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摘 要

传统PID控制器在实际工业控制中应用非常广泛，它的控制原理和结构简单，稳定性好并且具有较强的鲁棒性，但工业生产过程往往具有非线性、时变等不确定性干扰，很多被控对象在运行的过程中会发生缓慢的时变以及受到不确定性的干扰，定参数的PID控制器由于其无法实现参数的自整定而与当前时变对象进行最佳匹配，从而可能导致控制性能严重变差。单纯的模糊控制能够简化系统的算法并解决PID控制器所不适应的非线性问题，但它的缺点在于不能很好的保证控制系统的精度、静差和稳定性。模糊PID控制同时具有了传统PID控制和模糊控制的优点，它在人的知识经验和生产规律的基础上以生产中的偏差为依据实现对PID控制器参数的调整。模糊PID控制器之所以能兼具两种控制器的优点，是因为其仍采用PID调节器来调节控制回路，与此同时利用误差进行模糊推理改善系统的PID参数，实现PID控制器结构调整，一方面提高了系统的控制精度和稳定性，另一方面也使系统能适应更多的场合，而且结合两种控制方式改善了系统的动态特性和静态性能。模糊PID控制器作为一种非线性PID控制器具有了更好的适应性，并大大地改善了系统的性能。在仿真中，我们可以利用MATLAB中的模糊工具箱和Simulink来实现模糊PID控制，并观察这种控制方式相对于传统 PID控制和模糊控制的优点。

本文的工作是先从理论上分析PID和模糊控制器的优缺点，再结合两者的优点，并采用模糊控制器和经典PID控制器串行结构，实现模糊PID控制。本设计还对模糊PID控制器进行了仿真，同时对经典的PID控制、模糊控制进行了仿真，将它们的控制效果与采用模糊PID控制的效果进行对比，验证了模糊PID控制器的控制品质。

关键词：PID控制 模糊控制 模糊PID控制 仿真

Fuzzy and PID controller design

Abstract

Traditional PID controller with simple control principle, reliable system, robust and other characteristics control has been widely used in the practical engineering.But industrial production processes are often nonlinear and time-varying,many uncontrolled object occur during the operation of the slow time varying interference and uncertainty may destroy the system. PID controller parameter set can not be achieved due to its self-tuning parameters not best matching with the current time-varying objects, which may lead to a serious deterioration of the control performance. Simple Fuzzy control has the advantage of a simplified algorithm to solve nonlinear problems, but in the precision control system, static error and stability are not always effective. The Fuzzy-PID control combines the advantages of traditional PID control and Fuzzy control, according to the human way of thinking, according to online real-time system output tuning PID three parameters remain in control loop PID regulator control, while using Fuzzy-PID controllers conventional structure that will enhance the adaptability and stability of the system, and improve the control precision of the system to improve the dynamic characteristics of the system and static performance. From this sense, the adaptive Fuzzy-PID controller is a nonlinear PID controller. In the MATLAB environment, Fuzzy logic toolbox and Simulink can be completed quickly and efficiently simulate Fuzzy- PID controller.

Work of this paper is to start with the theoretical advantages and disadvantages of PID and Fuzzy controller, the advantages of Fuzzy- PID controller. This design also

perform Fuzzy-PID controller,the classic PID control, Fuzzy control simulation, and compares the effectiveness of their control and the effect of using Fuzzy-PID control to verify the control quality of Fuzzy-PID controller.

Keywords: PID control Fuzzy control Fuzzy PID control simulink

目录

摘 要 I

第一章 绪论 1

1.1 选题背景及意义 1

1.2 控制器发展现状 2

1.2.1 PID控制器 2

1.2.2 模糊控制器 2

1.3论文的主要内容 3

第二章 常规PID控制器 4

2.1 引言 4

2.2 PID控制系统 4

2.2.1 PID控制器的基本结构和基本原理 4

2.2.2 PID控制器参数对控制性能的影响 5

2.3 本章小结 9

第三章 模糊控制器的设计与仿真 10

3.1 引言 10

3.2 模糊控制系统 10

3.2.1 模糊控制系统的组成 10

3.2.2 模糊控制的优缺点 11

3.3 模糊控制器的设计与仿真 12

3.4.1 二维模糊控制器的结构设计 12

3.4.2 二维模糊控制器的规则设计 12

3.4 建立模糊控制系统的仿真模型 15

3.4.1 模型传递函数与仿真模型 15

3.4.2 模糊控制系统仿真与分析 16

3.5 本章小结 17

第四章 模糊PID控制器的设计 18

4.1 引言 18

4.2模糊PID控制器设计 18

4.2.1 控制器设计的思路 18

4.3.2 结果分析 24

4.4 本章小结 25

第五章 结论与展望 26

参考文献 27

第一章 绪论

1.1 选题背景及意义

自动控制技术是工业领域研究人员的重点问题，PID控制器都是由工程技术人员来完成其参数的整定的，那些存在非线性环节或者时滞的系统在调试过程中可能出各种影响系统正常运行的情况运行现象，工程技术人员都难以完成整定^[1]。很多被控对象的精确数学模型难以建立，PID控制器因为其结构简单而且不需要掌握其精确的结构和参数的优点，逐渐发展成为最广泛的控制器。

常规PID控制发展到现今，已经成为工业过程控制中最为可靠、应用最为广泛的基本控制策略。尽管如今微处理技术迅速发展，但PID控制器凭借其结构简单、鲁棒性好、运行稳定、方便调整等优点，仍占据着工业生产过程控制系统举足轻重的地位。但常规的PID调节器还存在着许多不足的地方^[2][3]，比如：

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