matlab模糊控制仿真

1、座艙壓力控制系統(tǒng)的仿真 飛機座艙壓力控制系統(tǒng)是為了克服飛機在高空飛行時壓力環(huán)境對人體和設(shè)備的不利影響，保證艙內(nèi)人員及設(shè)備安全和可靠工作的必要設(shè)備。座艙壓力控制系統(tǒng)的出現(xiàn)是為了滿足座艙內(nèi)的壓力要求，即包括對座艙高度、壓差、壓力變化速度及壓力制度提出的要求。數(shù)字式座艙壓力控制系統(tǒng)是采用全數(shù)字控制回路，其組成部分主要有：控制面板、控制器、電機和排氣活門。其工作原理是控制器接收來自座艙壓力傳感器、大氣數(shù)據(jù)計算機、飛行控制面板的信號，通過內(nèi)部程序判斷飛行狀態(tài)、根據(jù)相應(yīng)座艙壓力制度和飛行狀態(tài)控制規(guī)律計算座艙壓力指令信號并與壓力傳感器測出的座艙壓力實際值進行比較。將比較得出的偏差信號作為輸入量，根據(jù)內(nèi)部算法

2、得到輸出量活門轉(zhuǎn)角控制信號，并將此信號傳遞給伺服電機，從而通過伺服電機改變排氣活門轉(zhuǎn)角來改變排氣流量，進而實現(xiàn)座艙內(nèi)的壓力和壓力變化速率控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。下圖為數(shù)字座艙控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖1 數(shù)字座艙控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本文利用 Simulink 對座艙壓力控制系統(tǒng)的各個組件進行建模并對整個系統(tǒng)進行仿真，在 MATLAB 這樣一個開放的平臺上進行仿真。Simulink 提供的建立模型方塊圖的圖形用戶接口（GUI）非常方便，在創(chuàng)建系統(tǒng)模型時只需通過不同的基本模塊（如積分、微分、常數(shù)、符號）就能完成系統(tǒng)的組建，對于個別復(fù)雜的模塊，設(shè)計人員也可通過定制模塊來實現(xiàn)。本文的數(shù)字座艙壓力控制系統(tǒng)主要包括座艙、排氣活

3、門、電機三個部分，運用 simulink 創(chuàng)建仿真模型的思路就是將這些部分的數(shù)學(xué)模型通過simulink 模塊庫中的各種模塊組合起來。（1） 座艙線性化令座艙供氣流量保持不變后得到 (1)座艙壓力時間常數(shù)排氣活門靈敏度對座艙壓力的影響系數(shù)。拉氏變化后的傳遞函數(shù)形式 (2)圖2 座艙結(jié)構(gòu)模型圖圖3 封裝模型圖圖4 座艙參數(shù)設(shè)置（2） 排氣活門 (3)活門最大開度傳遞函數(shù)為 (4)圖5 蝶式排氣活門模型圖6 蝶式排氣活門封裝模型圖7 參數(shù)設(shè)置（3） 電機本文所取電機型號為 272768，電壓為24V。電機線性化 (5)圖8 電機模型結(jié)構(gòu)圖圖9 參數(shù)設(shè)置 根據(jù)線性化處理的座艙壓力控制系統(tǒng)的工作原理以

4、及上面的模塊圖可知，該系統(tǒng)為單輸入、單輸出系統(tǒng)，且在某一平衡狀態(tài)附近工作時為線性、定常系統(tǒng)。因此采用傳遞函數(shù)表達式比微分方程形式更加便于對系統(tǒng)性能的分析。系統(tǒng)傳遞函數(shù) (6)圖10 PID控制系統(tǒng)模塊圖圖11 PID仿真結(jié)果（4） 模糊PID控制器設(shè)計 根據(jù)和值運用下式計算出控制器各個參數(shù)。 (7)圖12 模糊PID控制結(jié)構(gòu)圖圖13 模糊PID系統(tǒng)封裝模糊-PID 控制器的設(shè)計思想是通過模糊理論實現(xiàn) PID 控制過程中比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)三個參數(shù)的在線調(diào)整，因此整個控制過程可以看成是先進行模糊控制得出三個參數(shù)，然后再執(zhí)行 PID 控制。基于這個思想設(shè)計模糊控制器。本文使用 MATLAB

5、 的 Simulink 仿真模塊庫中專用的模糊邏輯工具箱中的圖形用戶界面來設(shè)計模糊控制器。模糊控制系統(tǒng)共有五個界面，包括三個可以互動的編輯器（模糊推理系統(tǒng)編輯器；隸屬函數(shù)編輯器；模糊規(guī)則編輯器），兩個界面只讀工具（模糊規(guī)則觀察期；輸出曲面觀測器）。圖14 mamdani 型模糊控制器界面 圖15 輸入量 E 的模糊語言變量及隸屬函數(shù)的選取圖圖16 輸入量 EC 的模糊語言變量及隸屬函數(shù)的選取圖圖17 輸出量 Ki的模糊語言變量及隸屬函數(shù)的選取圖 在 PID 控制中，比例作用跟偏差成正比，是依據(jù)偏差的大小來動作的，決定響應(yīng)速度，能夠提高系統(tǒng)調(diào)節(jié)精度；積分作用是依據(jù)偏差是否存在來動作的，起著消除系

6、統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的作用；微分作用是依據(jù)偏差變化速度來動作的，在系統(tǒng)中起著超前調(diào)節(jié)的作用，能夠改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。 依據(jù)以上原理，在不同的 E 和 EC 下，被控過程對參數(shù)、的自整定要求歸納如下：1.當(dāng) E 較大，為了使系統(tǒng)響應(yīng)具有較好的快速跟蹤性能，并避免因開始時偏差的瞬間變大，可能引起微分飽和，使控制作用超出許可范圍，應(yīng)取較大的和較小的，同時為避免系統(tǒng)響應(yīng)出現(xiàn)較大的超調(diào)，需對積分作用加以限制，可以取=0。2.當(dāng) E 為中等大小時，為使系統(tǒng)具有較小的超調(diào)，應(yīng)取較小的，適當(dāng)?shù)暮?以保證系統(tǒng)響應(yīng)速度，其中的取值對系統(tǒng)的響應(yīng)速度影響較大。3.當(dāng) E 較小時，為使系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)態(tài)性能，應(yīng)取較大的和，同時避

7、免系統(tǒng)在設(shè)定值附近出現(xiàn)振蕩，并考慮系統(tǒng)的抗干擾性能。當(dāng) EC 較小時，值可以取大些；當(dāng) EC 較大時，值應(yīng)取小些。 通過上面的分析，對模糊準(zhǔn)側(cè)進行總結(jié)。圖18 模糊規(guī)則編輯器輸入界面 將參數(shù)整定好的普通 PID 控制器和模糊 PID 控制器對相同系統(tǒng)進行仿真。圖19 線性座艙壓力控制系統(tǒng)仿真模型圖20 仿真結(jié)果系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線 在給出一個階躍信號后，系統(tǒng)仿真結(jié)果如上圖所示，圖中模糊推理的PID和普通PID對比，其中超調(diào)和收斂時間均不佳的為傳統(tǒng)PID控制器。從仿真結(jié)果可以看出，基于模糊推理的 PID 控制器相比于傳統(tǒng) PID 控制器具有較小的超調(diào)量，在輸入信號為階躍信號時，保證了系統(tǒng)良好的穩(wěn)定性，同時