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(完整word版)毕业设计：模糊控制器的仿真研究
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安阳师范学院本科学生毕业论文

模糊控制器的仿真研究

系（院）物理与电气工程学院
专业电气工程及其自动化

日期2015.06.01

学生诚信承诺书
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第页

模糊控制器的仿真研究
王方启
（安阳师范学院物理与电气工程学院，河南安阳455000）

摘要：本文对模糊控制系统的设计及仿真进行研究，对模糊控制及仿真技术的概念、特点、发展及应用进行了论述，简述了模糊控制的基本理论。在此基础上，详细介绍了模糊控制系统的系统组成和基本工作原理。同时，阐述了模糊控制器的结构和基本设计方法。最后，通过仿真结果进而对模糊控制系统进行改进。使用MATLAB对系统进行仿真，结果表明系统的动态性能得到了提高。
关键词:模糊PID控制器；MATLAB；仿真
1引言
在工程实际应用中，应用最广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、鲁棒性好，工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。但是对一些大惯性、非线性和时变的系统常规PID控制就无能为力了。由于负载扰动或环境变化，受控过程参数和模型结构均发生变化，由于受到参数整定方法烦杂的困扰，常规PID控制器参数往往整定不良、性能欠佳，对运行工况的适应性差。本文将模糊控制和PID控制结合起来，应用模糊推理的方法实现对PID参数进行在线自整定，实现PID参数的最佳调整，设计出参数模糊自整定PID控制器，并进行了Matlab/Simulink仿真。仿真结果表明，与常规PID控制系统相比，该设计获得了更优的鲁棒性和动、静态性及具有良好的自适应性。
模糊控制是以模糊集合论作为它的数学基础的。模糊控制就是利用模糊集合理论，把人的模糊控制策略转化为计算机所能接收的控制算法，进而实施控制的一种理论和技术。它能够模拟人的思维因而对一些无法构建数学模型的系统可以进行有效的描述和控制，除了用于工业，也适用于社会学、经济学、环境学、生物学及医学等各类复杂系统。模糊控制与PID控制结合构成模糊PID控制既可实现PID控制的功能又可实现模糊控制的作用，克服PID控制遇到的问题。因此研究模糊PID控制具有十分重要的现实意义。
2常规PID控制
2.1PID控制器概述
在过去的几十年里，PID控制器在工业控制中得到了广泛应用。在控制理论技术飞速发展的今天，工业过程控制中95﹪以上的控制回路都具有PID结构，并且许多高级控制都是以PID控制为基础的。PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I），微分单元（D）组成。
PID控制器具有以下优点：
（1）原理简单，使用方便，PID参数（Kp，Ki和Kd）可根据过程动态特性及时调整。
（2）应用范围广，适应性强。PID控制广泛适用与化工冶金、石油、热工等工业生产中。
（3）鲁棒性强，即其控制品质对被控制对象特性的变化不太敏感。
PID控制也有其固有的缺点。PID在控制非线性、时变、耦合及参数和结构不确定的复杂过程时，效果不是太好；最主要的是，如果PID控制器不能控制复杂过程，无论怎么调参数都没用。
3模糊PID控制
3.1模糊控制起源
模糊控制的诞生是和社会科学技术的发展与需要分不开的。随着科学技术的迅速发展，各个领域对自动控制系统精度、响应速度、系统稳定性与适应能力的要求越来越高，所研究的系统也日益复杂多变。然而，由于以一系列原因，诸如被控对象或过程的非线性、时变性多参数间的强烈耦合、较大的随机干扰、过程机理错综复杂、各种不确定性以及现场测量手段不完善等，难以建立被控对象的数学模型。虽然常规PID控制可以解决一些问题，但范围是有限的。对于那些难以建立数学模型的复杂被控对象，采用传统控制方法，包括基于现代控制理论的控制方法，往往不如一个有实践经验的操作人员所进行的手动控制效果好。因为人脑的重要特点之一就是有能力对模糊事物进行识别和判决，看起来似乎不确切