论文总字数：18465字

摘 要

由于常规PID控制原理简单，使用方便，鲁棒性强，到今天为止，PID控制占据着全世界控制领域中的84%。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便等优点而成为工业控制的主要技术之一。然而工业对象普遍存在时变性、非线性和不确定性等因素，采用常规PID控制，在忽略系统的众多不确定因素的前提下，建立控制模型，可是却不能达到精确的控制要求。而且对于复杂控制对象，因为受到参数整定方法繁琐的干扰，常规PID控制器参数常常整定不良，性能欠佳，对运行环境的适应性也比较差。

这篇文章会先从理论上分别分析常规PID和模糊控制的优缺点与作用，然后将常规PID和模糊控制结合，并采用模糊控制器和经典PID控制器并行结构另加一个转换开关，实现模糊PID控制器的动态切换。此外，本文还对从常规PID、模糊控制器和模糊PID控制器进行了仿真，将结果进行比较得出结论，这样可以验证动态切换模糊PID控制器的效果和可能性。

关键字：常规PID控制 模糊控制器 模糊PID控制器 动态切换

the research and design of dynamic switch fuzzy PID controller

Abstract

Up to now,84% control is still the application of PID control in the controlling field of the world ,because conventional PID control has lots of advantages,such as simple principle, easy to use, good robustness and so on.The PID controller was has been nearly 70 years history,it become one of the main technology of industrial control with its simple structure, good stability, reliable operation and easy to adjust.However,industrial object has lots of factors generally,such as nonlinear, time-varying and uncertainty,if it uses the conventional PID control，we can't attain the requirements of precise control,because the model control establishes under the premise of many uncertain factors of the system to be ignored.And,to complex control object,Due to the tedious parameter tuning method,The conventional PID controller parameters are setting badly ,performancing poorly and adapting the adaptation poorly.

The work of this paper is to theoretically analyze the advantages and disadvantages of PID and fuzzy controller,combining Conventional PID and fuzzy control,and uses the classical PID controller and fuzzy controller in parallel structure plus a change-over switch, to implement dynamic fuzzy PID control.Moreover,in this design Conventional PID ,fuzzy control and fuzzy PID control are simulated.Compare the results so we can verify possibility and the effect of dynamic switch fuzzy PID controller.

Key words: PID control; Fuzzy control; Fuzzy and PID control;dynamic switch

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章绪论 1

1.1课题概述 1

1.2研究现状和发展趋势 2

1.2.1常规PID 2

1.2.2模糊控制器 3

1.2.3模糊PID 3

1.3论文的主要内容 4

第二章常规PID的设计与仿真 6

2.1前言 6

2.2 P、I、D对系统控制性能的影响 6

2.2.1比例（P）作用对控制性能的影响 6

2.2.2积分（I）作用对控制性能的影响 8

2.2.3微分（D）作用对控制性能的影响 8

2.2.4搭建PID控制平台，实验比较PID的作用 10

2.3本章小结 12

第三章模糊控制器的设计与仿真 13

3.1前言 13

3.2基本模糊控制器的结构 13

3.3基本控制器的历史和发展趋势 14

3.3.1模糊控制的历史 14

3.3.2模糊控制器的未来发展趋势 14

3.4模糊控制器的设计与仿真 15

3.5建立模糊控制系统的仿真模型 19

3.5.1模糊控制系统的仿真模型如图所示 19

3.5.2模糊控制系统仿真与分析 19

3.6本章小结 19

第四章动态切换模糊PID的设计与仿真 20

4.1前言 20

4.2模糊PID动态切换控制器设计 20

4.2.1控制器设计的思路 20

4.2.2切换控制器的切换时机分析 21

4.3模糊PID动态切换控制系统的仿真 22

4.3.1控制器的仿真模型 22

4.3.2 结果分析 26

4.4本章小结 27

第五章结论 28

参考文献 29

致谢 31

第一章 绪论

1.1课题概述

随着社会的发展，工业农业的兴荣，越来越多的工农业制造都趋与自动控制，自动控制可以很大限度把人从繁琐的劳动中解放出来，还提高了生产效率，可以说自动控制是未来各个行业的一大趋势。自动控制技术是工业领域研究人员的重点问题。由于工业现场中被控对象的复杂性、非线性及时变等因素，很多被控对象的精确数学模型难以建立，PID控制器浅显易懂，使用的时候PID控制器并不要精确的数学系统模型，到目前PID控制器都是应用最为广泛的一种控制器^[9]。其他的很多的先进控制算法都会存在部分缺点，如：理论性太强、专用性强、适应性差、鲁棒性差、算法复杂、实施和维护成本高等等，这些缺点都会限制这些算法的发展和推广，而且它们在实际的应用中需做大量的改进和简化，使得它们都很难成为主流。

常规PID控制有很多的优点，比如：常规PID使用方便，鲁棒性好，最重要是它原理简单，所以到今天为止，放眼全世界，PID控制在控制领域还是占据着很大的比重。PID控制器现在已经经过了70多个春秋，它以其简单的结构、较好的稳定性、可靠的工作性能、方便快捷的调节方式等其他控制无法比拟的优点，因而成为工业控制领域的最主要技术之一。PID控制是最早发展起来的控制策略之一，自PID控制器产生以来，虽然在之后的很多年间，推出了很多更加先进的控制策略，但是PID控制却一直是最主流的控制策略。甚至在现在，PID控制器仍然被广泛应用在现代工业各种各样的过程控制中，如果包括改进的各类PID控制器，那么几乎所有控制系统中有90%左右的控制回路是具有PID控制结构的。然而对于工业对象，它会存在很多变化和不确定的因素，比如说其非线性、时变性和不确定性都是难以控制的，而当你采用常规PID控制时，其实是它一个理想的模型，它会忽略系统中众多不确定因素去建立控制模型，有时候是不能达到精确的控制要求中^[31]。这样的情况下如果是一个复杂的控制对象，那么它将要受到繁琐的参数整定的干扰，这样的话常规PID控制器参数往往会整定不良、性能欠佳，也很难适应各种各样的运行环境。

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