伺服控制课程设计论文 .doc

1、 目录伺服控制课程设计论文1摘要3引言41.总体设计和总体方案分析51.1电机系统分析51.2系统设计框图61.3传递函数72硬件部分设计72.1选择电机72.2选择变频器82.3选择光电码盘92.4F/V112.4.1主要特点122.4.2电性能参数122.4.3引脚排列及内部结构132.4.4工作原理142.5应用电路142.6 A/D 和D/A转化电路183.软件部分设计193.1控制系统仿真分析193.2控制算法设计203.3连续系统的PID算法设计(程序见附件一)213.3.1PID参数推导213.3.2 PID参数作用213.3.3参数整定223.3.4控制算法的实现223.3.5

2、.基于simulink伺服控制233.4.数字PID控制算法(程序见附录二)243.5matlab的自适应模糊PID控制系统263.5.1matlab模糊工具箱263.5.2模糊系统设计(设计程序见附录)263.5.3模糊控制设计343.5.4matlab/simulink 模糊控制仿真373.6单神经元自适应控制算法383.6.1单神经元控制算法介绍383.6.2单神经元控制算法实现394. 计算机人机界面设计414.1 含有PID界面设计(程序见附件3)414.2伺服控制PID界面设计435 设计总结455.1比较四种控制策略的优缺点455.2设计心得体会466.程序附录46附录一：连续P

3、ID程序46附录二：数字PID程序48附录三：控制系统GUI界面程序设计49附录四：伺服控制系统GUI程序51附录五：模糊系统设计55附录六：模糊控制设计程序58附录七：单神经元自适应控制程序60附录八：信号采集函数61摘要交流电机作为工业系统及日常生活中最常见的运动执行器，对其转速进行控制具有重要意义。基于计算机的电机调速系统应用越来越广泛。本设计主要包括以下三个部分：1)总体设计方案分析与设计:硬件设计光电转换及信号调理电路设计、频压转换电路设计。电动机及变频器（驱动装置）、A/D及其D/A板选择等。2)软件设计:系统管理程序、控制算法设计及信号的采集与处理程序等。本文主要侧重点是软件设计

4、利用传统的PID设计，控制效果非常理想，满足工业生产的应用。智能控制算法作为当今控制系统的研究热点问题，我们也进行了深入的学习，分别利用模糊自适应控制算法和单神经元自适应控制算法，所得到的效果也是非常理想的。将模糊控制和PID控制相结合，提出了一种智能复合控制策略，并将其应用于交流伺服系统的控制。利用模糊控制在线自适应调整PID控制器的参数，从而使系统的静态和动态性能指标较为理想。实验结果表明，基于模糊PID控制的交流伺服系统具有响应速度快，稳态精度高和鲁棒性等特点。最后，进行GUI(图形用户界面)设计，实习控制系统的可操作性和可视化。此外本文还针对实际设计中遇到的问题进行了分析和讨论，提出了

5、参考方案，本次速度控制系统设计经历了很多改动，可以看出控制系统在设计思想和技术上进步。关键字：电机伺服控制 PID 数字PID 神经网络 模糊控制 GUI引言现代化生产和生活中，电动机的作用十分重要，无论是交通运输、国防、航空航天、医疗卫生、农业生产、商务与办公设备，还是日常生活中的家用电器，都大量的使用各种各样的电动机。据有关资料介绍，现有90%以上的动力来源电动机，我国生产的电能大约60%消耗于电动机。因此，研究电动机的控制系统是有较大的显示意义的。交流电动机伺服驱动系统由于其结果简单、易于维护的优点逐渐成为现代产业的基础。其中交流交流伺服系统在机器人与操作机械手的关节驱动以及精密数控机床

6、等方面得到越来越广泛的应用。交流伺服系统由交流电动机组成，交流电动机的数控模型不是简单的线性模型，而且有非线性、时变、耦合等特点，用传统的基于对象模型的控制方法难以进行有效的控制。对于交流伺服系统的性能，一方面要求快速跟踪性能好。即要求系统对输入信号的响应快，跟踪误差小，过度时间短，且无超调量或超调量小，常规控制方法普遍是以PID控制为基础，然后单纯的PID控制存在超调量大，调节时间长，控制效率低等缺点，而且其参数的选取比较困难。随着计算机技术的发展，人们利用人工智能的方法将操作人员的调整经验作为知识存在计算机中，根据现场的实际情况，计算机能自动调整PID参数，这样就出现了智能PID控制器。模

7、糊控制对数学模型的依赖性弱。并且不需要建立过程的精确数学模型。随着社会的发展，机械已经不是传统意义上机械。科技的发展要求必须有更为精密的机械加工和制造，所以这就要求机械与各学科交叉，不断增加机械品质。本课程设计注重通过速度控制系统设计，初步掌握机械电子学、控制工程和计算机编程的基本知识。树立正确的设计思想，培养分析问题与解决问题能力及其动手能力。为了提高伺服系统的性能各环节均有调节器,但是各环节控制器的参数调整一直困扰着工程技术人员,很多场合只能采用简化模型加经验调整的方法进行参数调节,使得参数调整繁琐且大部分伺服系统并没有工作在最优的状态下。目前对调节器参数整定、优化问题的研究多是基于单个环

8、节的,对于伺服系统整体参数优化调整的研究还较少。PID控制具有结构简单、稳定性能好、控制精度高等优点, 但它的控制性能是建立在精确的数学模型基础上的, 在某一状态下整定为最优的一组PID参数在另一种状态下可能性能很差. 电机运行参数变化与非线性特性使PID控制常常顾此失彼,系统的鲁棒性不尽如人意. 模糊控制以不依赖于被控对象的精确数学模型, 具有较强的鲁棒性, 对被控对象的参数变不敏感, 可以有效地克服伺服系统中的非线性、时变、耦合等因素的影响, 但控制精度和系统反应速度不高.采用模糊PID控制, 既具有模糊控制灵活适应性强的优点, 又具有PID控制精度高的特点, 提高了系统的快速性和控制精度

9、.本文应用Matlab /Simulink工具包建立电机伺服系统的数学模型,进行仿真,从整体角度出发对伺服系统整体参数的优化和调整进行研究。固定参数的PID控制器很难满足高精度伺服系统的控制要求，而模糊PID控制器则融合了模糊控制理论与常规PID控制器的优点，能有效提高系统的动静态性能。本文针对交流电机速度伺服系统设计了模糊PID控制器。通过仿真实验，验证了其良好的控制性能。1.总体设计和总体方案分析1.1电机系统分析设计目标：完整的计算机闭环速度控制系统控制对象：三相交流异步电动机转速n目标分析：交流电机的的转速n的计算公式为：式中s为转差率，0=s1，启动瞬时s=0，通常s取0.2-0.8

10、之间。由以上两式可以得出交流异步电机调速方法：1. 改变转差率s：可以通过在转子绕组中串联电阻来改变转差率s或者通过改变定子电压U改变，但两种损耗皆很大，电机效率低，特性变差2. 改变磁极对数p：这种方法调速是有等级的，而且调速范围窄，磁极对数多时不宜制造3. 改变定子供电频率：变频调节技术复杂，但可实现无级变速，且需要专门的变频器作为专用控制电源综上分析第三种方法易于实现闭环控制，并根据题目要求则以第三种方法为本次课程设计的主要技术方案1.2系统设计框图系统整体设计框图如下图：控制器变频器驱动装置异步电机ufnF/V转换光电码盘er-+f测量装置（反馈通路）y详细系统整体设计框图：re控制算

11、法 D/A A/D 变频器 电动机 F/Vu(k)u(t)f,u+-y 计算机 数据通道（采集卡）整形光电编码器控制思路：给定电机转速有控制器转换为对应电压，通过变频器将控制器发出的电压信号转换为交流信号，通过调节频率f改变电机转速n，然后电机转速通过光电码盘读入在经过F/V转换得到电机转速的反馈值，通过控制算法校正转速，从而达到对电机转速的闭环控制。控制框图如下图所示：1.3系统传递函数由于设计题目已经给出控制对象系统的传递函数，我们就没有比较列出系统的物理方程求出传递函数。即系统的数学模型是已知的。给定被控对象模型如下控制系统设计要求：调节时间0.2s; 无稳态误差, 超调量2%.2硬件部

12、分设计2.1选择电机选择型号西门子1LA7 080-6TA 性能指标如下:50Hz时功率P=370w Frame size=80 M 转速920rpm 转矩T=3.9Nm效率=62.0 %Power factor =0.72 电流I=1.2A在U=400V时 电机抱死转矩与正常时转矩比T0/T=1.9电机抱死电流与正常电流比I0/I=3.1 电机破坏转矩与正常时转矩比Tb/T=2.1 电机重w=9.5kg2.2选择变频器型号艾赛康 A121系列变频器电机控制方式空间电压矢量输入电源380V电源：300460V；五位数码显示及状态指示灯显示频率、转速、正反转状态、故障等。通信控制RS-232操作

13、温度-1050湿度2095%相对湿度（不结露）振动0.5G以下频率控制范围0.10180.00Hz精度数字式：0.01%（-1050）；模拟式：0.1%（2510）设定解析度数字式：0.01Hz；模拟式：最大操作频率的1输出解析度0.01Hz键盘设定方式可直接以设定模拟设定方式外部电压0-5V，0-10V，020mA。其它功能频率下限，启动频率，可分别设定一般控制加减速控制加减速时间（0.01-650.00秒）任意选择V/F曲线可任意设定V/F曲线转矩控制可设定转矩提升，最大200.0%启动转矩在1.0Hz时多功能输入端6个多功能输入端，实现8段速控制，UP、DOWN机能，外部运行等功能多功能

14、输出端有1个多功能输出端，实现运转中、频率到达、外部异常、等指示及报警其它功能减速停止或自由停止、直流刹车，自动复位再起动等保护功能过载保护驱动器（恒转矩250%/1分钟，风机类200%/1分钟），FUSE熔断保护FUSE熔断，马达停止过电压直流电压800V不足电压直流电压280V瞬间停电再起动瞬间停电再起动。输出端短路电子线路保护,U,V,W输出短路保护。其它功能散热片过热保护，反转限制，开机后直接起动及故障复归之功能，参数锁定等。2.3选择光电码盘型号：A30S4-200-2-2-24轴载荷能力强，工作寿命长。外径30，轴径4，电缆侧出，标准配线2米.电源电压：12-24V或5V输出相位：

15、A,B两相体积小，重量轻，适用于精密环境。旋转编码器（A30S系列）型号说明：（以旋转编码器外壳标签为准）A30S4分辨率3N24AD外径30mmS：实轴轴径30-2500P/R相数F:互补输出L:线性驱动V:电压输出2:NPN开路24:12-24V5:5VA:电缆B:航插C:侧出D:后出电气参数增量式产品类型增量式电源电压5V,12-24V消耗电流50mA响应频率200KHz输出电压H:Vcc-0.7,L:0.5V输出形式F,L,V,N输出波形机械及环境参数最大转速5000 RPM启动扭矩0.001 Nm径向负荷15 N轴向负荷10 N使用温度10+70 保存温度20+80 使用湿度85%

16、RH抗 冲 击1000m/S2 3D2次抗 震 动50m/S2 3D30分钟防护等级IP54,或定做产品重量0.1Kg电路输出示意图：外形尺寸示意图：2.4F/V在测量转速（频率）时，目前多采用数字电路，但有些场合则需要转速（频率）的变化与模拟信号输出相对应，这样便可在自动控制系统实验中用频压转换器件代替测速发电机，从而使实验设备简化。美国国家半导体公司推出的速度（频率）电压转换芯片LM2907/LM2917只需接少量的外围元件即可构成模拟式转速表，可用于测量电机转速，实现汽车超速报警等。LM2907芯片介绍LM2907为集成式频率电压转换器，芯片中包含了比较器、充电泵、高增益运算放大器，能将

17、频率信号转换为直流电压信号。LM2917与LM2907基本相同，区别是：LM2917内部有一只稳压管，用于提高电源的稳定性。2.4.1 主要特点 LM2917进行频率倍增时只需使用一个RC网络；以地为参考点的转速计（频率）输入可直接从输入管脚接入；运算放大器比较器采用浮动三极管输出；最大50mA的输出电流可驱动开关管、发光二极管等；内含的转速计使用充电泵技术，对低纹波有频率倍增功能；比较器的滞后电压为30mV利用这个特性可以抑制外界干扰；输出电压与输入频率成正比，线性度典型值为0.3%；具有保护电路，不会受高于Vcc值或低于地参考点输入信号的损伤；在零频率输入时，LM2907的输出电压可根据外

18、围电路自行调节；当输入频率达到或超过某一给定值时，可将输出用于驱动继电器、指示灯等负载。2.4.2电性能参数LM2907的主要电性能参数如表所列：表1 LM2907的主要电性能参数（Vcc=12VDC,TA=25）2.4.3 引脚排列及内部结构 LM2907/LM2917有DIP8和DIP14两种封装形式。LM2907的DIP14的内部结构如图所示，DIP8的内部结构及各引脚功能可参考图。各引脚功能如下：脚（）和11脚（IN-）为运算放大器比较器的输入端；脚接充电泵的定时电容（C1）；脚接充电泵的输出电阻和积分电容（R1/C2）；脚（IN+）和10脚（UF1）为运算放大器的输入端；脚为输出晶体

19、管的发射极（U0）；脚为输出晶体管的集电极，一般接电源（UC）；脚为正电源端（VCC）；12脚为接地端（GND）；，13，14脚未用。2.4.4 工作原理 当充电泵把从输入级输入来的频率转换成为直流电压时，需外接定时电容C1、输出电阻R1以及积分电容或滤波电容C2，当第一级输出的状态发生改变时（这种情况可能发生在输入端上有合适的过零电压或差分输入电压时），定时电容在电压差Vcc/2的两电压值之间被线性地充电或放电，在输入频率信号的半周期中，定时电容上的电荷变化量为C1Vcc/2，泵入电容中的平均电流或流出电容中的平均电流为：ic（AVG） 输出电路把这一电流准确地送到负载电阻（输出电阻）R1中

20、，电阻的另一端接地，这样滤波后的电流被滤波电容积分后得到输出电压： 其中为增益常数，典型值为。电容的值取决于纹波电压的大小和实际应用中所需要的响应时间。2.5应用电路 LM2907的典型应用电路如图所示，在应用中需注意电阻R1和电容C1的选取。定时电容C1可为充电泵提供内部补偿，为了获得准确的转换结果，其值应大于500pF，太小的电容值会在R1上产生误差电流，特别在低温应用时更是如此。LM2907引脚的输出电流是内部固定的，因此 V0R1值必须小于或等于此固定值。如果R1太大，将会影响引脚的输出阻抗，频率电压转换的线性度也会变差。此外，还要考虑输出纹波电压以及R1对 R2值的影响，引脚的纹波（

21、VRIPPLE）可用下式计算：（）（）（ ） R1的选择与纹波无关，但响应时间，即输出Vout稳定在一个新值上需要的时间会随着纹波值的增加而增加，因此必须在纹波、响应时间和线性度之间仔细地进行权衡。另外，器件所允许的输入信号的最大频率由Vcc、C1和I2决定。 封装芯片的电路连接可参照图，只需将管脚、，管脚、连接在一起即可。图中 ，。用示波器观察波形，可以发现电路输出的线性度、灵敏度、准确度都比较好。实际应用中的输入频率信号可以是三角波、方波、正弦波信号。在保证零穿越的情况下都能比较理想的实现频率电压转换，输入信号的幅值最好在以上 但不要超过电源电压。参考电压可以很好地调整输出的最小电压和带负

22、载能力。2.5.1数据采集和控制卡EVOC 基于ISA总线数据采集与控制卡 PCL-812PG产品简介：12位模拟输入分辨率；最高至100KHz A/D采样速率。详细介绍：特性：12位模拟输入分辨率 最高至100KHz A/D采样速率 16路单端 双极性输入信号 可编程选择增益 芯片带采样/保持 2个12位单片集成电路多通道模拟输出 16路数字输入/输出通道 3个独立的可编程16位递减计数器 3种A/D触发模式: 软件触发,可编程定时触发和外部缓冲触发 DC-DC积分转换器提供稳定的模拟电源 AT总线, 带9级IRQ 37芯D型接口，紧凑型半长PCB规格：模拟量输入转换器：B.B.ADS774

23、或兼容芯片分辨率：12位转换器类型：逐次逼近输入通道：16路单端模拟输入范围：（软件可编程）双极性：10V,5V,2.5V,1.25V,0.625V,0.3125V转换时间：8us过电压保护：连续的最大至30V精度： 增益 = 1 0.01% of FSR 1LSB 增益 =2, 4 0.02% of FSR 1LSB 增益 =8,16 0.04% of FSR 1LSB 输入阻抗: 10M 触发方式：软件，定时和外部触发 数据传输：程序控制，中断，DMA 数据处理能力：100KHz（最大）， DMA单通道数据传输模拟输出（D/A）通道数：2个双缓冲区模拟输出分辨率：12位输出范围：内部参考：

24、（单极性）0-5V或0-10V ; 外部参考：（单极性）最大：+10V或-10转换器：B.B 7541或相应的, 单片乘法稳定时间：30us线性：1/2位最低有效位输出驱动：最大5mA可编程计数器器件: 8254或兼容芯片 A/D定时触发器: 32位定时器(两个16位计数器级连), 带2MHz时基 时触发器频率范围:0.00046Hz-0.5MHz 计数器: 一个16位计数器带2MHz时基 通用规范I/O基址: 16个连续地址 接口: 37芯D型接口 IRQ级别: (11级) 3,5,6,7,9,10,11,12,15 DMA级别: 通道1和通道3 运行温度: 0-55 储存温度: -20-8

25、0 湿度: 5-95%, 无凝结 功耗: +5V 450mA典型值 +12V150mA典型值 尺寸: 紧凑型163mmX123m端子板选用PLCD-880 REV.A1,其实现将采集卡与执行元件连接并将传感器信号采集。DI/DO调理已包含在采集卡中，故不作描述。AI通道的调理通过F/V转换完成。2.6 A/D 和D/A转化电路采用的DA的信号为TCL5620，这是一款8位的DA转化器，具体的接口电路如下图所示。设计使用DA转换电路，将测得的速度信号转化成电压信号，从而可以在示波器上方便地观察速度信息的变化，从而可以较为准确地得到控制系统的动态响应指标。3.软件部分设计3.1控制系统仿真分析采样

26、周期的选择 1) 采样周期应符合采样定理的要求。2) 采样周期应小于远小于系统的时间常数，但对于响应很慢或设定值变化很缓的系统，不必用过短的采样周期。 3) 过短的采样周期使PID的积分项过小，微分项又过大。 4) 注意设备工作状况 本系统的采样周期1ms闭环控制系统框图如下：闭环控制：一般是基于误差的负反馈控制基于PID控制系统的框图：y(t)r-+y(k)e(k)u(t)对象PID算法D/AA/Du(k)控制器的设计控制器的本质：依据当前的状态（实际量y）求取最佳的控制量u，使实际量y更好地跟随设定值r3.2控制算法设计控制算法的发展历程：PID控制属于常规控制，数字PID属于计算机控制，

27、模糊PID自适应控制属于基于经验的专家控制，单神经元自适应控制属于智能控制。3.3连续系统的PID算法设计(程序见附件一)3.3.1PID参数推导3.3.2 PID参数作用比例控制的作用 对当前时刻的偏差信号e(t)进行放大或衰减后作为控制信号输出。 比例系数Kp越大，控制作用越强，系统的动态特性也越好，动态性能主要表现为起动快，对阶跃设定跟随得快。 但对于有惯性的系统，Kp过大时会出现较大的超调，甚至引起系统振荡，影响系统稳定性。 比例控制虽然能减小偏差，却不能消除静态偏差。 积分控制的作用 积分控制的作用是累积系统从零时刻（系统启动时刻）起到当前的偏差信号e(t)的历史过程。 积分控制的输

28、出与偏差e(t)存在全部时段有关，只要有足够的时间，积分控制将能够消除静态偏差。 积分控制不能及时地克服扰动的影响微分控制的作用 微分控制的作用是由偏差信号e(t)的当前变化率de/dt预见随后的偏差将是增大还是减小、增减的幅度如何。 微分控制作用正比于偏差信号e(t)的当前变化率，微分控制作用的特点是只能对偏差e(t)变化的速度起反应，对于一个固定不变的偏差e(t)，不论其数值多大，根本不会有微分作用输出。 由于只能在偏差刚刚出现时产生很大的控制作用，微分控制可以加快系统响应速度，减少调整时间，从而改善系统快速性，并且有助于减小超调，克服振荡，从而提高系统稳定性，但不能消除静态偏差3.3.3

29、 参数整定 如果比例调节不能使静差达到要求，必须加入积分控制。试凑积分系数Ki时，先给一个较大的Ki值，再将第一步所得的Kp值略微减小，譬如减小到原来值的80，然后逐步减小Ki，直到消除静差同时保持良好的动态品质。这一步骤中还可以微小调整比例系数Kp予以配合。 如果加入积分控制后动态性能下降，不能令人满意，可以加入微分控制。应先给一个很小的微分系数Kd，视动态性能的改善情况，渐次增大Kd，还可兼顾调整微调Kp和Ki，直到动态和静态品质都满意。 3.3.4控制算法的实现基于控制对象为如下的传递函数模型编写matlab控制程序（见附录一），运行附件一程序得到如下结果：此时PID参数：kp=20;k

30、i=20000;kd=0 运行结果如下：% 此系统是稳定 %out=Finalvalue,peaktime,overpercent,risetime,settingtimeout =1.0000 0.0090 1.0515 0.0010 0.0020调节时间0.0020s0.2s; 无稳态误差, 超调量1.0515%2%。满足系统的设计要求3.3.5.基于matlab/simulink伺服控制通过利用matlab/simulink中的控制模块，设计如下的控制框图运行上述控制控制框图得到结果与在附件一结果一样。此时PID参数：kp=100;ki=30000;kd=03.4.数字PID控制算法(程

31、序见附录二)首先，将连续的系统离散化。计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量，因此，连续PID控制算法不能直接使用，需要采用离散化的方法。在计算机PID控制中，使用的是数字PID控制器。采样周期T为1ms，采用Z变换对G(S)进行离散化，离散化后的被控对象为：Transfer function:0.06684 z2 - 0.1322 z + 0.06538z3 - 2.222 z2 + 1.445 z - 0.2229可得系统的差分方程：y(k)=-den(2)*y_1-den(3)*y_2-den(4)*y_3+num(2)*u_1+num(3)*u_2+num(4)

32、*u_3;num =0 0.0668 -0.1322 0.0654den =1.0000 -2.2219 1.4448 -0.2229在输入信号为单位阶跃信号时，运行附录2的数字PID程序，可得系统的响应如下：在PID参数：kp=10;ki=3000;kd=0; 调节时间0.15s2%。其中超调量过大不满足系统的设计要求。利用Matlab /Simulink软件,构建了电机控制系统的速度仿真模型。通过仿真结果可以看出系统能平稳运行,具有较好的静、动态特性。在此仿真模型基础上,可以十分便捷地实现进行参数选择、调整及仿真。因此,可以从整体角度出发对伺服系统整体参数的优化和调整进行研究。也为实际伺服

33、系统的设计和调试提供了新的思路。3.5matlab的自适应模糊PID控制系统3.5.1matlab模糊工具箱模糊控制通过模糊逻辑胡近似推理方法，让计算机把人的经验形式化、模糊化、根据所取的语言控制规则进行模糊推理，给出模糊输出判决，并将其转化为精确量，对馈送到被控对象或过程控制作用。经过多年的实践，模糊控制器已逐渐形成了一种规范形式。模糊控制表是模糊控制算法在计算机中的表达方式，它是根据系统的输入输出的个数、隶属函数及控制规则等决定的。目的是把人工操作控制过程表达成计算机能够接受便于计算的形式。matlab 模糊逻辑工具箱（fuzzy logic toolbox）提供了模糊逻辑控制器及系统设计

34、的各种途径。工具箱提供了生成和编辑模糊推理系统（FIS）常有的工具函数，如newfis.addvar,addmf,addrule,setfis,writefis,readfis等，它包括了产生新的模糊系统，添加模糊变量，编辑隶属函数，添加规则，存贮模糊系统。用户可以用命令调用这些函数的方式生产和编辑模糊推理系统。工具箱还提供了GUI（图形用户界面），利用GUI可以更加直观的快速生成模糊系统。模糊P ID速度控制器采用二维输入和三维输出的结构, 如图所示. e和ec作为模糊化的输入, Kp , KI , KD 作为输出.3.5.2模糊系统设计(设计程序见附录五)模糊化: 在输入语言变量的量化域内

35、取7个模糊子集NB NM NS Z PS PM PB 分别负大 负中 负小 零 正小 正中 正大。对应误差e和误差变化率ec的大小量化7个等级, 表示为-3，-2，-1，0, 1, 2, 3,; 采样三角隶属函数或者高斯隶属函数，输入的隶属函数如下：在输出语言变量的量化域内取7个模糊子集NB NM NS Z PS PM PB 分别负大 负中 负小 零 正小 正中 正大。KP , KI , KD 的大小量化7个等级,区域以及隶属函数的设置如下。采样三角隶属函数或者高斯隶属函数：模糊规则: 模糊控制规则制定的基表1模糊控制规则表本思想是当误差e较大时, 需加大对误差e的控制作用, 以快速消除误差,

36、 提高系统响应速度; 当误差e较小时, 需加大对误差变化率e的控制作用, 以避免超调使系统快速进入稳态 .PID参数的整定必须考虑在不同时刻3个参数的作用及相互之间的互联关系。模糊控制系统设计的核心是总结工程设计人员的技术知识和实践操作经验，建立合适的模糊规则表，得到针对Kp Ki Kd 3个参数分别整定的模糊控制表。Kp的控制规则库ecKppeNBNMNSZOPSPMPBNBPBPBPMPMPSZOZONMPBPBPMPSPSZONSNSPMPMPMPSZONSNSZOPMPMPSZONSNMNMPSPSPSZ0NSNSNMNMPMPSZONXNMNMNBNBPBZ0ZONMNMNMNBNB

37、Ki的控制规则库ecKppeNBNMNSZOPSPMPBNBNBNBNMNMNSZOZONMNBNBNMNSNSZOZONSNBNMNSNSZOPSPSZONMNMNSZOPSPMPMPSNMNSZOPSPSPMPBPMZOZOPSPSPMPBPBPBZOZOPSPMPMPBPBKd的控制规则库ecKppeNBNMNSZOPSPMPBNBPSNSNBNBNBNMPSNMPSNSNMNMNMNSZONSZONSNMNMNSNSZOZOZONSNSNSZONSZOPSZOZOZOZOPSZOZOPMPBPSPSPSPSPSPBPBPBPMPMPMNSPSPB根据上述原则, 用“ifthen”的形式

38、对模糊控制制定模糊规则表, 如表1所示.1. If (e is NB) and (ec is NB) then (kp is PB)(ki is NB)(kd is PS) (1) 2. If (e is NB) and (ec is NM) then (kp is PB)(ki is NB)(kd is NS) (1) 3. If (e is NB) and (ec is NS) then (kp is PM)(ki is NM)(kd is NB) (1) 4. If (e is NB) and (ec is Z) then (kp is PM)(ki is NM)(kd is NB) (

39、1) 5. If (e is NB) and (ec is PS) then (kp is PS)(ki is NS)(kd is NB) (1) 6. If (e is NB) and (ec is PM) then (kp is Z)(ki is Z)(kd is NM) (1) 7. If (e is NB) and (ec is PB) then (kp is Z)(ki is Z)(kd is PS) (1) 8. If (e is NM) and (ec is NB) then (kp is PB)(ki is NB)(kd is PS) (1) 9. If (e is NM) a

40、nd (ec is NM) then (kp is PB)(ki is NB)(kd is NS) (1) 10. If (e is NM) and (ec is NS) then (kp is PM)(ki is NM)(kd is NB) (1)11. If (e is NM) and (ec is Z) then (kp is PS)(ki is NS)(kd is NM) (1) 12. If (e is NM) and (ec is PS) then (kp is PS)(ki is NS)(kd is NM) (1)13. If (e is NM) and (ec is PM) t

41、hen (kp is Z)(ki is Z)(kd is NS) (1) 14. If (e is NM) and (ec is PB) then (kp is NS)(ki is Z)(kd is Z) (1) 15. If (e is NS) and (ec is NB) then (kp is PM)(ki is NB)(kd is Z) (1) 16. If (e is NS) and (ec is NM) then (kp is PM)(ki is NM)(kd is NS) (1)17. If (e is NS) and (ec is NS) then (kp is PM)(ki

42、is NS)(kd is NM) (1)18. If (e is NS) and (ec is Z) then (kp is PS)(ki is NS)(kd is NM) (1) 19. If (e is NS) and (ec is PS) then (kp is Z)(ki is Z)(kd is NS) (1) 20. If (e is NS) and (ec is PM) then (kp is NS)(ki is PS)(kd is NS) (1)21. If (e is NS) and (ec is PB) then (kp is NS)(ki is PS)(kd is Z) (

43、1) 22. If (e is Z) and (ec is NB) then (kp is PM)(ki is NM)(kd is Z) (1) 23. If (e is Z) and (ec is NM) then (kp is PM)(ki is NM)(kd is NS) (1) 24. If (e is Z) and (ec is NS) then (kp is PS)(ki is NS)(kd is NS) (1) 25. If (e is Z) and (ec is Z) then (kp is Z)(ki is Z)(kd is NS) (1) 26. If (e is Z) and (ec is PS) then (kp is NS)(ki is PS)(kd is NS) (1) 27. If (e is Z) and (ec is PM) then (kp is