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双容水槽模糊PID控制器的仿真研究

时间:2013-12-26 20:06来源:友好论文中心 作者:友好论文中心 点击:
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毕业设计(论文)开题报告
课题名称 双容水槽模糊PID控制器的仿真研究
课题来源 教师科研 课题类型 理论研究型 指导教师  
姓    名   学    院 物理与电子工程学院 班    级  
选题的背景和意义:
  1965年美国加州大学的L.A.Zadeh教授在其发表的著名论文《Fuzzy Sets》中,首次提出用“隶属函数”的概念来定量描述事物模糊性的模糊集合理论,从此奠定了模糊数学的基础。而后,在1974年,英国学者E.H.Mamdani首次把模糊集合理论成功地应用在锅炉和蒸汽机的控制之中,因此在自动控制领域中首开模糊控制在实际工程上应用之先河。模糊控制是建立在人工经验基础之上的,人类往往凭借丰富的实践经验,采取适当的对策来巧妙地控制一个复杂过程,若能将这些实践经验加以总结和描述,并用语言表达出来,就会得到一种定性的,不精确的控制规则,但如果用模糊数学将其定量化,就转化为模糊控制算法,从而就形成了模糊控制理论[1]。模糊PID控制器的发展前景是十分可观的,没有一种控制算法比PID调节规律更有效、更方便的了。现在一些时髦点的调节器基本源自PID。因为PID解决了自动控制理论所要解决的最基本问题,既系统的稳定性、快速性和准确性。调节PID的参数,可实现在系统稳定的前提下,兼顾系统的带载能力和抗扰能力,同时,在PID调节器中引入积分项,系统增加了一个零积点,使之成为一阶或一阶以上的系统,这样系统阶跃响应的稳态误差就为零[4]。 目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。PID控制及其控制器或智能PID控制器(仪表)已经很多,产品已在工程实际中得到了广泛的应用,有各种各样的PID控制器产品,各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器(intelligent regulator),其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现[5]
研究的基本内容和拟解决的主要问题:
1. 熟悉Matlab软件,利用Matlab中的模糊控制仿真工具箱提供的算法或函数来进行输入和输出变量的模糊化设计和模糊推理,并熟悉掌握参数自调整模糊PID调节器的结构。
2. 重点主要掌握运用参数自调整模糊PID控制器进行仿真,并且要熟悉参数自调整的概念、理论及其算法,系统模型的建立、仿真模型建立及仿真程序设计。
3. 利用参数自调整模糊PID调节器对双容水槽控制系统进行仿真:采用阶跃响应作为输入信号,将模糊控制器与PID控制器结合在一起,利用模糊逻辑控制实现PID控制器参数自调整,并把Matlab中的模糊控制器与Simulink有机结合起来,实现参数自调整模糊PID控制系统(双容水槽控制系统)的计算机仿真。
研究方法及措施:
1. 首先精确地确定对象模型,将人们长期实践积累经验知识用控制规则模糊化,再运用模糊数学的基本理论与方法把规则的条件、操作用模糊集表示,并将这些模糊控制规则以及有关信息(如评价指标、初始PID参数等)作为知识存入计算机知识库中,然后计算机根据控制系统的实际响应情况,运用模糊推理,即可自动实现对PID参数的最佳控制。
2. 在不同的|E|和|EC|下,被控过程对参数KP,KI,KD的自整定要求(模糊PID控制器的设计方法[5])可归结如下
(1) 当|E|较大时,为使系统具有较好的快速跟踪性能,应取较大的KP和较小的KD,同时为避免系统响应出现较大的超调,应对积分作用加以限制,通常取KI=0。
    (2) 当|E|处于中等大小时,为使系统响应具有较小的超调,KP应取小些,在这种情况下,KI和KD的取值大小要适中,以保证系统的响应速度,其中KD的取值对系统响应的影响较大。
    (3) 当|E|较小时,为使系统具有较好的稳定性能,KP和KI应取得大些,同时为避免系统在设定值附近出现振荡,并考虑系统的抗干扰性能,当|EC|较小时,KD值可取得大些,通常取为中等大小;当|EC|较大时,KD应取的小些。
研究工作的步骤、进度:
第 7  学期:
第 6--9周:查阅相关国内外文献资料,完成文献综述、外文翻译,初步设计方案。
第 10周:完成开题报告,开题。
第 11周:总体方案设计,硬件电路设计分析,列出元器件清单。
第 12周--第18 周:硬件电路制作与调试,程序编写与调试,硬件软件系统调试,基本性能
指标测试。
第 19周:系统调试、实物验收。
第 8  学期:
第 1 周:完成论文初稿。 
第 2周--第4周:毕业设计论文终稿完成,准备好答辩相关工作。
第 5 周:完成定稿并准备答辩
主要参考文献:
[1] 刘金琨.智能控制 [M].北京:电子工业出版社,2009,09.
[2] Mamdani E H. Application of Fuzzy Alyorilhms for Simple Dynamic Plant [J], New York: IEEE, 1974,
   101, 1585-1588.
[3] H. Ying. Fuzzy Control and Modeling: Analytical Foundations [J], New York: IEEE Press, 2000, (48),
   1241-1245.
[4] 沈晖,刘大明.参数自适应模糊PID在恒压供水中的应用[J].中国农村水利水电,2007,(9):63-66.
[5] 胡包钢等.模糊PID控制技术研究发展回顾及其面临的若干重要问题[J].自动化学报,2001,27(4),567-584.
 
指导教师意见:
  
 
 
 
 
                                               指导教师               (签名)
                                                                 年    月    日                                             
专业系意见:
 
 
 
 
                                               专业系领导            (签名) 
                                                                  年    月    日              
二级学院审核意见:
 
 
                                               二级学院领导              (签名)             
 
                                          二级学院(公章)        年    月    日         
课题来源:教师科研、企业生产实际、学生自立、其他。
课题类型:理论研究型、实验研究型、技术开发型、工程设计型、应用型、其他。
(责任编辑:admin)
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