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文档简介
选题依据(研究背景,为什么研究这个课题?)此次所选的课题为基于MATLAB的模糊PID调速仿真研究。PID控制是迄今为止最通用的控制方法,大多数反馈回路用该方法或其较小的变形来控制。在PID控制器的设计中,参数定是最为重要的,随着计算机技术的迅速发展,对PID参数的整定大多借助于一些先进的软件,例如目前得到广泛应用的MATLAB仿真系统。常规PID控制是一种线性控制其算法简单实用但不具备在线调整参数的功能,使其控制效果的进一步提高受到限制,而模糊PID控制弥补了这一不足。相对于PID控制,模糊控制利用专家控制经验,对于非线性、复杂对象的控制显示了良好的鲁棒性和控制性能。研究这个课题的目的和意义?本课题就是要将模糊控制与PID控制相结合进行电机调速系统的仿真与研究,利用模糊控制的寻优功能优化PID控制器中的参数。种方法可以快速简单的使直流电机达到稳定调速。模糊PID控制系统比传统的PID控制系统和单纯的模糊控制系统更能达到实际生活的要求,它具有反应速度更快、过渡时间短、超调量小、精确度高等特点。此外,它能够随着被控对象参数的变化而改变控制参数,实现在线自调整,以满足不同的环境和不同的工作状况。此项研究对于电机调速、智能车的控制等领域具有重要的意义和价值。课题有什么创新之处?PID控制以一种简单而直接的方式来调节系统,在对PID参数进行整定的过程中,PID参数的整定值是具有一定局域性的优化值,而不是全局性的最优值,因此这种控制作用无法从根本上解决动态品质和稳态精度的矛盾。所以,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,常规PID控制是无法做到的,因此将模糊控制与PID控制结合,实现在线整定。在电机调速方面,响应速度加快、调节精度提高、稳态性能变好,而且没有超调和振荡,具有较强的鲁棒性。PID控制虽然是传统控制策略,但模糊PID控制是学科交叉的前沿研究领域,具有比较大的研究意义。为什么用MATLAB软件?这是一个不针对具体硬件平台的模糊控制设计工具,它可以用完全图形界面的工作方式设计整个模糊控制器,如定义它的输入、输出的数目,各输入、输出的隶属函数的形状和数目,模糊规则的数目,模糊推理的方法,反模糊化的方法等等。在设计好这样一个纯粹的模糊控制器之后,可以利用MATLAB本身的SIMULINK仿真平台来构建整个模糊控制系统并进行仿真,从而使得一个复杂系统的输入变得相当容易且直观。1.)控制系统结构:5•原理1.)控制系统结构:典型的模糊PID控制系统,包括一个常规PID控制器和一个模糊控制器,偏差和偏差变化率作为模糊系统的输入,3个PID参数Kp,Ki,Kd的变化值作为输出,并采用模糊规则在线整定,以满足输人对不同控制器参数的要求,实现参数自整定模糊PID控制。)PID控制:PID控制是比例、积分、微分控制的简称oPID控制器的控制规律为:(1)比例调节:比例控制环节主要是指系统产生的控制信号的大小与系统偏差信号的大小e(t)成正比,也就是说,当偏差信号e(t)变大时,控制器的控制信号也变大,以减少系统的偏差;积分调节:在积分调节中,控制器的输出信号u(t)的变化速度du/dt与系统的偏差信号e(t)成正比,积分控制的主要作用是改善系统的静态偏差,而且能够改善控制系统的动态特性;微分调节:微分调节的主要作用是能够根据系统偏差信号e(t)的变化速度来改变控制器的输出,这种控制规律的好处在于当系统偏差出现很大变化趋势时就可以对系统施加控制,并具有一定的预报功能,从而能够大大的加快系统的调节速度,减少系统的调节时间。)模糊控制:模糊理论主要包括模糊集合理论、模糊逻辑、模糊推理、模糊决策和模糊控制等方面的内容,模糊理论最成功的应用领域是模糊控制.模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机控制方法。模糊控制的首要问题就是要寻找出适合被研究对象的模糊模型,即模糊系统的建模,就是建立未知系统的模糊模型.因此就需要求出一个系统的输入输出、语言变量的个数及其隶属函数,以及反映其联系的输入、输出模糊关系,或者其模糊语言规则。模糊逻辑是从人的思维外特性,既语言和对世界认识的概念上去研究人的智能,模糊控制是从被控制对象的外特性出发,用语言(模糊逻辑规则)对被控制对象进行建模和控制的。方法)遗传算法:遗传算法是模拟自然选择和遗传机制的一种搜索和优化算法,它模拟生物界“生成竞争。优胜劣汰”的原则,利用复制、交叉、变异等基本遗传操作来完成寻优。)模糊PID控制:常规的二维模糊控制器是以偏差和偏差变化作为输入变量,因此,一般认为这种控制器具有Fuzzy比例和微分控制作用,而缺少Fuzzy积分控制作用,众所周知,在线性控制理论中,积分控制作用能消除稳态误差,但动态响应慢;比例控制作用动态响应快;而比例积分控制作用既能获得较高的稳态精度,又能具有较快的动态响应。故把PI(PID)控制策略引入模糊控制器,构成Fuzzy-PI(或PID)复合控制,使动静态性能都得到很好的改善,即达到动态响应快,超调小、稳态误差小。PID模糊控制重要的任务是找出PID的三个参数与误差e和误差变化率ec之间的模糊关系,在运行中不断检测e和ec,根据确定的模糊控制规则来对三个参数进行在线调整,满足不同e和ec时对三个参数的不同要求。6实现由于一个模糊概念可以用一个模糊集合来表示,因此模糊概念的确定问题,就可以直接转换为模糊集隶属函数的求取问题。因此,对于一类缺乏精
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