PID控制与模糊控制比较.docx
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PID控制与模糊控制比较
PID控制与模糊控制的比较之杨若古兰创作
专业：
控制理论与控制工程
班级：
级班
姓名：
XXX
学号：
xxxxxxxxxxxxxx
摘要：
介绍了PID控制零碎和模糊控制零碎的工作道理.PID控制器结构简单，实现简单，控制后果良好，曾经得到了广泛的利用.而模糊控制器绝对复杂，但在很多的智能化家用电器中也得到了大量利用.但对于一个简单的零碎来讲，哪一种控制方法更好，是不是越智能的控制就能得到越好的后果.
关键词：
PID控制，模糊控制，比较
Abstract:
IntroducedtheworkingprincipleofPIDcontrolsystemandfuzzycontrolsystem.PIDcontrollerstructureissimple,implementationissimple,thecontroleffectisgood,hasbeenwidelyused.Andfuzzycontrollerisrelativelycomplicated,butinalotofintelligenthouseholdappliancesalsoreceivedalargenumberofapplications.Butforasimplesystem,whichkindofcontrolmethodisbetter,isweathertheintelligentcontrolcanobtainthegoodeffect.
Keywords:
PIDcontrol,fuzzycontrol,compare
一、成绩的提出1
二、PID控制器的设计2
1.PID控制道理图：
2
三、模糊控制器的设计3
1．模糊控制道理图3
2．模糊控制器传递函数普通表达方式4
四、零碎仿真
五、总结
一、成绩的提出
当今的主动控制技术都是基于反馈的概念.反馈理论的要素包含三个部分：
测量、比较和履行.测量关心的变量，与期望值比拟较，用这个误差纠正调节控制零碎的呼应.
它因为用处广泛、使用灵活，已有系列化产品，使用中只需设定三个参数（Kp，Ti和Td）即可.在很多情况下，其实纷歧定须要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不成少的.
首先，PID利用范围广.虽然很多工业过程
是非线性或时变的，但通过对其简化可以酿成基本线性和动态特性不随时间变更的零碎，如许PID就可控制了.
其次，PID参数较易整定.也就是，PID参数Kp，Ti和Td可以根据过程的动态特性及时整定.如果过程的动态特性变更，例如可能由负载的变更惹起零碎动态特性变更，PID参数就可以从头整定.
第三，PID控制器在实践中也不竭的得到改进，上面两个改进的例子.
在工厂，老是能看到很多回路都处于手动形态，缘由是很难让过程在“主动”模式下平稳工作.因为这些缺乏，采取PID的工业控制零碎老是受产品质量、平安、产量和能源浪费等成绩的困扰.PID参数自整定就是为了处理PID参数整定这个成绩而发生的.此刻，主动整定或本身整定的PID控制器已经是商业单回路控制器和分散控制零碎的一个尺度.
在一些情况下针对特定的零碎设计的PID控制器控制得很好，但它们仍存在一些成绩须要解决：
如果自整定要以模型为基础，为了PID参数的从头整定在线寻觅和坚持好过程模型是较难的.闭环工作时，请求在过程中拔出一个测试旌旗灯号.这个方法会惹起扰动，所以基于模型的PID参数自整定在工业利用不是太好.
如果自整定是基于控制律的，经常难以把由负载干扰惹起的影响和过程动态特性变更惹起的影响区分开来，是以受到干扰的影响控制器会发生超调，发生一个不须要的自适应转换.另外，因为基于控制律的零碎没有成熟的波动性分析方法，参数整定可靠与否存在很多成绩.
是以，很多本身整定参数的PID控制器经常工作在主动整定模式而不是连续的本身整定模式.主动整定通常是指根据开环形态确定的简单过程模型主动计算PID参数.
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，工作地不是太好.最次要的是，如果PID控制器不克不及控制复杂过程，不管怎样调参数都没用.
虽然有这些缺点，PID控制器是最简单的有时却是最好的控制器
模糊控制是利用模糊数学的基本思想和理论的控制方法.在传统的控制领域里，控制零碎动态模式的精确与否是影响控制好坏的最次要关键，零碎动态的信息越具体，则越能达到精确控制的目的.然而，对于复杂的零碎，因为变量太多，常常难以准确的描述零碎的动态，因而工程师便当用各种方法来简化零碎动态，以达成控制的目的，但却不尽理想.换言之，传统的控制理论对于明确零碎有强而无力的控制能力，但对于过于复杂或难以精确描述的零碎，则显得能干为力了.是以便测验考试着以模糊数学来处理这些控制成绩.模糊控制在智能控制领域因为理论研讨比较成熟、实现绝对比较简单、适应面宽而得到了广泛的利用.不管是对复杂的水泥回砖窑的控制，还是在智能化家用电器中的利用，模糊控制都充当侧次要的角色.
本文针对固定零碎，分别利用传统PID控制方法和模糊控制方法对其进行仿真控制，并对两种控制的控制结果进行了比较，通过比较标明了模糊控制比拟传统的PID控制改善控制零碎的动态功能.
二、PID控制器的设计
1.PID控制道理图：
PID控制其结构框图如下图所示：
图1：
PID控制器结构框图
PID控制器传递函数的普通表达方式为：
其中kp为比例增益；ki为积分增益；kd为微分增益.
调整PID参数，以满足零碎请求，从而使被控对象有更良好的动态呼应和静态呼应.
比例环节：
根据偏差量成比例的调节零碎控制量，以此发生控建造用，减少偏差.比例系数的感化是添加零碎呼应的速度，比例系数越大，零碎呼应越快，但零碎容易发生超调，比例系数过小，会影响零碎调节的精度，零碎呼应时间变长，零碎的动态呼应变差.
积分环节：
用于清除静差，提高零碎的无差度，积分时间常数决定着积分环节感化的强度，但是积分感化过强的话会影响零碎的波动性.
微分环节：
根据偏差量的变更趋势来调节零碎控制量，在偏差旌旗灯号发生较大变更之前，提早引入一个校订旌旗灯号，起到加快零碎动作速度，减少调节时间的感化，调节微分参数须要留意微分感化太强可能会惹起零碎振荡.
三、模糊控制器的设计
1．模糊控制道理图
模糊控制器结构框图如下图所示：
图2：
模糊控制器结构框图
模糊控制器结构如下图：
图3：
模糊控制器结构框图
2．模糊控制器传递函数普通表达方式
一个典型工业过程通常可以等效为二阶零碎加上一个非线性环节（如纯滞后），给出如下经典控制对象传递函数的普通方式：
其中模糊控制规则是模糊控制器的核心，是设计控制零碎的次要内容.
一个基本模糊控制器次要有三个功能：
（1）模糊化：
把精确量（如偏差e和偏差变更ec）转化为呼应的模糊量（E、EC）；
（2）模糊推理：
按总结的说话规则（模糊控制规划表）进行模糊推理；
（3）模糊判决：
把推理结果（U）从模糊量转化为可以用于实际控制的精确量（u）.
模糊规则是由一系列的模糊条件语句构成的，即由很多模糊包含关系构成.这些条件语句是推理的出发点和得到的准确结论的根据和基础.每条模糊条件语句都给出模糊包含关系，即一条控制规则.若有n条规则，就把它们表达的n个模糊包含关系（i=l，2，⋯，n）做并运算，构成零碎总的模糊包含关系：
…
四、零碎仿真
本文彩取的传递函数为：
[5]
用Simulink工具建立由PID控制器构成的零碎仿真模型如下图所示，其中比例增益Kp取值5，积分增益取值1，微分增益取值5.选用的输入是单位阶跃旌旗灯号.
图4：
Simulink的PID控制器仿真图
设计模糊控制器的次要步调为：
1.选择偏差e、偏差变更ec和控制量u的模糊说话变量为E、EC和U.根据e、ec和u实际的基本论域，设定E、EC和U论域都为[3,3]，可以确定出量化因子Ke、Kc和K比例因子u.
2.拔取E、EC和U的各说话变量值：
正大为PB，正中为PM，正小为PS，为零为E，负小为NS，负中为NM，负大为NB，它们各安闲论域上的模糊子集隶属度函数均为三角形.
3.选择一种模糊判决方法，将控制量由模糊量变成精确量，这个过程叫做“去模糊化”，这里采取的是“面积平分法”.
用Simulink工具建立由模糊控制器构成的零碎仿真模型如下图所示：
图5：
Simulink的模糊控制器仿真图
其中Ke取2，Kc取值2，K取值2
说话值的隶属函数选择三角形的隶属度函数如上面三幅图所示：
（1）E的隶属度函数：
图5：
E的隶属度函数
（2）EC的隶属度函数：
图6：
EC的隶属度函数
（3）U的隶属度函数
图7：
U的隶属度函数
控制规则选用Mamdain控制规则；
该控制零碎的控制规则如表1所示：
U
E
EC
NB
NM
NS
ZE
PS
PM
PB
NB
NB
NB
NM
NM
NS
NS
ZE
NM
NB
NM
NM
NS
NS
ZE
PS
NS
NM
NM
NS
NS
ZE
PS
PS
ZE
NM
NS
NS
ZE
PS
PS
PM
PS
NS
NS
ZE
PS
PS
PM
PM
PM
NS
ZE
PS
PS
PM
PM
PB
PB
ZE
PS
PS
PM
PM
PB
PB
表1：
控制规则
将规则输入到编辑器中（如图8所示）一共有7×7=49条规则，输入后可以在编辑器中的RuleViewer（如图9所示）和SurfaceViewe（如图10所示）r中检查对具体输入的模糊推理及输出情况,输入各种分歧的数据,检查模糊推理情况及输出数据.也能够用于检查，看本人输入的规则和有无错误.
图8：
规则编辑器重的控制规则
图9：
编辑器中RuleViewer
图10：
编辑器中的SurfaceViewer
实验得到的结果图形如下所示：
图11：
PID控制法与模糊控制法仿真结果波形
其中，绿色为输入旌旗灯号，紫红色为PID控制法的输出旌旗灯号，黄色的为模糊控制法的输出旌旗灯号.
五、总结
利用MATLAB的SIMULINK仿真工具，分别用PID控制法和模糊控制法对对象进行了仿真，通过对两者图像的比较，我得出了一些结论.
调节过程中，因为对象选择的是比较简单，PID控制法所选用的各个环节的参数比较容易调得，波形绝对波动，出现的抖动小，但是波形峰值绝对较大，超调量较大，调节时间稍长.
模糊控制法所选用的各个环节的参数比较难以调得，波形绝对不波动，容易出现抖动，不容易达到估计值，在此次试验中通过改变反馈的增益来调节终极波形达到波动的值.但是模糊控制法易去掉超调，波形峰值较小，调节时间较短.经过反复调试也能够出现比较波动、动摇比PID控制法要小、无超调、调节时间较为短的输出波形.
对于我所拔取的这一对象，终极我调出的波形，PID控制的结果有超调，调节时间长，而模糊控制的结果没有超调，时间比PID调节略微短些.
综上所述，PID的参数虽然相较容易调得，但控制结果还是模糊控制的好.
参考文献：
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286290
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