模糊控制规则表是怎么确定的_模糊pid模糊规则设置

本文探讨了数据预处理在控制系统中的重要性,强调了输入输出数据标准化对于适应不同条件的必要性。同时,讨论了PID参数整定的方法,如Ziegler-Nichols方法,并提醒读者注意参数范围的选择。接着,文章深入介绍了模糊控制的基础,包括模糊规则的静态特性——完备性、相容性和干涉性,强调了合理设计模糊规则以避免性能恶化和逻辑冲突的重要性。最后,提到了MATLAB中的模糊控制工具箱在实际应用中的角色。

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1、数据的预处理

这里提到数据的预处理问题其实十分的重要,很多人的仿真控制算法时也是这里最容易出错。自己明明按照别人的搭建起来了,但是结果就是不对,带进去自己的数据就报错或者结果很难看。

网上看到的很多控制系统都是做了标准化的处理,你也可以理解为归一化处理完之后的。一般为了能够适应不同的输入输出条件,常设计控制系统内部的数据为 [-1,1] 之间或者 [0,1] 范围内。这样,控制系统的输入和输出只要做一下线性变换,变换到对应的范围内,即可直接套用已经设计好的控制系统。

例:某恒温箱,要求温度从20℃室温尽快调节到40℃。且已经给你了一个黑盒子,这个黑盒子就是网上那种例程,里面是个已经设计好的模糊控制器,给了你一个输入,一个输出。那么请问,你要直接把一个初值20,终值40的阶跃信号给这个系统吗?其实不少数人都是这么做的。

给定的黑盒子要求的输入输出实际上是[-1,1],你给人家弄个20输入,人家最大只能给你输出个1,能不出问题吗?

所以说,不要拿来个例程就套自己的数据,看看内部是怎么定义的。

2、PID 参数整定问题

现在我们假设,你的数据全部都已经规范化处理了。

PID的详细方程就不做介绍了,这里说一下这三个参数,某度搜一下“PID三个参数的作用”,上面有很多。

之前那篇模糊PID算法只讲了使用模糊控制在线整定PID的三个参数,其本质上还是个PID控制器,所以仍然需要你的系统模型(这里不明白的去百度一下“模糊控制与传统控制的区别”,关注对模型的需求)。不同的模型,PID的参数范围是不同的,PID参数整定的方法大家最好找到相关文献,比如Ziegler-Nichols 方法,然后根据你的传递函数模型,求出来各个参数范围,这些参数的范围将作为模糊控制的论域,所以非常重要。

3、模糊控制

假设你的PID参数的论域也准备好了,那么才进入你的模糊控制内容,这里我根据查到的资料详细讲一下,包括模糊控制中的理论基础。坐好车,我们出发。

在MATLAB里面,模糊控制已经集成为了工具箱,如下图:

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图中,红色的两个圈表示为E,EC,分别为模糊控制系统中要求的输入误差和误差变化率,误差和误差变化率要求要在你的系统会产生的误差和误差变化率论域里面,别再随便看人家写的[-6,6],你就写这个范围了。

黑色圈的为模糊控制的输出,其各自的论域取决于之前确定的结果,你对那个已经确定的结果进行模糊子集的划分,就可以了。

接下来我们讲最有意思的模糊规则。

3.1 模糊控制规则的静态特性——完备性

完备性要求对于所有模糊控制输入的误差和误差变化率都对应一个与之对应的控制量。

完备性实际上就是你在设计模糊规则的时候,考虑到所有的误差可能性,对于所有的误差都需要有个对应的输出,对于模糊PID控制来说,就是给定了任意处于论域内的E和EC,都能够得到一组对应的PID三个参数。

如果现在给定E=-1,其对应的模糊语言为NL,EC=1其对应的模糊语言为PL,那么,模糊规则里面不包含这个组合的输出,那模糊系统就可能输出错误的值,进而导致控制性能的恶化。一般这种情况很少出现,因为对于7*7的模糊规则库来说,完全可以通过穷举的方式找到每个误差和误差变化率的输出,直观的说,就是你把那个7*7的表格填满就行了。

3.2 模糊控制规则的静态特性——相容性

模糊规则的相容性对于控制器的性能影响比较大,这条是在控制系统的设计过程中最容易出现问题的地方。相容性要求你的模糊规则不要有相互矛盾的输出,或者在输入相差较小的情况下输出不同。

举一个书上的例子,对一个反应釜系统,有如下两个模糊规则:

R1: 如果反应温度较高,则减少进料流量,降低反应槽内温度;

R2:如果反应转化率较大,则增大进料量,升高反应槽内温度。

这里似乎两条规则的钱体不同,因此采用了不同的控制方案,但通常反应釜内的温度越高,反应的转化率也越高,而控制方向却是相反的。这会导致控制系统出现问题。

之前有个朋友问我他模糊控制怎么不出来结果,我看了半天,原来就是他自己设计这个模糊规则,出现了这种相容性问题。

3.3 模糊控制规则的静态特性——干涉性

模糊控制规则的干涉性不太好理解,其大致意思是如果模糊规则相互干涉,那么模糊输出得到的控制量就不再等于你之前设定的那个东西了。干涉性来源于控制器的逻辑结构,如果用一个模糊关系的矩阵来表示模糊控制器,则不会存在这个干涉性问题。

简单且直观地说,就是你在设计那个模糊隶属度的函数时,两个或多个的函数曲线别重叠的太过分。

### 回答1: 模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制方法,它能够处理非线性和复杂系统。PID控制是一种经典的控制方法,通过比例、积分和微分三个控制参数来调节系统的输出。该控制器广泛应用于工业控制领域。 在模糊控制中,PID控制器被改进为模糊PID控制器。模糊PID控制器能够根据输入和输出之间的误差以及误差的变化率进行模糊推理,然后通过自适应地调整模糊规则和输出权重来实现更好的控制性能。这种控制器能够应对非线性和变化的系统,并且在一定程度上能够自动调节控制参数,减少了人工调参的工作量。 在Simulink中,我们可以使用模糊控制PID模块来实现模糊PID控制。该模块可以方便地调节PID参数和模糊规则,并提供了仿真界面来观察和评估控制性能。通过在Simulink中建立控制系统模型,我们可以将输入和输出信号传递给模糊PID控制器,并通过仿真结果来评估控制效果。 总之,模糊控制PID控制器是一种能够处理非线性和复杂系统的控制器,Simulink提供了便捷的工具来进行模型建立和仿真分析。通过模糊PID控制,我们可以实现更好的控制性能,并减少手动调参的工作量。 ### 回答2: 模糊控制PID是一种结合了模糊逻辑和PID控制器的控制方法。在PID控制器中,P代表比例控制,I代表积分控制,D代表微分控制。模糊控制PID通过引入模糊逻辑来改善传统PID控制器在非线性系统中的性能。 在Simulink中,可以使用模糊逻辑工具箱来实现模糊控制PID。首先,需要创建一个模糊推理系统,其中包含输入、输出和模糊规则。输入通常是系统的误差(偏差)和误差的变化率(变化率),输出是PID控制器的输出(控制量)。然后,需要定义模糊规则,通过使用模糊逻辑来将输入映射到输出。可以使用模糊逻辑工具箱提供的图形界面来定义模糊规则。 在模糊控制PID中,模糊规则描述了系统的行为和响应。模糊逻辑根据模糊规则来选择合适的控制策略。模糊推理系统根据当前的误差和误差的变化率来计算模糊输出,并将其作为PID控制器的输入。PID控制器根据该输入来计算控制量,并将其应用于被控制系统。 为了验证模糊控制PID的性能,可以使用Simulink中的仿真工具。通过输入不同的参考信号和扰动信号,可以评估系统的响应和稳定性。通过调整模糊控制PID的参数和模糊规则,可以改善系统的性能,使其更好地适应不同的工况。 总之,模糊控制PID是一种结合了模糊逻辑和PID控制器的控制方法,可以通过Simulink进行建模和仿真。通过对模糊规则和参数的调整,可以改善系统的性能并提高控制质量。 ### 回答3: 模糊控制PID是一种通过模糊逻辑与PID控制器相结合的控制方法。它能够在系统存在非线性和模糊性的情况下实现稳定和精确的控制。 在Simulink中,可以使用模糊控制PID进行系统建模和仿真。首先,需要设计模糊逻辑控制器,包括模糊规则库、模糊语言变量和模糊推理机制。通过模糊规则库定义系统的控制策略,模糊语言变量描述系统的输入和输出,并使用模糊推理机制进行模糊推理和输出值的计算。 接下来,需要将模糊控制器与PID控制器结合起来。PID控制器根据模糊控制器计算出的输出值进行增益调节,以实现系统的闭环控制。PID控制器分别计算比例、积分和微分部分的控制量,并根据前后误差进行反馈控制,使系统快速稳定地达到设定值。 最后,可以通过Simulink进行模糊PID控制器系统的仿真。将系统的输入和输出连接到模糊PID控制器,在仿真中可以模拟系统的动态响应和控制效果。通过调整模糊规则库和PID参数,可以优化系统的控制性能和稳定性。 总之,模糊控制PID是一种有效的控制方法,在Simulink中可以进行系统建模和仿真,通过优化模糊规则库和PID参数,实现稳定和精确的控制。
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