基于MATLAB仿真的模糊控制的设计
摘要：
PID（比例 积分 微分）控制具有结构简单、稳定性能好、可靠性高等优点,尤其适用于可建立精确数学模型的控制系统。而对于一些多变量、非线性、时滞的系统，传统的PID控制器并不能达到预期的效果。
论文介绍了参数自适应模糊PID控制器的设计方法和步骤。并利用MATLAB 中的SIMULINK 和模糊逻辑推理系统工具箱进行了控制系统的仿真研究，并简要地分析了对应的仿真数据。
关键词：二阶函数；模糊PID控制；MATLAB仿真；SIMULINK
第一章 绪论
1.1 基于MATLAB/Simulink建模仿真说明
MATLAB语言由于其语法的简介，代码接近于自然数学描述方式，以及具有丰富的专业函数库等诸多优点，吸引了众多科学研究工作者，越来越成为科学研究、数值计算、建模仿真，以及学术交流的实施标准。Simulink作为MATLAB语言上的一个可视化建模仿真平台，起源于自动化控制系统的仿真需求，它采用方框图建模的形式，更加贴近于工程习惯。Simulink是基于MATLAB的框图设计环境，可以用来对各种系统进行建模、分析、仿真，它的建模范围广泛，可以针对任何能用数学来描述的系统进行建模，如航空航天动力学系统、卫星控制制导系统、通信系统、船舶及其车等，其中包括连续、离散、条件执行、事件驱动、单速率、多速率和混杂系统等。Simulink提供了利用鼠标拖动的方法建立系统框图模型的图形界面，而且Simulink还提供了丰富的功能块以及不同的专业模块集合，利用Simulink几乎可以做到不用写一行代码完成整个动态系统的建模工作。
随着MATALB和Simulink通信、信号处理专业函数库和专业工具箱的成熟，它们逐渐为广大通信技术领域的专家学者和工程师所熟悉，在通信理论研究、算法设计、系统设计、建模仿真和技术前沿的研究中发挥了重要作用。
目前，MATLAB/Simulink的应用已经已远超过了数值计算和控制系统仿真等传统领域，在几乎所有理工学科中形成了为数众多的专业工具库和函数库，已成为科学研究和工程设计中日常计算和仿真实验的工具。
经典PID控制的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它因结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一，现今也在很多领域有应用。尤其是当被控对象的结构和参数不能完全掌握或得不到精确的数学模型，控制理论的其它技术难以采用，系统控制器的结构和参数又必须依靠经验和现场调试来确定时，应用PID控制技术最为方便。根据统计数据：全世界过程控制领域使用的控制器84%仍是纯PID调节器，若改进型包含在内则超过90%。
1.2 模糊控制概况
模糊逻辑控制(Fuzzy Logic Control)简称模糊控制(Fuzzy Control)，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数字控制技术。1965年，美国的L.A.Zadeh创立了模糊集合论；1973年他给出了模糊逻辑控制的定义和相关的定理。1974年，英国的E.H.Mamdani首先用模糊控制语句组成模糊控制器，并把它应用于锅炉和蒸汽机的控制，在实验室获得成功。这一开拓性的工作标志着模糊控制论的诞生。
模糊控制实质上是一种非线性控制，从属于智能控制的范畴。模糊控制的一大特点是既具有系统化的理论，又有着大量实际应用背景。模糊控制的发展最初在西方遇到了较大的阻力；然而在东方尤其是在日本，却得到了迅速而广泛的推广应用。近20多年来，模糊控制不论从理论上还是技术上都有了长足的进步，成为自动控制领域中一个非常活跃而又硕果累累的分支。其典型应用的例子涉及生产和生活的许多方面，例如在家用电器设备中有模糊洗衣机、空调、微波炉、吸尘器、照相机和摄录机等；在工业控制领域中有水净化处理、发酵过程、化学反应釜、水泥窑炉等的模糊控制；在专用系统和其它方面有地铁靠站停车、汽车驾驶、电梯、自动扶梯、蒸汽引擎以及机器人的模糊控制等。
模糊控制以现代控制理论为基础,同时与自适应控制技术、人工智能技术、神经网络技术的相结合,在控制领域得到了空前的应用。
1. Fuzzy-PID复合控制
Fuzzy-PID复合控制是模糊技术与常规PID控制算法相结合，以达到较高的控制精度。当温度偏差较大时采用Fuzzy控制，响应速度快，动态性能好；当温度偏差较小时采用PID控制，使其静态性能好，满足系统控制精度。因此它比单个的模糊控制器和单个的PID调节器均有更好的控制性能。
2. 自适应模糊控制
这种控制方法具有自适应自学习的能力，能自动地对自适应模糊控制规则进行修改和完善，以提高控制系统的性能。对于那些具有非线性、大时滞、高阶次的复杂系统有着更好的控制性能。
目 录
摘要---------------------------------------------------------17
第一章 绪论-------------------------------------------------18
1.1基于Matlab/simulink建模仿真说明-----------------------18
1.2 模糊控制概况------------------------------------------19
第二章 模糊PID控制-----------------------------------------21
2.1 PID的概述---------------------------------------------21
2.2 PID 控制的基本理论------------------------------------21
2.3 控制器参数对控制性能的影响----------------------------23
2.4 常用的控制方式----------------------------------------25
2.5 PID算法的两种类型-------------------------------------25
2.6 标准PID算法的改进-----------------------------------26
2.7 参数模糊自整定 PID 控制-------------------------------28
第3章 基于MATLAB的模糊控制器的设计------------------------29
3.1 模糊控制器的基本结构与工作原理------------------------29
3.2 模糊控制的基本理论------------------------------------30
3.3 模糊控制器研究及设计所包括的内容----------------------33
3.4 精确量的模糊化----------------------------------------33
3.5 模糊推理及其模糊量去模糊化方法------------------------34
3.6模糊控制器的维数确定-----------------------------------34
第四章 模糊PID控制器的设计----------------------------------36
4．1 模糊控制器的结构设计---------------------------------36
4.2模糊控制器规则的设计-----------------------------------36
4.3 模糊控制规则表----------------------------------------38
4.4 模糊控制器的隶属函数----------------------------------40
第五章 模糊PID控制器的MATLAB仿真--------------------------43
5.1 MATLAB简介-------------------------------------------43
5.2 模糊控制器的设计 -------------------------------------43
第六章 总结-------------------------------------------------48
参考文献----------------------------------------------------49
参考文献
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