中英文翻譯--常規(guī)PID和模糊PID算法的分析比較.doc

畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)中英文資料信電系工業(yè)電氣自動(dòng)化專業(yè)03級1班課題名稱：基于單片機(jī)的模糊PID溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)起止時(shí)間：2006年2月15日6月8日(共17周)學(xué)生姓名：學(xué)號：20指導(dǎo)教師：報(bào)告日期：2006年6月8日信息與電子工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（中英文資料）1常規(guī)PID和模糊PID算法的分析比較摘要：模糊PID控制器實(shí)際上跟傳統(tǒng)的PID控制器有很大聯(lián)系。區(qū)別在于傳統(tǒng)的控制器的控制前提必須是熟悉控制對象的模型結(jié)構(gòu)，而模糊控制器因?yàn)樗姆蔷€性特性，所以控制性能優(yōu)于傳統(tǒng)PID控制器。對于時(shí)變系統(tǒng)，如果能夠很好地采用模糊控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，其控制結(jié)果的穩(wěn)定性和活力性都會(huì)有改善。但是，如果調(diào)節(jié)效果不好，執(zhí)行器會(huì)因?yàn)橹芷谡袷幱绊懯褂脡勖?，特別是調(diào)節(jié)器是閥門的場合，就必須考慮這個(gè)問題。為了解決這個(gè)問題，出現(xiàn)了很多模糊控制的分析方法。本文提出的方法采用一個(gè)固定的初始域，這樣相當(dāng)程度上簡化了模糊控制的設(shè)定問題以及實(shí)現(xiàn)。文中分析了振蕩的原因并分析如何抑制這種振蕩的各種方法，最后，還給出一種方案，通過減少隸屬函數(shù)的數(shù)量以及改善解模糊化的方法縮短控制信號計(jì)算時(shí)間，有效的改善了控制的實(shí)時(shí)性。1引言模糊控制器的一個(gè)主要缺陷就是調(diào)整的參數(shù)太多。特別是參數(shù)設(shè)定的時(shí)候，因?yàn)闆]有相關(guān)的書參考，所以它的給定非常困難。眾所周知，優(yōu)化方法的收斂性跟它的初始化設(shè)定有很大關(guān)聯(lián)，如果模糊控制器的初始域是固定的，那么它的控制就明顯的簡化了。而且我們要控制的參數(shù)大多有其實(shí)際的物理意義，所以模糊控制器完全可以利用PID算法的控制規(guī)律進(jìn)行近似的調(diào)整。也就是說最簡單的模糊PID控制器就是同時(shí)采用幾種基本模糊控制算法（P+I+D或者PI+D），控制過程中它會(huì)根據(jù)控制要求，做出適當(dāng)?shù)倪x擇，保證在處理跟蹤以抗階躍干擾問題上，其控制性能接近于任何一種PID控制。假設(shè)模糊集的初始域是對稱的，兩個(gè)調(diào)節(jié)器的參數(shù)采用Ziegler-Nichols方法。為了改善上述設(shè)計(jì)的模糊控制器，我們有必要考模糊控制器的參數(shù)問題，有兩種方法可以采納，一種采用手動(dòng)的方法改變，另一種就是采用一些相關(guān)的優(yōu)化算法。其中遺傳算法就是一種?？刂破鞑捎玫膮?shù)不同，其收斂的優(yōu)化值也會(huì)不一樣。這些參數(shù)包括模糊集的分布，模糊集的個(gè)數(shù)，映射規(guī)則，基本模糊控制器的參數(shù)和不同的算法組合等。要注意的是在優(yōu)化前必須選定模糊推理及解模糊的方法。很明顯，優(yōu)化過程很耗時(shí)，更有甚者，有些優(yōu)化方法要已知系統(tǒng)的精確模型，但是實(shí)際過程中難以得到系統(tǒng)的精確模型，所以在大多數(shù)情況下，這些優(yōu)化算法不能直接應(yīng)用在實(shí)際過程。也就是說模型不精確直接影響優(yōu)化成敗。模糊控制的主要思想就是針對那些傳遞函數(shù)未知的或者結(jié)構(gòu)難以辨識的系統(tǒng)進(jìn)行控制，這也是模糊控制的性能為什么優(yōu)于傳統(tǒng)方法的原因。同時(shí)，把模糊控制和傳統(tǒng)的PID控制算法結(jié)合起來，更能體現(xiàn)這種算法的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗蟠蠛喕瘜?shí)際過程的調(diào)整。圖1隸屬函數(shù)圖圖2映射規(guī)則圖信息與電子工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（中英文資料）2參數(shù)集的啟發(fā)式優(yōu)化法也適用于模糊PI控制器，它采用固定的定義域，其參數(shù)的選取和傳統(tǒng)的PI控制器都一樣。我們采用的控制方法是結(jié)合模糊PI算法和PD算法并利用啟發(fā)式優(yōu)化法處理參數(shù)集，特別要注意這里的調(diào)節(jié)器出現(xiàn)了兩個(gè)比例環(huán)節(jié)，所以它的控制可能不同于傳統(tǒng)的PID算法。但是我們調(diào)整的參數(shù)它們本身具有實(shí)際的物理意義，值得一提的是前面所提到的控制可以通過改變采樣時(shí)間而不改變定義域的范圍實(shí)現(xiàn)調(diào)整。2模糊PI控制器設(shè)計(jì)控制信號由模糊控制器得到（參考文獻(xiàn)2）：模糊PI控制器的一種實(shí)現(xiàn)過程如圖3所示：圖3模糊PI控制器結(jié)構(gòu)（區(qū)域單位化）現(xiàn)在我們假設(shè)控制對象的傳遞函數(shù)如下描述，然后通過仿真圖比較模糊PI控制器和傳統(tǒng)PI控制器的控制性能：采用6中所用的調(diào)節(jié)方法，我們可得參數(shù)，其響應(yīng)如圖4和圖5所示。干擾作用于系統(tǒng)的輸入，模糊控制器如圖3所示，映射規(guī)則如圖2所示，隸屬函數(shù)如圖1所示。圖4傳統(tǒng)PI控制圖圖5模糊PI控制圖信息與電子工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（中英文資料）3同理取相同的參數(shù)集合，但是采用不用的模糊推理和解模糊化方法進(jìn)行優(yōu)化，我們把最大值設(shè)為10，即，采用周期，則，輸出響應(yīng)如圖5所示，下面的集合已經(jīng)在3中測試過了，模糊推理方法采用Min-Max和Prod-Max，解模糊部分采用COG方法，隸屬函數(shù)采用三角形分布或單值分布，把定義域單位化，然后從七個(gè)模糊集中任取三個(gè)，進(jìn)行仿真，如果隸屬函數(shù)是單值分布，也一樣。把傳統(tǒng)的PI控制算法和模糊PI控制算法的結(jié)果進(jìn)行比較并討論。我們發(fā)現(xiàn)采用模糊控制的系統(tǒng)輸出超調(diào)量雖然很小，但是抗干擾能力并不比傳統(tǒng)的PI控制器好。圖6有7個(gè)隸屬函數(shù)的模糊控制圖7有3個(gè)隸屬函數(shù)的模糊PI控制器采用最小-最大模糊推理參考文獻(xiàn)6，看圖5，發(fā)現(xiàn)給系統(tǒng)的輸入端加上幅度為0.05的階躍干擾，系統(tǒng)輸出響應(yīng)趨向振蕩地很厲害。假設(shè)這里所有響應(yīng)采用的集合都是一樣的，我們看圖6，它的響應(yīng)曲線沒有明顯的振蕩。但是，我們還不能分析6所提供導(dǎo)致振蕩的可能原因，因?yàn)檫@里沒有文6提供的模糊控制的所需的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)集。我們發(fā)現(xiàn)，即使采用遺傳優(yōu)化算法，其控制結(jié)果也沒有遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過模糊PI控制的近似