模糊控制大作业

模糊控制大作业实验报告

学院：

学号：

姓名：

模糊控制大作业

一、设计任务：

I.

被控对象的传递函数为：0.52

()(1)s

e G s s -=

+

(1) 首先设计常规PD 控制器，尽量满足参考指标；

(2) 将PD 控制器输入输出数据作为专家操作试验数据，分别设计Mamdani 型和T-S 型

模糊控制器，进行仿真计算；

对模糊控制器，考虑以下因素对系统性能的影响

①糊控制器方案的选择； ②语言变量取法；

③论域的划分； ④模糊子集（隶属函数）的形状和分布。 (3) 比较PD 、Mamdany 型和T-S 型模糊控制器下系统的性能。 II. 参考性能指标:

(1) r(t)=1(t) 时稳态误差为0 ; (2) 超调量不超过5 % ; (3) 调节时间不超过2秒.

确定控制方案, 设计模糊控制器.

要求: 设计仿真框图, 编制程序, 给出计算结果及曲线。

（1） 仿真框图

（2） 输入输出语言变量的语言值分布图 （3） 模糊控制规则表面图 （4） 阶跃响应曲线

（5） 性能指标值（稳态误差，超调量，调节时间）

二、设计内容 1.PD 控制器的设计

如下图所示搭建simulink 仿真图，对PID 参数进行优化。

图2 PID控制系统参数优化仿真图得到阶跃响应曲线如下图

基本满足性能指标，优化得到的参数值为kp=2.3，kd=1.3，ki=0.8。搭建如下的PID控制仿真图，并得到阶跃响应曲线

图2 PID控制器仿真图

图3 PID控制器阶跃响应曲线

局部放大后可以看出，超调量约为4%，调节时间约1.9s，稳态误差为0，满足性能指标要求。

为了设计mandani型模糊控制器，同时观测偏差e、偏差变化率ec和输出u的变化情况，曲线如下：

图4 三个语言变量的变化曲线

2.mandani型模糊控制器的设计

（1）．由语言变量的变化曲线可得偏差e的基本论域为：[-1,1]，偏差变化率ec的基本论域为[-1,1]，输出u的论域为[-3，3]。对输入和输出语言变量进行量化，输入语言变量分为5档，用NB、NS、ZO、PS、PB分别表示三语言量的负大，

负小、零、正小、正大；输出语言变量分为9档，用NL、NB、NS、ZO、PS、PB、PL分别表示三语言量的负大大，负大，负中、负小、零、正小、正中、正大、正大大，隶属度函数均取为高斯型。

（2）．根据经验公式得到模糊控制规则表如下：

NB NS ZO PS PB

U EC

E

NB PL PB PM PS ZO

NS PB PB PM PS ZO

ZO PM PS ZO NS NM

PS PB PB PM NS ZO

PB ZO NS NM NB NL （3）.在matlab中输入输出语言变量的语言值分布图为：

（4）.模糊控制规则表面图为：

（5）.模糊控制单位阶跃响应曲线为：

8．系统的性能指标为： （1）系统超调量：σ=4%， （2）调节时间： ts=1.9s, （3）稳态误差：ess=0;

3．T —S 模糊控制器的设计

（1）.首先，借助

PD 控制器对被控对象进行控制，得到控制器的参数，将PD

控制器的控制效果作为模糊控制规则的经验值。其控制框图与mandani 模型一致，此处不再详述。

（2）.由PD 控制器可得偏差e 的基本领域为：[-1,1]，语言值为{E1,E2,E3},偏差变化率的基本领域为[-1,1],语言值为{EC1,EC2,EC3}，且有

(2.3 1.3)c e e u K K =-+通过PD 控制器得到模糊控制规则表为：

U E1 E2 E3 EC1 -3 U1 -e+1 U2 -1 U3 EC2

0.5e+0.1e+1 U4

-2e-1ec U5

-1.3ec-2 U6

EC3 -1 U7 -2.3e-1 U8 -3 U9 （3）.在matlab中输入输出语言变量的语言值分布图为：

（4）. 模糊控制规则表面图为：

(5).模糊控制单位阶跃响应曲线为：

(6).系统的性能指标为：

（1）系统超调量： =5%，

（2）调节时间：ts=1.7s,

（3）稳态误差：ess=0;

三．收获与总结

（1）通过本次大作业熟悉了模糊控制器的设计思想及流程，加深了对该课程的理解，同时掌握了在matlab中用模糊控制工具箱设计简单的模糊控制器。

（2）在设计PD控制器时，进一步熟悉了PID参数的调节，加深了对PID 各个参数对阶跃曲线的影响规律的理解。

（３）在模糊控制器的设计过程中，对“模糊”的概念有了充分的理解，通过PD控制器得到的控制规律，只是大概的参考规律，最终的控制规律还要在隶属度函数图形上进行调节，因此，最终的控制规律往往和参考规律相差很大。