《模糊自整定pid控制》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、.課程設(shè)計報告題目：模糊自整定PID控制飛控模型班級:智能科學(xué)與技術(shù)1101班姓名：韓超學(xué)號：110407119指導(dǎo)教師：于洪霞...1.0系統(tǒng)概述三自由度直升機(jī)系統(tǒng)（簡稱直升機(jī)）由基座、平衡桿、平衡塊和螺旋槳等部分組成。平衡桿以基座為支點(diǎn)，進(jìn)行俯仰和轉(zhuǎn)動動作。螺旋槳和平衡塊分別安裝在平衡桿的兩端。螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的升力可以使平衡桿以基座為支點(diǎn)做俯仰動作，利用兩個螺旋槳的速度差可以使平衡桿以基座為軸做旋轉(zhuǎn)動作。平衡桿的旋轉(zhuǎn)軸、俯仰軸和螺旋槳的橫側(cè)軸分別安裝了編碼器用以測量平衡桿俯仰軸、旋轉(zhuǎn)軸和螺旋槳橫側(cè)軸

2、的數(shù)據(jù)。兩個螺旋槳分別由兩個直流無刷電機(jī)驅(qū)動，為螺旋槳提供動力。通過調(diào)節(jié)安裝在平衡桿另一測的平衡塊可以減少螺旋槳電機(jī)的出力。安裝在基座的集電環(huán)保證了系統(tǒng)本體和電控箱之間的信號傳送，不受直升機(jī)轉(zhuǎn)動的影響。如下圖所示：2.0系統(tǒng)建模根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)我們把它分為三個軸（自由度）來分別建模。2.1俯仰軸由上圖可知，俯仰軸的轉(zhuǎn)矩是由兩個螺旋槳電機(jī)產(chǎn)生的升力F1和F2。故螺旋槳的升力Fh＝F1＋F2。當(dāng)升力Fh大于重力G時，直升機(jī)上升；反之直升機(jī)下降。現(xiàn)假定直升機(jī)懸在中，并且俯仰角為零，就可得到下列等式：...2.2

3、橫側(cè)軸由上圖可知，橫側(cè)軸由兩個螺旋槳產(chǎn)生的升力控制，如果F1產(chǎn)生的升力大于F2產(chǎn)生的升力，螺旋槳本體就會產(chǎn)生傾斜，這樣就會產(chǎn)生一個側(cè)向力，使直升機(jī)圍繞基座旋轉(zhuǎn)。...2.3旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)軸的動力來源是螺旋槳橫側(cè)軸傾斜時產(chǎn)生的水平方向升力。對于比較小的橫側(cè)角，這個力需要使直升機(jī)在空中保持平衡，大約為G。G的水平分量會對旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生一個力矩，旋轉(zhuǎn)軸由這個力產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)加速度。如下圖所示：其運(yùn)動方程如下：上式中：r是旋轉(zhuǎn)速度，單位rad/sec；Sin（p）是橫側(cè)角p的正弦值，若橫側(cè)角為零，則沒有力傳遞給旋轉(zhuǎn)軸。由此我

4、們可知俯仰角加速度是加在兩個螺旋槳電機(jī)的電壓和的函數(shù)；橫側(cè)軸加速度是兩個電機(jī)電壓差的函數(shù)；旋轉(zhuǎn)軸的加速度和橫側(cè)角成比例關(guān)系。...3.0控制系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計三個模糊自整定PID參數(shù)控制器來控制直升機(jī)的俯仰位置和旋轉(zhuǎn)速度。3.1俯仰軸控制器如果忽略重力擾動力矩Tg,可以得到如下線性系統(tǒng)：其中是加在電機(jī)上的電壓之和。由此推出俯仰軸系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)：不忽略重力擾動力矩：3.2橫側(cè)軸控制器改變直升機(jī)橫側(cè)軸的傾斜角的大小可以控制直升機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，設(shè)計一個模糊自整定PID控制器來控制直升機(jī)的橫側(cè)角。橫側(cè)軸的有如下線性

5、系統(tǒng)：由此推出橫側(cè)軸系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)：3.3旋轉(zhuǎn)軸控制器旋轉(zhuǎn)軸的動力學(xué)方程為：若橫側(cè)角p在一個很小的范圍內(nèi)變化時，可以把上式線性化為：由此推出旋轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)：...4.0模糊自整定PID參數(shù)控制器在設(shè)計PID控制器的過程中，忽略了系統(tǒng)自由度之間的耦合性，并且所得到的微分方程只是在系統(tǒng)平衡點(diǎn)附近適用?？傊逊蔷€性系統(tǒng)近似看成是線性系統(tǒng)，所得到的PID控制器的參數(shù)是固定的，當(dāng)系統(tǒng)遠(yuǎn)離平衡點(diǎn)，或者存在干擾時，系統(tǒng)的控制效果不是很好。模糊控制不依賴于被控對象的精確數(shù)學(xué)模型，是在總結(jié)操作經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上

6、實(shí)現(xiàn)自動控制的一種手段。采用2個模糊自整定PID控制器來對直升機(jī)的高度和旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行控制。參數(shù)模糊自整定PID控制器是以常規(guī)PID控制器為基礎(chǔ)，根據(jù)被控對象的反饋值與目標(biāo)值的誤差E和誤差變化率EC的不同，用模糊推理的方法對PID的參數(shù)進(jìn)行在線自整定，一滿足不同運(yùn)行狀態(tài)對控制器參數(shù)的不同要求，從而使受控對象有良好的動、靜態(tài)性能的自適應(yīng)性能。參數(shù)模糊自整定PID控制器的結(jié)構(gòu)框圖如下圖：...模糊控制器輸入語言變量，分別表示輸入量的誤差E和誤差變化率EC，輸出語言變量為PID的3個參數(shù)調(diào)整量Kp、Ki、Kd。

7、PID參數(shù)的整定原則歸納如下：當(dāng)E較大時，為了提高響應(yīng)速度，Kp取較大值，為了避免較大超調(diào)，Ki取較小值，為了防止EC瞬時值過大，Kd取較小值。當(dāng)E中等大時，為了減小超調(diào)，Kp取適中值，Ki取適中值，Kd去較大值。當(dāng)E較小時，為了提高穩(wěn)定性，Kp取較小值，為了減小靜差，Ki取較大值，Kd取較小值。根據(jù)這些整定規(guī)則可以建立PID3個參數(shù)模糊規(guī)則表，如下：...模糊控制器可采用直接編程方法和運(yùn)用MATLAB模糊工具箱方法來設(shè)計。在此采用后者建2個模糊控制器，分別用來控制俯仰角和旋轉(zhuǎn)速度。輸入輸出下圖：輸入e

8、、ec：輸出Kp、Ki、Kd隸屬函數(shù)取三角形。模糊自整定PID參數(shù)控制器輸出的論域?qū)刂平Y(jié)果的影響巨大，在設(shè)定時應(yīng)注意調(diào)整。俯仰軸：論域：Kp[-33]、Ki[-33]、Kd[-33]橫側(cè)軸：論域：Kp[-0.30.3]、Ki[-0.010.01]、Kd[-0.030.03]旋轉(zhuǎn)軸：論域：Kp[-0.50.5]、Ki[-0.020.02]、Kd[-0.010.01]...下圖為模糊自整定PID參數(shù)控制器仿真圖：俯仰軸控制器：橫側(cè)軸控制器：旋