基于Matlab的自适应模糊PID控制器的设计

1、年第卷第期第页电气传动自动化，（）：，文章编号：（）基于的自适应模糊控制器的设计范子荣，张友鹏（兰州交通大学信息与电气工程学院，甘肃兰州）摘要：将控制与模糊控制的简便性、灵活性以及鲁棒性结合起来，设计了一种自适应模糊控制器。该控制器可根据给定的偏差范围自动实现控制与模糊控制的切换。通过仿真表明，该控制方法提高了非线性系统的动、静态特性，使系统获得良好的性能。关键词：模糊控制；中图法分类号：；文献标识码：，（，）：，：；引言常规控制由于原理简单、使用方便、适用控制只适用于线性控制系统，且需要建立被控对象精确的数学模型。普通模糊控制器相当于（比例微分）控制器，对输入量的处理是离散的，而且没有积分环

2、节，所以本身无法消除系统的稳态误差，控制精度不高。模糊控制器将误差信号转化为论域上的整数值性好、具有很强的鲁棒性，在工业过程控制中得到了广泛的应用，但是控制需要建立被控对象精确的数学模型，难以处理复杂的非线性控制系统。而模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量以及模糊逻辑推理为基础的计算机数字控制算法，该算法把人的经验转化为控制策略，对那些时变的、非线性的、滞后的、高阶大惯性的被控对象，具有良好的控制效果。本文将模糊控制和控制结合起来，设计了一种新型的智能控制系统，即模糊复合型控制系统，并运用的模糊逻辑工具箱对其进行了仿真研究。，即：（）（）其中：为误差转化到论域上的整数值；为某一时刻输入的误差；

3、为误差量化因子；当时，系统进入稳态，此时有：（），即：控制方案的选择常规数字控制算法的形式为：（）×（）×（）!，（）设误差实际变化范围为，误差的模糊论域为，将量化因子（）式中，有：代入（）（）（）（）×式中（），（）分别为控制器的输入和输出，、积分和微分系数。常规、分别为比例、随着值增加，控制精度就会提高，但是模糊语言值相应的增加就会导致控制规则更为复杂，所以，一般规范化的论域形式通常取，此时有：电气传动自动化年第期无法消除。（）证系统达到较高的稳态控制精度。在命令窗口中键入命令，打开，进入输出量的隶，编辑输入、属度函数，如图、所示。由此可知模糊控制器对的稳态误

4、差通过以上分析可知，对于复杂的非线性系统，只采用常规控制或普通模糊控制都难以达到满意的效果。本文采用的自适应模糊控制器，有机地将两者的优点结合起来，当误差小于某一阈值时，采用控制，以提高系统的控制精度；当误差大于某一阈值时，采用模糊控制，以提高系统响应速度，加快响应过程，抑制超调。自适应模糊控制器的原理如图所示。传感器装置图、的隶属函数典线模糊量化模糊推理规则模糊控制规则表的确定反模糊化选被择控对开关象根据专家经验，可得针对、三个参数的模糊控制规则表如表所示。表的模糊控制规则表控制器图自适应模糊控制器的原理图模糊控制器的设计选择模糊控制器的输入变量为偏差和偏差输出量及其隶属函数的确定输入、的变

5、化率，输出变量为控制量，相应的模糊集分别为、和，它是一个双输入单输出的二维模糊控制器。对误差、误差变化及控制量的模糊子集及其论域定义如下：基于模糊规则表的模糊推理由模糊控制规则表可知，各参数调节规则可写成如下条件语句的形式：、和的模糊子集均为：，其中、负中、负小、零、正小、分别对应负大、正中、正大。、和的论域均为：，设、均服从三角形隶属函数曲线分布，为了得到较好的稳态性能，对偏差进行了不规则划分，在偏差为零的附近有较高的灵敏度，保，这里，是相应支集上的模糊集合，。本文采用工程上常用的推理算法，利用“极大极小”合成模糊规则，进行模糊运算。如，则由表可得的模糊推理结论为：（）（）（）式中：（）（）

6、。（）式可求出控制量在不同的根据表和偏差和偏差变化率下的所有模糊取值的隶属度，然后根据和的测量值，运用反模糊化加权平均法进行模糊判决，可求出的精确值如下：（$）（）图的隶属函数曲线（$）年第期范子荣，张友鹏基于的自适应模糊控制器的设计上三种算法的性能参数比较。可以看出，模糊自适应控制具有较小的超调量，较短的调节时间，良好的动、静态特性，更好的适应性和鲁棒性，优于常规控制和普通模糊控制。图自适应模糊控制系统仿真框图结论针对复杂的非线性控制系统，本文设计了一种仿真结果在环境中对图所示的自适应模糊自适应模糊控制器，并总结了这种控制器的特点以及参数设计规律。通过仿真表明，这种新型的控制器是一种设计简单

7、、实现方便、性能良好的稳态精度高、抗干扰智能控制器，具有动态性能好、性能好及鲁棒性较强等特点，适用于非线性、时变、强干扰的不确定复杂系统。参考文献：熊均泉，戴果华，佘致廷基于的退火炉温度模糊中国仪器仪表，：控制的仿真研究汤兵勇，路林吉，王文杰模糊控制理论与应用技术北京：清华大学出版社，张国良，曾静，柯熙政模糊控制及其应用西安：西安交通大学出版，作者简介：范子荣（），女，山西大同人，兰州交通大学信息与电气工程学控制系统进行编辑，得到图所示的系统仿真框图。然后按仿真的正确步骤选择步长、模拟示波器轴参数等进行仿真运算。常规普通模糊控制以及自适应模糊控制控制、的阶跃响应仿真曲线比较如图所示。表给出以普通模糊控制常规控制自适应模糊控制院硕士研究生，主要研究方向为控制理论与控制工程。图常规算法、普通模糊控制算法和自适应模糊算法的仿真曲线比较表性能参数比较上升时间（分钟）常规超调量调节时间（分钟）张友鹏（），男，甘肃庆阳人，硕导，教授，主要从事控制及微机应用的研究。控制自适应模糊控制模糊控制收稿日期