模糊自整定PID控制系统设计与仿真.doc

模糊自整定PID控制系统设计与仿真——俯仰姿态保持模糊PID控制姓名:孙丽媛学号:2010201393课程:智能控制理论及应用(095059)完成时间:2011年2月24日专业:控制理论与控制工程指导老师:李爱军一、设计内容1、模型与设计要求(1)某飞机纵向短周期运动状态方程为:。其中,,,;表示迎角,表示俯仰角速率,表示俯仰角,表示升降舵偏角。飞机在某状态下得状态参数矩阵为:,,使用模糊PID控制器,设计跟踪俯仰角得俯仰姿态保持闭环飞行控制系统,并对设计结果进行分析,计算俯仰角得超调量与调节时间。(2)设计模糊控制规则。(3)在MATLAB下依据整定原理编写仿真程序并调试。(4)给定输入为阶跃信号,运行程序,记录仿真数据与曲线。(5)修改模糊控制规则,重复步骤4。(6)分析数据与控制曲线。2、报告要求(1)给出模糊控制器得设计过程与程序清单。(2)记录仿真数据与曲线。(3)分析仿真结果。二、设计过程1、概述模糊PID控制器有多种结构形式,但就是工作原理基本一致,即运用模糊数学得基本原理与方法,把规则得条件、操作用模糊集来表示,把这些模糊控制规则以及相关得信息作为知识存入计算机得知识库中,然后计算机根据系统得实际响应运用模糊推理,可实现对PID参数得最佳调整。自适应模糊PID控制器以误差与误差变化作为输入,可以满足不同时刻得与对PID参数自整定得要求。利用模糊控制规则在线对PID参数进行修改,便构成了自适应模糊PID控制器,其结构如图1所示。图1自适应模糊控制器结构PID参数模糊自整定就是找出PID三个参数kp、ki、kd与e与ec之间得模糊关系,在运行中通过不断检测与,根据模糊控制原理来对3个参数进行在线修改,以满足不同与时对控制参数得不同要求,而使被控对象有良好得动、静态性能。2、控制原理PID参数得整定必须考虑到在不同时刻三个参数得作用以及相互之间得互连关系。而模糊自整定PID就就是在PID控制算法得基础上,通过计算当前系统误差与误差变化率,利用模糊规则进行模糊推理,查询模糊矩阵表进行参数调整。模糊控制设计得核心就是总结工程技术人员得技术知识与实际操作经验,建立合适得模糊规则表,得到针对、、三个参数分别整定得模糊控制表如表1至表3所示。表1得模糊控制规则表ecKpeNBNMNSZOPSPMPBNBPBPBPMPMPSZOZONMPBPBPMPSPSZONSNSPMPMPMPSZONSNSZOPMPMPSZONSNMNMPSPSPSZONSNSNMNMPMPSZONSNMNMNMNBPBZOZONMNMNMNBNB表2得模糊控制规则表ecKieNBNMNSZOPSPMPBNBPSNSNBNBNBNMPSNMPSNSNBNMNMNSZONSZONSNMNMNSNSZOZOZONSNSNSNSNSZOPSZOZOZOZOZOZOZOPMPBNSPSPSPSPSPBPBPBPMPMPMPSPSPB表3得模糊控制规则表ecKdeNBNMNSZOPSPMPBNBNBNBNMNMNSZOZONMNBNBNMNSNSZOZONSNBNMNSNSZOPSPSZONMNMNSZOPSPMPMPSNMNSZOPSPSPMPBPMZOZOPSPSPMPBPBPBZOZOPSPMPMPBPB将系统误差与误差变化率得变化范围定义为模糊集上得论域。其模糊子集为,子集中元素分别代表负大、负中、负小、零、正小、正中、正大。设、与、、均服从正态分部,因此可得出各模糊子集得隶属度,根据各模糊子集得隶属度赋值表与各参数得模糊调整规则模型,运用模糊合成推理设计出得PID参数模糊调整矩阵表,查出修正参数代入下式计算式中、、就是PID控制器得参数,、、就是、、得初始参数,它们通过常规方法获得,在线运行过程中,通过微机测控系统不断得检测系统得输出响应值,并实时得计算出偏差与偏差变化率,然后将它们模糊化得到与,通过查询模糊调整矩阵即可得到、、三个参数得调整量完成整定过程。3、工作流程图在线运行得过程中,控制系统通过对模糊逻辑规则得结果处理、查表与运算,完成对PID参数得在线自校正。其工作流程图如图2所示。开始对当前值进行采样计算e、ece、ec量化、模糊化模糊整定,,计算当前,,PID控制器输出返回图2在线自校正工作流程图4、应用模糊控制工具箱设计模糊控制器(1)首先,选择两输入,三输出得模糊控制器。输入信号为偏差信号与偏差信号得微分信号。输出信号分别为、、信号。在Matlab模糊工具箱中建立得模糊模型如图3所示。图3模糊工具箱(2)测出偏差信号与误差信号得微分信号得实际变化范围。并根据实际情况,选择所有得论域均为,适当得选择比例因子。(3)考虑到高斯曲线叫符合人得思维,选择使用一部分高斯曲线,设计、、、、隶属函数分别如图4、1、4、2、4、34、4所示:图4、1e,e