模糊自整定PID控制系统设计与仿真样本.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：93课程：智能控制理论及应用（095059）完毕时间：2月24日专业：控制理论与控制工程指引教师：李爱军一、设计内容1、模型与设计规定（1）某飞机纵向短周期运动状态方程为：。其中，，，；表达迎角，表达俯仰角速率，表达俯仰角，表达升降舵偏角。飞机在某状态下状态参数矩阵为：，，使用模糊PID控制器，设计跟踪俯仰角俯仰姿态保持闭环飞行控制系统，并对设计成果进行分析，计算俯仰角超调量和调节时间。（2）设计模糊控制规则。（3）在MATLAB下根据整定原理编写仿真程序并调试。（4）给定输入为阶跃信号，运营程序，记录仿真数据和曲线。（5）修改模糊控制规则，重复环节4。（6）分析数据和控制曲线。2.报告规定（1）给出模糊控制器设计过程和程序清单。（2）记录仿真数据和曲线。（3）分析仿真成果。二、设计过程1.概述模糊PID控制器有各种构造形式，但是工作原理基本一致，即运用模糊数学基本原理和办法，把规则条件、操作用模糊集来表达，把这些模糊控制规则以及有关信息作为知识存入计算机知识库中，然后计算机依照系统实际响应运用模糊推理，可实现对PID参数最佳调节。自适应模糊PID控制器以误差和误差变化作为输入，可以满足不同步刻和对PID参数自整定规定。运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，其构造如图1所示。图1自适应模糊控制器构造PID参数模糊自整定是找出PID三个参数kp、ki、kd与e和ec之间模糊关系，在运营中通过不断检测和，依照模糊控制原理来对3个参数进行在线修改，以满足不同和时对控制参数不同规定，而使被控对象有良好动、静态性能。2.控制原理PID参数整定必要考虑到在不同步刻三个参数作用以及互相之间互连关系。而模糊自整定PID就是在PID控制算法基本上，通过计算当前系统误差和误差变化率，运用模糊规则进行模糊推理，查询模糊矩阵表进行参数调节。模糊控制设计核心是总结工程技术人员技术知识和实际操作经验，建立适当模糊规则表，得到针对、、三个参数分别整定模糊控制表如表1至表3所示。表1模糊控制规则表ecKpeNBNMNSZOPSPMPBNBPBPBPMPMPSZOZONMPBPBPMPSPSZONSNSPMPMPMPSZONSNSZOPMPMPSZONSNMNMPSPSPSZONSNSNMNMPMPSZONSNMNMNMNBPBZOZONMNMNMNBNB表2模糊控制规则表ecKieNBNMNSZOPSPMPBNBPSNSNBNBNBNMPSNMPSNSNBNMNMNSZONSZONSNMNMNSNSZOZOZONSNSNSNSNSZOPSZOZOZOZOZOZOZOPMPBNSPSPSPSPSPBPBPBPMPMPMPSPSPB表3模糊控制规则表ecKdeNBNMNSZOPSPMPBNBNBNBNMNMNSZOZONMNBNBNMNSNSZOZONSNBNMNSNSZOPSPSZONMNMNSZOPSPMPMPSNMNSZOPSPSPMPBPMZOZOPSPSPMPBPBPBZOZOPSPMPMPBPB将系统误差和误差变化率变化范畴定义为模糊集上论域。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、和、、均服从正态分部，因而可得出各模糊子集从属度，依照各模糊子集从属度赋值表和各参数模糊调节规则模型，运用模糊合成推理设计出PID参数模糊调节矩阵表，查出修正参数代入下式计算式中、、是PID控制器参数，、、是、、初始参数，它们通过常规办法获得，在线运营过程中，通过微机测控系统不断检测系统输出响应值，并实时计算出偏差和偏差变化率，然后将它们模糊化得到和，通过查询模糊调节矩阵即可得到、、三个参数调节量完毕整定过程。3.工作流程图在线运营过程中，控制系统通过对模糊逻辑规则成果解决、查表和运算，完毕对PID参数在线自校正。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）一方面，选取两输入，三输出模糊控制器。输入信号为偏差信号和偏差信号微分信号。输出信号分别为、、信号。在Matlab模糊工具箱中建立模糊模型如图3所示。图3模糊工具箱（2）测出偏差信号和误差信号微分信号实际变化范畴。并依照实际状况，选取所有论域均为，恰当选取比例因子。（3）考虑到高斯曲线叫符合人思维，选取使用一某些高斯曲线，设计、、、、从属函数分别如图4.1、4.2、4.34.4所示：图4.1e,ec从属函数图4.2kp从属函数图4.3ki从属函数图4.4kd从属函数（4）依照表1至表3中总结实际经验，选取49条模糊规则如下：If