1. 研究目的与意义
1．了解单容液位模糊控制系统的结构与组成。
2．掌握单容液位模糊控制系统调节器参数的整定和投运方法。
3．研究模糊调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。
2. 国内外研究现状分析
控制系统计算机仿真是应用现代科学手段对控制系统进行科学研究的十分重要的手段之一。利用仿真工具对控制系统进行设计与仿真,可以有效地对比各种控制模型与方案,选取并优化相关控制参数,从而对整个控制系统的性能进行优化与提高,尤其是对于一些新型控制理论与算法的研究,进行系统仿真更是必不可少的。matlab是mathworks公司1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化软件,目前已发展成为国际公认最出色的数学应用软件之一。其强大的扩展功能为各领域的应用提供了基础。它面向控制领域推出的建模可视化功能simulink和模糊控制、神经网络、控制系统等工具箱为控制系统的仿真提供了有力的支持,极大地推动了仿真研究的发展。本文将模糊控制和pid控制结合在一起,根据各自的特点构造了一个自适应模糊pid控制系统,并在matlab中的模糊逻辑工具箱和simulink基础上,对该控制系统进行了仿真研究。
控制系统的建模及实现方案pid控制算法作为一种传统的控制方法以其计算量小、实时性好、易于实现等特点广泛应用于过程控制。当建立起控制对象的精确数学模型时,只要正确设定参数kp、ki和kd,pid控制器便可实现其作用,但是它存在着参数修改不方便、不能进行自整定等缺点。由于工业对象普遍存在着非线性、时变性等不确定性因素,此时pid控制效果将难以达到预期的目标。而模糊控制不依赖于工业对象模型,它不是用数值变量而是用语言变量来描述系统特征,并依据系统的动态信息和模糊控制规则进行推理以获得合适的控制量,因而具有较强的鲁棒性,但控制精度却不太理想。如果能实现pid控制器的参数在线自调整,那么就进一步完善了pid控制器的性能,以适应控制系统的参数变化和工作条件变化。研究表明,模糊控制和pid控制的结合是提高控制性能的有效手段。为提高系统的控制精度和鲁棒性,提出了一种利用模糊逻辑对pid控制器进行在线自调整的方法。自适应模糊pid控制器以误差e和误差变化率ec作为输入,可以满足不同时刻偏差e和偏差变化率ec对pid参数自调整的要求,利用模糊控制规则对pid参数进行修改便构成了自适应模糊pid系统。
模糊pid控制器的设计211模糊控制器的算法设计在本设计方案中,pid参数自整定的思想就是先找出pid控制器的3个参数kp、ki和kd与偏差e和偏差变化率ec之间的模糊关系,在运行中通过不断检测e和ec,再根据模糊控制规则来对3个参量进行在线修改,以满足不同e和ec对控制器参数的不同要求,从而使被控对象具有良好的动、静态性能。(1)输入输出变量的确立基于对系统的上述分析,我们将偏差e和偏差变化率ec作为模糊控制器的输入,pid控制器的3个参数kp、ki和kd作为输出。(2)输入、输出变量的模糊语言描述设定输入变量e和ec语言值的模糊子集为{负大,负中,负小,零,正小,正中,正大},并简记为{nb,nm,ns,zo,ps,pm,pb},将偏差e和偏差变化率ec量化到(-3,3)的区域内。同样,设定输出量kp、ki和kd的模糊子集为{zo,ps,pm,pb},并将其量化到区域(0,3)内。输入输出变量的隶属函数曲线在matlab的模糊逻辑编辑器中
3. 研究的基本内容与计划
1．通过实验了解模糊自适应pid控制系统组成。
2．掌握模糊自适应pid系统参数的整定与投运方法。
3．了解阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主控制量的影响。
4. 熟练掌握控制工程方法；
4. 研究创新点
(1)原理简单，使用方便。PID参数(pK，iK和dK)可以根据过程动态特性及时调整。如果过程的动态特性发生变化，例如对负载变化引起的系统动态特性变化，PID参数就可以重新进行调整与设定。(2)适应性强。按PID控制规律进行工作的控制器早已商品化，即使目前最新式的过程控制计算机，其基本控制功能也仍然是PID控制。PID应用范围广，虽然很多任务业过程是非线性或时变的，但通过适当简化，可以将其变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，这样就可以通过PID控制了。
(3)鲁棒性较弱。即其控制品质对被控制对象特性的变化比较敏感。
