自适应模糊PID温度控制算法源代码.zip

#include <string.h> #include <stdio.h> #include <math.h> #include "pid_fuzzy.h" //注1：自适应模糊pid最重要的就是论域的选择，要和你应该控制的对象相切合 //注2：以下各阀值、限幅值、输出值均需要根据具体的使用情况进行更改 //注3：因为我的控制对象惯性比较大，所以以下各部分取值较小 //论域e:[-5,5] ec:[-0.5,0.5] //误差的阀值，小于这个数值的时候，不做PID调整，避免误差较小时频繁调节引起震荡 #define Emin 0.0 #define Emid 0.08 #define Emax 0.6 //调整值限幅，防止积分饱和 #define Umax 5 #define Umin -5 //输出值限幅 #define Pmax 7200 #define Pmin 0 #define NB 0 #define NM 1 #define NS 2 #define ZO 3 #define PS 4 #define PM 5 #define PB 6 int kp[7][7]= { {PB,PB,PM,PM,PS,ZO,ZO}, {PB,PB,PM,PS,PS,ZO,ZO}, {PM,PM,PM,PS,ZO,NS,NS}, {PM,PM,PS,ZO,NS,NM,NM}, {PS,PS,ZO,NS,NS,NM,NM}, {PS,ZO,NS,NM,NM,NM,NB}, {ZO,ZO,NM,NM,NM,NB,NB} }; int kd[7][7]= { {PS,NS,NB,NB,NB,NM,PS}, {PS,NS,NB,NM,NM,NS,ZO}, {ZO,NS,NM,NM,NS,NS,ZO}, {ZO,NS,NS,NS,NS,NS,ZO}, {ZO,ZO,ZO,ZO,ZO,ZO,ZO}, {PB,NS,PS,PS,PS,PS,PB}, {PB,PM,PM,PM,PS,PS,PB} }; int ki[7][7]= { {NB,NB,NM,NM,NS,ZO,ZO}, {NB,NB,NM,NS,NS,ZO,ZO}, {NB,NM,NS,NS,ZO,PS,PS}, {NM,NM,NS,ZO,PS,PM,PM}, {NM,NS,ZO,PS,PS,PM,PB}, {ZO,ZO,PS,PS,PM,PB,PB}, {ZO,ZO,PS,PM,PM,PB,PB} }; /**************求隶属度（三角形）***************/ float FTri(float x,float a,float b,float c)//FuzzyTriangle { if(x<=a) return 0; else if((a<x)&&(x<=b)) return (x-a)/(b-a); else if((b<x)&&(x<=c)) return (c-x)/(c-b); else if(x>c) return 0; else return 0; } /*****************求隶属度（梯形左）*******************/ float FTraL(float x,float a,float b)//FuzzyTrapezoidLeft { if(x<=a) return 1; else if((a<x)&&(x<=b)) return (b-x)/(b-a); else if(x>b) return 0; else return 0; } /*****************求隶属度（梯形右）*******************/ float FTraR(float x,float a,float b)//FuzzyTrapezoidRight { if(x<=a) return 0; if((a<x)&&(x<b)) return (x-a)/(b-a); if(x>=b) return 1; else return 1; } /****************三角形反模糊化处理**********************/ float uFTri(float x,float a,float b,float c) { float y,z; z=(b-a)*x+a; y=c-(c-b)*x; return (y+z)/2; } /*******************梯形（左）反模糊化***********************/ float uFTraL(float x,float a,float b) { return b-(b-a)*x; } /*******************梯形（右）反模糊化***********************/ float uFTraR(float x,float a,float b) { return (b-a)*x +a; } /**************************求交集****************************/ float fand(float a,float b) { return (a<b)?a:b; } /**************************求并集****************************/ float forr(float a,float b) { return (a<b)?b:a; } float ec; /*========== PID计算部分 ======================*/ int PID_realize(PID *structpid,uint16_t s,uint16_t in) { float pwm_var;//pwm调整量 float iError;//当前误差 float set,input; //计算隶属度表 float es[7],ecs[7],e; float form[7][7]; int i=0,j=0; int MaxX=0,MaxY=0; //记录隶属度最大项及相应推理表的p、i、d值 float lsd; int temp_p,temp_d,temp_i; float detkp,detkd,detki;//推理后的结果 //输入格式的转化及偏差计算 set=(float)s/100.0; input=(float)in/100.0; iError = set - input; // 偏差 e=iError; ec=iError-structpid->LastError; //当温度差的绝对值小于Emax时，对pid的参数进行调整 if(fabs(iError)<=Emax) { //计算iError在es与ecs中各项的隶属度 es[NB]=FTraL(e*5,-3,-1); //e es[NM]=FTri(e*5,-3,-2,0); es[NS]=FTri(e*5,-3,-1,1); es[ZO]=FTri(e*5,-2,0,2); es[PS]=FTri(e*5,-1,1,3); es[PM]=FTri(e*5,0,2,3); es[PB]=FTraR(e*5,1,3); ecs[NB]=FTraL(ec*30,-3,-1);//ec ecs[NM]=FTri(ec*30,-3,-2,0); ecs[NS]=FTri(ec*30,-3,-1,1); ecs[ZO]=FTri(ec*30,-2,0,2); ecs[PS]=FTri(ec*30,-1,1,3); ecs[PM]=FTri(ec*30,0,2,3); ecs[PB]=FTraR(ec*30,1,3); //计算隶属度表，确定e和ec相关联后表格各项隶属度的值 for(i=0; i<7; i++) { for(j=0; j<7; j++) { form[i][j]=fand(es[i],ecs[j]); } } //取出具有最大隶属度的那一项 for(i=0; i<7; i++) { for(j=0; j<7; j++) { if(form[MaxX][MaxY]<form[i][j]) { MaxX=i; MaxY=j; } } } //进行模糊推理，并去模糊 lsd=form[MaxX][MaxY]; temp_p=kp[MaxX][MaxY]; temp_d=kd[MaxX][MaxY]; temp_i=ki[MaxX][MaxY]; if(temp_p==NB) detkp=uFTraL(lsd,-0.3,-0.1); else if(temp_p==NM) detkp=uFTri(lsd,-0.3,-0.2,0); else if(temp_p==NS) detkp=uFTri(lsd,-0.3,-0.1,0.1); else if(temp_p==ZO) detkp=uFTri(lsd,-0.2,0,0.2); else if(temp_p==PS) detkp=uFTri(lsd,-0.1,0.1,0.3); else if(temp_p==PM) detkp=uFTri(lsd,0,0.2,0.3); else if(temp_p==PB) detkp=uFTraR(lsd,0.1,0.3); if(temp_d==NB) detkd=uFTraL(lsd,-3,-1); else if(temp_d==NM) detkd=uFTri(lsd,-3,-2,0); else if(temp_d==NS) detkd=uFTri(lsd,-3,1,1); else if(temp_d==ZO) detkd=uFTri(lsd,-2,0,2); else if(temp_d==PS) detkd=uFTri(lsd,-1,1,3); else if(temp_d==PM) detkd=uFTri(lsd,0,2,3); else if(temp_d==PB) detkd=uFTraR(lsd,1,3); if(temp_i==NB) detki=uFTraL(lsd,-0.06,-0.02); else if(temp_i==NM) detki=uFTri(lsd,-0.06,-0.04,0); else if(temp_i==NS) detki=uFTri(lsd,-0.06,-0.02,0.02); else if(temp_i==ZO) detki=uFTri(lsd,-0.04,0,0.04); else if(temp_i==PS) detki=uFTri(lsd,-0.02,0.02,0.06); else if(temp_i==PM) detki=uFTri(lsd,0,0.04,0.06); else if (temp_i==PB) detki=uFTraR(lsd,0.02,0.06); //pid三项系数的修改 structpid->Kp+=detkp; structpid->Ki+=detki; //structpid->Kd+=detkd; structpid->Kd=0;//取消微分作用 //对Kp,Ki进行限幅 if(structpid->Kp<0) { structpid->Kp=0; } if(structpid->Ki<0) { structpid->Ki=0; } //计算新的K1,K2,K3 structpid->K1=structpid->Kp+structpid->Ki+structpid->Kd; structpid->K2=-(structpid->Kp+2*structpid->Kd); structpid->K3=structpid->Kd; } if(iError>Emax) { structpid->pwm_out=7200; pwm_var = 0; structpid->flag=1;//设定标志位，如果误差超过了门限值，则认为当控制量第一次到达给定值时，应该采取下面的 抑制超调 的措施 } else if(iError<-Emax) { structpid->pwm_out=0; pwm_var = 0; } else if( fabs(iError) < Emin ) //误差的阀值(死区控制??) { pwm_var = 0; } else { if( iError<Emid && structpid->flag==1 )//第一次超过(设定值-Emid(-0.08)摄氏度)，是输出为零，防止超调，也可以输出其他值，不至于太小而引起震荡 { structpid->pwm_out=0; structpid->flag=0; } else if( -iError>Emid)//超过(设定+Emid(+0.08)摄氏度) { pwm_var=-1; } else { //增量计算 pwm_var=(structpid->K1 * iError //e[k] + structpid->K2 * structpid->LastError //e[k-1] + structpid->K3 * structpid->PrevError); //e[k-2] } if(pwm_var >= Umax)pwm_var = Umax; //调整值限幅，防止积分饱和