Ｉ ＴＡ
进行仿真 ，结 果表 明相对于传统 ＰＤ 和模糊 ＰＤ控制 ，本控制系统对被控对象的时变性和非线性具有 良好 的适 Ｉ Ｉ
应 能力 ，对控制干扰和测量噪声具有很好 的抑制作 用。 关键词 ：卡尔曼滤波 ；模糊 ＰＤ；干扰 ；ＭＡ Ｌ Ｂ；仿真 Ｉ ＴＡ
Ｆｕｚ ｙ— Ｄ ｎｄ Ｋａ ｍ ａ ｌｅ ｎｔ ｏ ｙ ｔ ｍ ｚ ＰＩ ａ ｌ ｎ Ｆｉｔ ｒＣｏ ｒ ｌＳ ｓ ｅ
ＪＡ ｎ Ｉ Ｙａ ’
，
Ｘ Ｏ ｉ ｉ Ｘ Ｗｅ． ａ ｇ， ｕ Ｂ ｏＧ ｏ Ｉ ＮＧ Ｗｅ Ｌ Ｕ ｎＱｉ ｘ ａ． ｕ ． ， ｎ
（ ｙＬ ｂ ｒｔｒ ｆ ｄ ａｃｄＰｏ ｅｓ ｏ ｔ ｌｏ ｉ ｔｎ ｕｔ ，ｉｎｎ ｎＵ ｉｅｓｙ Ｗｕ ｉ １ １２ Ｃ ｉ ） Ｋｅ ａｏａ ｙｏ Ａ ｖｎｅ ｒｃｓ Ｃ ｎｒ ｒ ｇ ｄ ｓ Ｊ ｇ ａ ｎｖｒｉ ， ｘ ２ ４ ２ ， ｈｎ ｏ ｏｆ Ｌ ｈＩ ｙ ｒ ａ ｔ ａ （ｃｏ ｌ ｆｏ ｎ ｉ ｅｉ ， ｐ． ｆ ｔｍａｉ ，ｉ ｇ ａ ｎｖ ｒｔ， ｘ ２ ４ ２ ， ｈｎ ） Ｓ ｈ ｏ ｏ ｌＴＥ ｇｎ ｒ ｇ Ｄｅｔｏ Ａｕｏ ｔ ｎ Ｊ ｎ ｎｎＵ ｉｅｓ Ｗｕ ｉ １ １２Ｃ ｉａ ｅ ｎ ｏ ａ ｉ ｙ
ａ ｄｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔｎ ｉｅｈ ｓａｇ ｏ ｈ ｂｔ ｒ ｆｅ ｔ ｎ ａ ｕ ｅ ｎ ｏ ｓ ａ ｏ ｄ ｉ ｉ ｉ ｙ ｅｆ ｃ ． ｎ ｏ Ｋｅ ｗｏ ｄｓ ｋ ｌ ｎ； ｚ ｙ ＰＩ ｉｔｒｅ ｅ ｃ ； ＡＴＬＡＢ； ｒ ｇ ａ ｙ ｒ ： ａｍａ Ｆｕ ｚ Ｄ；ｎ ｅ ｆｒ ｎ ｅ Ｍ ｐ ｏ ｒｍｍｉ ｇｓｍｕｌｔｏ ｎ ｉ ａ ｉｎ
ａｇ ｒｔ ｍ ａ ｅ ｏ ｌｏ ｉ ｈ ｒ ｃ ｍｂｉｅ ｔ ｅｈ ｒ Ｉ ｃ ｎｒ ｌｉｇ ｎ ｅｆ ｒ ｎ ｅ ｎ ｍ ｅ ｓ ｒ ｍ ｅ ｔ ｎ ｓ ｉ ｈ ｓ ｅ ｖ ｒ ｎ ｅ ｔ，ｔ ｅ ｎ ｄ ｏｇ ｔ ｅ． ｎ ｏ ｔｏ ｌ ｉｔ ｒｅ ｅ ｃ ａ ｄ ｎ ａ ｕ ｅ ｎ ｏｉｅ ｎ ａ ｈ ｎ ｉｏ ｍ ｎ ｓ ｈ ｒ
Ａ ｓ ａｔ Ａ ｃ ｒｉｇｔ ｔ ｈ ｒ ｔ ｉｉ ｆ ｏｔ ｌ ｄｏｊｃ ｋ ｌ ａ ｉｅ ｎ ａａ ｔ ｅ －ｄｐｉ ｕｚ Ｉ ｂ ｔ ｃ： ｃｏｄｎ ｅｃａａ ｅ ｓｃ ｏ ｎｒ ｌ ｂ ｔ ａｍ ｎｆｔ ａｄｐｒｍｅ ｒｓｌａａ ｔ ｅｆｚｙＰＤ ｒ ｏｈ ｃ ｒｔｓ ｃ ｏｅ ｅ， ｌｒ ｅ ｆ ｖ
ｉ ｌ ｎａ ｏ ｆｈ Ｉ ａ ｍ ｔｒ ｏ －ｎ ｄｕｔ ｅ ｔ ａ ｄｂ ｓ ｌ ｎｔ ｎｏ ｔｒ ｒｎ ｅ ｄｎ ｉ ． ｏ ｐ ｒ ｍｐ ｍｅｔ ｉｎｏ ｅＰＤ ｐ ａ ｅｅ ｎｌ ｅａｊｓ ｎｓ ｎ ａｉ ｅ ｍｉ ｉ ｆ ｎ ｆ ｅｃ ｏｓ Ｃ ｍ ａｅ ｅ ｔ ｔ ｒ ｓ ｉ ｍ ， ｃ ｉ ａｏ ｉｅ ｅ ｎ ａ ｅ ｄ
２ｌ ０ １年 第 ２ 卷 第 ｌ 期 ０ ２
ｈｔ：ｗ ｗ． Ｓ ．ｒ． ｔ ／ ｗ ｃ － ｏｇｃ ｐ／ ・ａ ｎ
计 算 机 系 统 应 用
卡尔曼滤波器结合模糊 ＰＤ的控制系 Ｉ
贾 岩 ，熊伟丽 ，许文强 ，徐保 国
（ 南大学 轻工过程先进控制教育 部重 点实验室 ，无锡 ２４ ２ ） 江 １ １２ （ 江南大学 物联 网工程学院 自动化系，无锡 ２ ４ ２ ） １ １２
ｓ ｓｅ ｗｈｃ ａ ｅｃ ａａ ｔｒ ｔ ｆｔ ａｉ ｉｎ ｕ ｃ ｒ ｉｔ ｎ ｏ — ｎ ａｉ ． ｈ ｙｔｍ ｏ ｔｏ ｔｒｅｅ ｃ ｙ ｔｍ ｉｈｈ ｓｔ ｈ ｃｅｉ ｉ ｏ ｍｅｖ ｒ ｔ ， ｎ ｅｔ ｎ ａ ｄｎ ｎｌ ｅｒ ｙ Ｔ ｅｓ ｓ ｈ ｒ ｓｃ ｉ ａｏ ａ ｙ ｉ ｔ ｅ ｔ ｃ ｎｒ ｌｎｅｆｒｎ ｅ ｏ ｉ
１ ． 统 ＰＤ 控 制 器 １传 Ｉ
传统的 ＰＤ 控制器是对输入输 出误差 ｅ ） 行比 Ｉ （进 ｔ 例、微分和积分运算 ，对三个运算 结果进行 加权和运 算 ，输 出控制指令至执行机构 ，使被控对象达到预期 值［ １ 比例系数 Ｋ 、积 分系数 Ｋｉ ３ 。其 ， ４ ｐ 及微分系数 Ｋ ｄ 是影响系统响应速度 、超调量 、稳定性和稳态误 差的 关键因素 。 ＰＤ控制规律如下 ： Ｉ
ｎ－Ｉ来自百度文库
难取 得理想 的控制 效果 。模糊 ＰＤ 控制 器可 以根据 Ｉ 输入 误差 ｅ 和误 差变化率 ｅ 对 ＰＤ控制 器参 数进行 ｃ Ｉ 实 时 自动调 整 ，超 调 量小 ，响应 速度 快 ，具有 良好
的 动态 和 静态 特性 口。 由于 控 制对 象所 处环 境 往往 １
存在 大量 干扰和 噪声 ，导致系统 误差较 大和 不稳 定 。 本 文采 用 卡 尔 曼滤 波和 模 糊 Ｐ Ｄ 相 结合 的控 制策 Ｉ
传 统 Ｐ Ｄ 控制 具有稳 定性好 、结构 简单 、可靠 Ｉ 性 高等优 点 ，对 于可 建立精 确数 学模 型 的确定 性 系 统 尤为 适用 ¨。但 由于其适 应 性较 差 ，对 于非 线性 １
和 时变 系统 易 出现 整 定不 良，超 调量 大等 现象 ，很
ｌ 模糊ＰＤ Ｉ 控制系统