matlab模糊控制仿真

1、座舱压力控制系统的仿真 飞机座舱压力控制系统是为了克服飞机在高空飞行时压力环境对人体和设备的不利影响，保证舱内人员及设备安全和可靠工作的必要设备。座舱压力控制系统的出现是为了满足座舱内的压力要求，即包括对座舱高度、压差、压力变化速度及压力制度提出的要求。数字式座舱压力控制系统是采用全数字控制回路，其组成部分主要有：控制面板、控制器、电机和排气活门。其工作原理是控制器接收来自座舱压力传感器、大气数据计算机、飞行控制面板的信号，通过内部程序判断飞行状态、根据相应座舱压力制度和飞行状态控制规律计算座舱压力指令信号并与压力传感器测出的座舱压力实际值进行比较。将比较得出的偏差信号作为输入量，根据内部算法

2、得到输出量活门转角控制信号，并将此信号传递给伺服电机，从而通过伺服电机改变排气活门转角来改变排气流量，进而实现座舱内的压力和压力变化速率控制在规定的范围内。下图为数字座舱控制系统结构图图1 数字座舱控制系统结构本文利用 Simulink 对座舱压力控制系统的各个组件进行建模并对整个系统进行仿真，在 MATLAB 这样一个开放的平台上进行仿真。Simulink 提供的建立模型方块图的图形用户接口（GUI）非常方便，在创建系统模型时只需通过不同的基本模块（如积分、微分、常数、符号）就能完成系统的组建，对于个别复杂的模块，设计人员也可通过定制模块来实现。本文的数字座舱压力控制系统主要包括座舱、排气活

3、门、电机三个部分，运用 simulink 创建仿真模型的思路就是将这些部分的数学模型通过simulink 模块库中的各种模块组合起来。（1） 座舱线性化令座舱供气流量保持不变后得到 (1)座舱压力时间常数排气活门灵敏度对座舱压力的影响系数。拉氏变化后的传递函数形式 (2)图2 座舱结构模型图图3 封装模型图图4 座舱参数设置（2） 排气活门 (3)活门最大开度传递函数为 (4)图5 蝶式排气活门模型图6 蝶式排气活门封装模型图7 参数设置（3） 电机本文所取电机型号为 272768，电压为24V。电机线性化 (5)图8 电机模型结构图图9 参数设置 根据线性化处理的座舱压力控制系统的工作原理以

4、及上面的模块图可知，该系统为单输入、单输出系统，且在某一平衡状态附近工作时为线性、定常系统。因此采用传递函数表达式比微分方程形式更加便于对系统性能的分析。系统传递函数 (6)图10 PID控制系统模块图图11 PID仿真结果（4） 模糊PID控制器设计 根据和值运用下式计算出控制器各个参数。 (7)图12 模糊PID控制结构图图13 模糊PID系统封装模糊-PID 控制器的设计思想是通过模糊理论实现 PID 控制过程中比例系数、积分系数、微分系数三个参数的在线调整，因此整个控制过程可以看成是先进行模糊控制得出三个参数，然后再执行 PID 控制。基于这个思想设计模糊控制器。本文使用 MATLAB

5、 的 Simulink 仿真模块库中专用的模糊逻辑工具箱中的图形用户界面来设计模糊控制器。模糊控制系统共有五个界面，包括三个可以互动的编辑器（模糊推理系统编辑器；隶属函数编辑器；模糊规则编辑器），两个界面只读工具（模糊规则观察期；输出曲面观测器）。图14 mamdani 型模糊控制器界面 图15 输入量 E 的模糊语言变量及隶属函数的选取图图16 输入量 EC 的模糊语言变量及隶属函数的选取图图17 输出量 Ki的模糊语言变量及隶属函数的选取图 在 PID 控制中，比例作用跟偏差成正比，是依据偏差的大小来动作的，决定响应速度，能够提高系统调节精度；积分作用是依据偏差是否存在来动作的，起着消除系

6、统稳态误差的作用；微分作用是依据偏差变化速度来动作的，在系统中起着超前调节的作用，能够改善系统的动态性能。 依据以上原理，在不同的 E 和 EC 下，被控过程对参数、的自整定要求归纳如下：1.当 E 较大，为了使系统响应具有较好的快速跟踪性能，并避免因开始时偏差的瞬间变大，可能引起微分饱和，使控制作用超出许可范围，应取较大的和较小的，同时为避免系统响应出现较大的超调，需对积分作用加以限制，可以取=0。2.当 E 为中等大小时，为使系统具有较小的超调，应取较小的，适当的和,以保证系统响应速度，其中的取值对系统的响应速度影响较大。3.当 E 较小时，为使系统具有良好的稳态性能，应取较大的和，同时避

7、免系统在设定值附近出现振荡，并考虑系统的抗干扰性能。当 EC 较小时，值可以取大些；当 EC 较大时，值应取小些。 通过上面的分析，对模糊准侧进行总结。图18 模糊规则编辑器输入界面 将参数整定好的普通 PID 控制器和模糊 PID 控制器对相同系统进行仿真。图19 线性座舱压力控制系统仿真模型图20 仿真结果系统阶跃响应曲线 在给出一个阶跃信号后，系统仿真结果如上图所示，图中模糊推理的PID和普通PID对比，其中超调和收敛时间均不佳的为传统PID控制器。从仿真结果可以看出，基于模糊推理的 PID 控制器相比于传统 PID 控制器具有较小的超调量，在输入信号为阶跃信号时，保证了系统良好的稳定性，同时