計(jì)算機(jī)專業(yè)外文文獻(xiàn)翻譯-外文翻譯---常規(guī)PID和模糊PID算法的分析比較
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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(jí) 1 班 課題名稱: 基于單片機(jī)的模糊 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(hào): 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) 模糊 法的分析比較 摘要 :模糊 制器實(shí)際上跟傳統(tǒng)的 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(duì)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) 制器。對(duì)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(chǎng)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(jiǎn)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(hào)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(jiǎn)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 法的控制規(guī)律進(jìn)行近似的調(diào)整。也就是說最簡(jiǎn)單的模糊 法( P+I+I+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 制。假設(shè)模糊集的初始域是對(duì)稱的,兩個(gè)調(diào)節(jié)器的參數(shù)采用法。 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(duì)那些傳遞函數(shù)未知的或者結(jié)構(gòu)難以辨識(shí)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 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?jiǎn)化實(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 制器,它采用固定的定義域,其參數(shù)的選取和傳統(tǒng)的 制器都一樣。我們采用的控制方法是結(jié)合模糊 法和 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 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 制器設(shè)計(jì) 控制信號(hào)由模糊控制器得到(參考文獻(xiàn) [2]): 模糊 制器的一種實(shí)現(xiàn)過程如圖 3 所示: 圖 3 模糊 制器結(jié)構(gòu)(區(qū)域單位化) 現(xiàn)在我們假設(shè)控制對(duì)象的傳遞函數(shù)如下描述,然后通過仿真圖比較模糊 制器和傳統(tǒng) 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) 制 圖 圖 5 模糊 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(cè)試過了,模糊推理方法采用 模糊部分采用 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 制算法和模糊 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 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 制器采用最小 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 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 制的近似調(diào)整結(jié)果。但是我們可以通過減少隸屬函數(shù)的個(gè)數(shù)達(dá)到縮短計(jì)算控制量所需時(shí)間??墒?,減少隸屬函數(shù)個(gè)數(shù)的同時(shí),也會(huì)伴隨著動(dòng)態(tài)性能的降低,但是這種品質(zhì)的降低完全可以通過適當(dāng)調(diào)節(jié)參數(shù)來彌補(bǔ)。從仿真結(jié)果來看,文獻(xiàn) [6]中的結(jié)論沒有理論證明。 信息與電子工程系 畢業(yè)設(shè)計(jì)(中英文資料) 4 3.模糊 I 控制器的設(shè)計(jì) 讓我們先給出一個(gè)模糊控制器,它是由模糊 模糊 制器并聯(lián)在一起組合而成。 其中,圖 9 是傳統(tǒng)的 制器的輸出,它采用 法( ? )。 而模糊 制的設(shè)定參考文獻(xiàn) [2] ( 4?? K , , ? ,10?? M , ,模糊推理采用最小 模糊采用 法,有 7 個(gè)隸屬函數(shù))。其中 隸屬函數(shù)的分布以及采用的模糊規(guī)則分別如圖 1、圖 2 所示。唯一的區(qū)別在于控制增量的 變化,如圖 11 所示,圖 10 是仿真結(jié)果,而圖 12 給出了采用不同的三個(gè)集合的系統(tǒng)輸出,實(shí)線表示采用前面文章所用的調(diào)整方法,但模糊推理方法采用 線表示采用 3 個(gè)隸屬函數(shù),最小最大模糊推理、解模糊采用 屬函數(shù)為三角形分布)的仿真的結(jié)果,點(diǎn)劃線表示采用 3 個(gè)隸屬函數(shù),最小最大模糊推理、解模糊采用 屬函數(shù)為單值分布)的仿真的結(jié)果。 信息與電子工程系 畢業(yè)設(shè)計(jì)(中英文資料) 5 圖 13 表示系統(tǒng)輸入加入 階躍干擾后對(duì)系統(tǒng)的輸出影響。 采用模糊控制的系統(tǒng)輸出或多或少都會(huì)有振蕩,其原因不僅僅受參數(shù)的調(diào)節(jié)的影響,還有所用的最小最大模糊推理的影響。但是如果采用 模糊推理,解模糊時(shí)采用單值法,這種振蕩可以大大的抑制。但是造成振蕩的另一個(gè)可能原因就是推理機(jī)構(gòu)的錯(cuò)誤動(dòng)作。 從圖 14 我們發(fā)現(xiàn),如果兩個(gè)相鄰的隸屬函數(shù)的最值的距離只有 用的區(qū)域已經(jīng)單位化 ,如圖 15 所示),在沒有其他干預(yù)的情況下,就會(huì)出現(xiàn)等幅振蕩。眾所周知, 制會(huì)有初始誤差, 制會(huì)有振蕩。但是如果采用單值隸屬函數(shù)而不是三角形分布的隸屬函數(shù),上述的振蕩現(xiàn)象就可以抑制。從圖 14 中可以看出,采用單值隸屬函數(shù),在剛開始,系統(tǒng)輸出振蕩最厲害的 時(shí)候采用單值隸屬函數(shù),等到等幅數(shù)振蕩輸出之后就不采用單值隸屬函數(shù)(虛線表示),之后采用三角形隸屬函數(shù)和 模糊方法。(兩種情況都沒有穩(wěn)定誤差)。所以我們可以下結(jié)論:即使采用相同的解模糊方法( 如果隸屬函數(shù)不一樣,控制結(jié)果也會(huì)不同的。 信息與電子工程系 畢業(yè)設(shè)計(jì)(中英文資料) 6 F A ID to ID of on ID of be On is it of is is of be of to of it to to of by of by 1. ne of of is of to be It is to is no to do it is of is on of is a is to be be to ID is to it as a of P+I+D [4] I+D [5]). of is to of ID to of To of it is to of or to do be be to of of be to It is of a of is on of of in of it is to of on to of of to it at is no of of be to it to be to it of of is I as of I of I D be of it be of of in of ID is of is in 息與電子工程系 畢業(yè)設(shè)計(jì)(中英文資料) 7 it is to to of 2. I he by I 2]) of I is 3. us by to to of I I 6] we = 5.8 s. of 4. on of 3 2. as of = 5 to of = 10 = 0.1 s. 5. 3]. OG or as an of in in of 1). I I of it is 息與電子工程系 畢業(yè)設(shè)計(jì)(中英文資料) 8 is of I In 6] 5 in of to as in to As it be 6, no it to of in 6] to of of I It is to by of to of of 7). be by of As a of we in 6] 信息與電子工程系 畢業(yè)設(shè)計(jì)(中英文資料) 9 3. D+et us as a of I D 9. K = 2.8 s, 0.7 s). of is up 2] ( 4, 2, 10, T = 0.1 s, 7 I D 1 2 is in of is as 11. be 10. 12 as OG of of at of is 13. 信息與電子工程系 畢業(yè)設(shè)計(jì)(中英文資料) 10 is to of is of is of is of of of on 15) to 14) is D I of of 14 it be as an at OG in As a we is a if OG is- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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