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

1、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IIIABSTRACTIV前 言1第一章 绪论21.1研究的目的和意义21.2国内外研究现状和发展趋势31.3本课题的主要研究内容4第二章PID控制器综述62.1常规PID控制器

2、概述62.2积分分离PID控制器82.2.1积分分离PID控制原理82.2.2积分分离PID的主要用途92.3专家PID控制器92.3.1智能PID控制概述92.3.2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133.1 MATLAB简介133.1.1 MATLAB简介133.1.2 SIMULINK介绍及建模方法133.2基于MATLAB的积分分离PID控制器设计153.2.1积分分离PID控制器的simulink程序设计153.2.2设计过程中的问题分析183.3基于MATLAB的专家PID控制控制器设计183.3.1专家PID算法的MATLAB

3、实现183.3.2 专家PID控制器的M文件实现213.3.3专家PID控制器的simulink程序设计243.3.4设计过程中的问题分析27第四章 系统数学模型的建立284.1数学模型的建立方法284.1.1 数学模型概述284.1.2 数学建模的一般方法284.2基于本课题的数学模型建立304.3.1实验设备简介304.3.2快速系统简介及控制对象的确定324.3.3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365.1积分分离PID在流量控制系统中的仿真365.2专家PID控制在流量系统中的仿真及分析375.2.1专家PID在流量控制系统中的 si

4、mulink仿真375.2.2 控制系统阈值的重要性分析385.2.3专家PID控制器的自适应能力分析405.3两种PID算法对比425.4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

5、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P

6、ID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PIDExpert PID control in fast systems simulation and applicationABSTRACTThe intellectualized theory is the foundation which the PID intelligence controller constitutes, The current intellectualized theory is mainly

7、 refers to contents expert system, fuzzy set theory, neural network, chaos collection theory and so on. As expert systems knowledge, is the experience rich, is the effective knowledge by the proof. The paper mainly studies controllers design of the expert PID and its application in flow control syst

8、em. Completed the following work:(1)、First, Thesis describes the principle of expert PID control and integral separation PID control, And use MATLAB implementation the two kind of PID controller design and the simulink simulation, And has carried on the comparison to two kind of PID controllers.(2)、

9、Second, In the article a mathematical model of the method were introduced also. And for this task and experimental equipment, Select the flow of charged objects, Established a mathematical model of traffic system Through step response curve law.(3)、Third, In view of mathematical model for the flow s

10、ystem, Designed the controller based on expert PID control algorithm and the integral PID control algorithm separation, based on the two controllers of flow system. In addition, Briefly analyzed the influence on expert PID controller in the system of threshold and the auto-adapted ability of expert

11、PID control system.The simulation result show that the control effect of expert PID and the integral separates PID has its own advantages, But experts PID control uses the multi-section control,its control precision is better, and has excellent anti-interference performance. Keywords：Expert PID, Exp

12、ert system, Rapid Control Systems, Simulink simulation, integral separates PID 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，

13、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P

14、ID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

15、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