基于MATLAB模糊自整定PID控制器的设计(2)
5.3 仿真结果分析 31
结 论 36
致 谢 37
参 考 文 献
1 绪论
本章主要介绍PID控制器和模糊控制理论的发展历程及现状，并简要分析常规PID控制器在非线性系统控制中的缺陷，以及模糊控制器在非线性系统控制中的优越之处，提出本课题的研究内容和目的。
1.1 PID控制器的发展与使用现状
1932年移民到美国的奈奎斯特发表论文，提出采用图形法来判断控制系统的稳定性的方法。在此基础，波特等人建立了一套在频域上的反馈放大器[1]。自此，反馈控制理论在工业过程控制中开始得到应用。1936年来自英国的考伦德与史蒂文斯等人提出了基于反馈控制的PID控制器的控制方法。PID控制器一经提出就在工业控制领域得到广泛的响应，由于它结构简单、使用方便、稳定性好等，越来越多的人认识到它在控制方便的独特天赋，自此开始PID控制器就逐渐的在工业控制领域占有越来越重的地位。时至今日，在工业过程控制领域，PID控制器已经占有了无可动摇的霸主地位，得到了极为广泛的应用。对于PID控制器的应用，参数整定是其核心问题之一[1]。在线性控制系统中，直接用试凑法来整定，常规PID控制器就能够获得理想的控制效果。而在非线性或时变系统中，由于常规PID控制器参数一经整定就固定不变，并不能适应系统的变化，控制效果自然不佳。因此新的PID控制器整定方法就应运而生，使用模糊控制的方法，根据控制系统输出的变化来改变PID控制器的参数，就能使PID控制器的参数，随系统的响应发生相应的改变，实现了PID控制器参数的在线自整定。
1.2 模糊控制理论简介
模糊控制的概念是由加利福尼亚大学著名教授查德（L.A.Zadeh）在他的模糊集理论中首先提出的[2]。模糊集合论也成为了模糊控制的重要支柱之一。从根本上来讲，模糊控制是一种人工智能的控制方法，它是利用多值逻辑和简化推理从行为上来模仿人类的思文与反应的过程。其中的“模糊”一词只是一种不充分明确和不完全明了的意义，它不是通常意义上的模糊不清的意思，而只是通过人的感官和估计以及直觉来获得的一种比较近似的说明。日常生活中，很多情况都不需要使用太明确的数量来说明一些问题，可以用近似的词语来大概的说明，例如：很多，非常多，大多数，少数，比较少，很热，很冷等词语，都可视为“模糊词语”。而人类大多数情况下都是在模糊的概念下进行的人类活动，比如：洗澡的时候水很烫，人类的第一想法就是多加点凉水，它就会变的不那么烫了，如果水比较热，就可以少加点凉水使水温适合我们的使用，大多数时候都是要多次进行这种“模糊控制”来达到我们的目的的。而我们得到的这些“很烫”，“比较热”等词语都是模糊的不充分明确的信息，“多加”、“少加”等也都是模糊的不充分明了的动作。整个调节水温的过程可以当做是一种“模糊控制”。
“模糊”作为“精确”对立面，在当时精确数学和以精确的数学模型为基础的经典控制理论盛行的时代，一经提出就受到了许多学者的质疑和反对。他们认为概率统计理论已经很好的解决了人类生活中模糊的方面，而模糊控制对于实际的应用是毫无价值。不过，此后随着一大批学者的不懈努力，时至今日，模糊数学与模糊理论已经得到了人们的理解和认可，模糊控制也已经广泛的应用于控制领域，并对于复杂的非线性时变系统具有出色的控制性能。并且由于其不依赖精确的数学模型，使很多复杂的系统得到大量的简化并获得理想的控制效果。