毕业设计-基于Matlab的专家PID控制在快速系统中的仿真及应用.doc

毕业设计-基于Matlab的专家PID控制在快速系统中的仿真及应用.doc

《毕业设计-基于Matlab的专家PID控制在快速系统中的仿真及应用.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计-基于Matlab的专家PID控制在快速系统中的仿真及应用.doc（61页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

本科毕业论文（设计）

论文（设计）题目：

专家PID控制在快速系统中的仿真及应用

学院：

＿＿

专业：

＿

班级：

学号：

学生姓名：

＿＿＿＿

指导教师：

＿

2010年06月07日

贵州大学本科毕业论文（设计）

诚信责任书

本人郑重声明：

本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。

毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均以明确注明出处。

特此声明。

论文（设计）作者签名：

日期：

目录

摘要 III

ABSTRACT IV

前言 1

第一章绪论 2

1.1研究的目的和意义 2

1.2国内外研究现状和发展趋势 3

1.3本课题的主要研究内容 4

第二章PID控制器综述 6

2.1常规PID控制器概述 6

2.2积分分离PID控制器 8

2.2.1积分分离PID控制原理 8

2.2.2积分分离PID的主要用途 9

2.3专家PID控制器 9

2.3.1智能PID控制概述 9

2.3.2专家PID控制原理 10

第三章专家PID控制及积分分离PID控制在MATLAB上的实现 13

3.1MATLAB简介 13

3.1.1MATLAB简介 13

3.1.2SIMULINK介绍及建模方法 13

3.2基于MATLAB的积分分离PID控制器设计 15

3.2.1积分分离PID控制器的simulink程序设计 15

3.2.2设计过程中的问题分析 18

3.3基于MATLAB的专家PID控制控制器设计 18

3.3.1专家PID算法的MATLAB实现 18

3.3.2专家PID控制器的M文件实现 21

3.3.3专家PID控制器的simulink程序设计 24

3.3.4设计过程中的问题分析 27

第四章系统数学模型的建立 28

4.1数学模型的建立方法 28

4.1.1数学模型概述 28

4.1.2数学建模的一般方法 28

4.2基于本课题的数学模型建立 30

4.3.1实验设备简介 30

4.3.2快速系统简介及控制对象的确定 32

4.3.3建立流量控制系统数学模型 32

第五章专家PID和积分分离PID在流量控制系统中的应用 36

5.1积分分离PID在流量控制系统中的仿真 36

5.2专家PID控制在流量系统中的仿真及分析 37

5.2.1专家PID在流量控制系统中的simulink仿真 37

5.2.2控制系统阈值的重要性分析 38

5.2.3专家PID控制器的自适应能力分析 40

5.3两种PID算法对比 42

5.4专家PID控制系统的优缺点及解决方案 43

第六章结论 45

参考文献 47

致谢 48

附录1：

实验控制系统总貌图 49

附录2：

实验设备硬件接线图 50

附录3：

实验系统的阶跃响应曲线 51

专家PID控制在快速系统中的仿真及应用

摘要

智能化理论是PID智能控制器构成的基础，当前智能化理论主要是指专家系统、模糊集理论、神经网络、混沌集理论等内容。

作为专家系统的知识，是实践经验丰富、被证明是有效的知识。

论文主要研究专家PID控制器的设计及其在流量控制系统中的应用，完成了以下工作：

（1）首先介绍了专家PID控制和积分分离PID控制的原理，并运用MATLAB实现了对两种PID控制器的设计及simulink仿真，且对两种PID控制器进行了比较。

（2）其次，文中还对建立数学模型的方法进行了介绍，并针对本课题和实验设备，选取流量为被控对象，使用阶跃响应曲线法建立了流量系统的数学模型。

（3）再次，针对流量系统数学模型，设计了基于专家PID控制算法和积分分离PID控制算法的控制器，对基于两种控制器的流量系统从系统跟随性、抗绕性等方面进行了研究。

除此之外，对专家PID控制器中阈值对系统的影响以及专家PID控制系统自适应能力进行了简要分析。

仿真结果表明，专家PID和积分分离PID的控制效果各有其优点，但专家PID控制采用多分段控制，其控制精度更好，且具有优越的抗扰性能。

关键词：

专家PID，专家系统，快速控制系统，simulink仿真，积分分离PID

ExpertPIDcontrolinfastsystem'ssimulationandapplication

ABSTRACT

TheintellectualizedtheoryisthefoundationwhichthePIDintelligencecontrollerconstitutes,Thecurrentintellectualizedtheoryismainlyreferstocontentsexpertsystem,fuzzysettheory,neuralnetwork,chaoscollectiontheoryandsoon.Asexpertsystem'sknowledge,istheexperiencerich,istheeffectiveknowledgebytheproof.Thepapermainlystudiescontroller'sdesignoftheexpertPIDandit’sapplicationinflowcontrolsystem.Completedthefollowingwork:

（1）、First,ThesisdescribestheprincipleofexpertPIDcontrolandintegralseparationPIDcontrol,AnduseMATLABimplementationthetwokindofPIDcontrollerdesignandthesimulinksimulation,AndhascarriedonthecomparisontotwokindofPIDcontrollers.

（2）、Second,Inthearticleamathematicalmodelofthemethodwereintroducedalso.Andforthistaskandexperimentalequipment,Selecttheflowofchargedobjects,EstablishedamathematicalmodeloftrafficsystemThroughstepresponsecurvelaw.

（3）、Third,Inviewofmathematicalmodelfortheflowsystem,DesignedthecontrollerbasedonexpertPIDcontrolalgorithmandtheintegralPIDcontrolalgorithmseparation,basedonthetwocontrollersofflowsystem.Inaddition,BrieflyanalyzedtheinfluenceonexpertPIDcontrollerinthesystemofthresholdandtheauto-adaptedabilityofexpertPIDcontrolsystem.

ThesimulationresultshowthatthecontroleffectofexpertPIDandtheintegralseparatesPIDhasitsownadvantages,ButexpertsPIDcontrolusesthemulti-sectioncontrol,itscontrolprecisionisbetter,andhasexcellentanti-interferenceperformance.

Keywords：

ExpertPID,Expertsystem,RapidControlSystems,Simulinksimulation,integralseparatesPID

贵州大学本科毕业论文（设计）第54页

前言

近十几年，国内外对智能控制的理论研究和应用研究十分活跃，智能控制技术发展迅速，如专家控制、自适应控制、模糊控制等，现已成为工业过程控制的重要组成部分。

智能控制与常规PID控制相结合，形成所谓智能PID控制，这种新型的控制方式已引起人们的普遍关注和极大兴趣，并已得到较为广泛的应用。

PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单，鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于工业过程控制。

在PID控制中，一个至关重要的问题是PID参数（比例系数、积分时间、微分时间）的整定。

参数整定的优劣不仅会影响到控制质量，而目还会影响到控制系统的稳定性和鲁棒性。

实际工业生产过程往往具有非线性、时变等不确定性干扰，常规PID控制器经常出现参数整定不良、控制性能欠佳，且对运行工况的适应性较差等情况[2]。

针对以上问题，长期以来，人们一直在寻求PID控制器的自动整定技术，以适应复杂的工况和高指标的控制要求。

专家智能自整定PID控制器是将专家控制与常规PID控制相结合而具有的自整定、自学习等功能，可以用来描述复杂系统的特性，并通过学习和自组织得到相应的控制策略。

论文以Matlab为基础，研究了两种控制算法：

积分分离的PID和专家PID算法，并结合实验室实验装置，取流量为被控对象，分别建立了流量控制系统的积分分离式PID控制器及专家PID控制器，通过对比研究，分别指出了两种控制器的特点及存在问题。

第一章绪论

1.1研究的目的和意义

目前，智能控制已广泛地应用于自然科学和社会科学的各个领域，如:

复杂的工业过程控制、机器人与机械手的控制、航天航空控制、交通运输控制等，尤其当被控对象模型包含有不确定性、时变、非线性、时滞、藕合等难以控制因素、采用其它控制理论难以设计出合适并符合要求的系统时，都有可能应用智能控制理论获得满意的解决[2]。

专家控制是智能控制的一个分支，是先进控制的一种。

其实质是利用专家经验来设计控制器，使控制器具有智能。

本文的目的是用两种PID算法来实现PID控制在快速系统中的仿真及应用。

即：

专家PID和积分分离式PID。

根据偏差的比例（P）、积分（I）、微分（D）进行控制（简称PID控制），是控制系统中应用最为广泛的一种控制算法。

但是，要想取得好的控制效果，必须离线或者在线整定PID控制器的参数，使之具有合理的数值。

实际上，任何一个有效的控制设计都需要包含人的经验知识、判断技巧和直觉推理能力。

基于这一想法，本文根据专家系统控制原理，设计了一种专家整定PID控制器，试图把人的判断技巧与推理能力参与到控制系统设计中去。

在专家整定PID控制系统中，PID参数的整定工作由专家系统实现，控制信号仍然由PID控制器给出，专家系统只是间接地