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模糊自整定PID控制器的研究与设计

作　者: 韩盼盼
导　师: 赵晓安
学　校: 河北工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 模糊 PID 自整定 模糊推理 变论域 Fuzzy PID
分类号: TP273.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 207次
引　用: 2次
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内容摘要


针对常规PID控制和模糊控制在控制性能上的不完美,本文以锅炉温度调节器为被控对象,在已有的控制算法理论的基础上,将PID控制与模糊控制进行有机的结合,研究设计了模糊自整定PID控制器,并对设计出的控制算法加以改进形成改进后的模糊自整定PID控制器。课题的研究在现代工业控制领域中具有一定的意义。论文首先对现有的PID控制技术与模糊控制技术进行了详细的研究与分析,总结了两种控制技术的优缺点以及各自的发展趋势。本文将PID控制与模糊控制进行复合,研究设计了模糊自整定PID控制器。设计出的模糊自整定PID控制器,通过专家知识和操作人员的实际经验形成的模糊规则,对PID控制器的参数改变量进行模糊推理与计算,将推理得到的输出值与最初设定好的PID控制器的参数值进行相加,得到最终的输出量。然后将输出量输入到执行单元,实现对被控对象的控制。理论上,设计出的模糊自整定PID控制器具有更好的控制性能与更高的控制精度,在系统的调节上较前两者具有明显的优势。但是,由于模糊控制部分的模糊规则推理与计算非常复杂,经过多次的模糊化和解模糊化,可能在一定程度上影响计算的精度,使得到的输出量与实际输出量的偏差很大,严重时甚至影响控制系统的稳定性。基于此种情况,本文对设计出的控制器进行了改进,将变论域思想与减少微分法引入到模糊自整定PID控制器中,设计了改进后的模糊自整定PID控制器。改进后的控制算法,减少了对微分参数的推理计算,从而简化了模糊化和解模糊化的过程,而且改变后的算法可以根据输入值的大小对输入输出量的模糊论域进行调节,从而达到提高控制精度的目的。最后,以锅炉的温度调节器为被控对象,对PID控制器、模糊控制器、模糊自整定PID控制器以及改进后的模糊自整定PID控制器进行应用仿真,对比分析并总结其控制效果。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章 绪论  8-11
  §1-1 课题的研究背景及意义  8-9
  §1-2 课题研究现状  9-10
  §1-3 论文的主要结构及内容  10-11
第二章 PID 控制技术原理及其应用  11-19
  §2-1 PID 控制概述  11
  §2-2 模拟PID 控制原理分析  11-14
    2-2-1 比例控制（P）  12
    2-2-2 积分控制（I）  12-13
    2-2-3 微分调节（D）  13-14
  §2-3 数字PID 控制算法分析  14-16
    2-3-1 位置式PID 控制算法  14-15
    2-3-2 增量式PID 控制算法  15-16
  §2-4 数字PID 控制器的参数整定  16-18
    2-4-1 扩充临界比例系数法  16-17
    2-4-2 扩充响应曲线法  17-18
  §2-5 PID 控制的局限性以及发展  18-19
第三章 模糊控制技术原理及其应用  19-27
  §3-1 模糊控制器的基本原理  19-20
  §3-2 模糊控制器的结构和组成  20-21
    3-2-1 模糊控制器的结构  20-21
    3-2-2 模糊控制器的组成  21
  §3-3 模糊控制器的设计流程  21-23
  §3-4 常规模糊控制技术的局限性  23
  §3-5 变论域思想在模糊控制中的设计思想  23-25
  §3-6 模糊PID 控制技术的发展趋势  25-27
第四章 模糊自整定 PID 控制器的设计  27-46
  §4-1 模糊自整定PID 控制器的设计结构  27
  §4-2 模糊自整定PID 控制器的算法实现  27-42
    4-2-1 PID 控制器最初参数的确定  28-29
    4-2-2 模糊控制器输入输出量及隶属函数的确定  29-34
    4-2-3 模糊自整定PID 控制器设计的算法推理  34-40
    4-2-4 输出解模糊化  40-41
    4-2-5 建立模糊控制总表  41
    4-2-6 模糊自整定PID 控制器设计的流程  41-42
  §4-3 模糊自整定PID 控制器设计算法的改进  42-46
第五章 控制器在锅炉温度控制系统中的应用仿真  46-52
  §5-1 锅炉数学模型及应用软件介绍  46-47
    5-1-1 锅炉温度调节器的数学模型  46
    5-1-2 MATLAB 概述  46-47
  §5-2 锅炉控制中的各控制算法的应用仿真  47-51
    5-2-1 常规 PID 控制在锅炉温度调节中的仿真  47-48
    5-2-2 二维常规模糊控制在锅炉温度控制中的仿真  48-49
    5-2-3 模糊自整定PID 控制器在锅炉控制中的仿真  49-50
    5-2-4 改进的模糊自整定PID 控制器的仿真  50-51
  §5-3 仿真结果的分析与结论  51-52
第六章 总结与展望  52-54
  §6-1 论文总结  52-53
  §6-2 论文展望  53-54
参考文献  54-57
致谢  57

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统 > 模糊控制、模糊控制系统
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