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专家 PID 控制系统 Matlab 仿真

摘要：分析了一个速度控制器的控制仿真。其传递函数为：

523500

G(s) 

s  87.35s 1047s

使用专家 PID 控制系统，输入信号为阶跃信号，取采样时间为 1ms，画出阶

跃响应曲线和误差变化曲线。

0 引言

专家控制(Expert Control)的实质是基于受控对象和控制规律的各种知识，并

以智能的方式利用这些知识来设计控制器。利用专家经验来设计 PID 参数便构

成专家 PID 控制。

典型的二阶系统单位阶跃响应误差曲线如图 1、2 所示。对于典型的二阶系统

阶跃响应过程作如下分析，根据误差及其变化，可设计专家 PID 控制器，该控

制器可分为五种情况进行设计。

1 设计

根据误差及其变化，可设计专家 PID 控制器，该控制器可分为以下五种情况

进行设计：

（1）当

| e(k) | M

时，说明误差的绝对值已经很大，不论误差变化趋势如何，

都应考虑控制器的输出应按最大〔或最小 )输出，以达到迅速调整误差，使误差

绝对值以最大速度减小。此时，它相当于实施开环控制。

（2）当 e(k)  ( )  0 时，说明误差在朝误差绝对值增大方向变化，或误差为

e k

某一常值，未发生变化。此时，如果

| e(k) | M

，说明误差也较大，可考虑由控

制器实施较强的控制作用，以达到扭转误差绝对值朝减小方向变化，并迅速减小

误差的绝对值。此时，如果

| e(k) | M

，说明尽管误差朝绝对值增大方向变化，

但误差绝对值本身并不很大，可考虑控制器实施一般的控制作用，只要扭转误差

的变化趋势，使其初误差绝对值减小方向变化。

（3）当 e(k)  ( )  0 ， e(k)  ( -1)  0 或 e(k)  0 时，说明误差的绝对值朝减

e k

小的方向变化，或者已经达到平衡状态。此时，可考虑采取保持控制器输出不变。

（4）当 e(k)  ( )  0 ， e(k)  ( -1)  0 时，说明误差处于极值状态。如果此时

e k

误差的

绝对值较大，可考虑实施较强的控制作用。

（5）当

| e(k) |



时，说明误差的绝对值很小，此时加入积分，减少稳态误差。

模糊 PID 控制系统 Matlab 仿真

摘要：分析了一个速度控制器的控制仿真。其传递函数为：

523500

G(s) 

 87.35s 1047s

使用模糊 PID 控制系统，输入信号为阶跃信号，取采样时间为 1ms，画出阶

跃响应曲线和误差变化曲线。

0 引言

模糊 PID 控制算法以误差 E 和 Ec 为输入，利用模糊控制规则在线对 PID 参数

进行修改，以满足不同时刻的 E 和 Ec 对 PID 参数的要求，输出为 Kp，Ki，Kd。

模糊推理

Kp Ki Kd

给定值

输出

PID

调节器

对象

de/dt

图 1 模糊控制原理图

该模糊推理控制系统是一个两输入三输出的形式，输入变量为 E 和 Ec，输出

变量为 Kp，Ki 和 Kd，其调整原则为：

(1)当误差|E|较大时，为使系统具有较好的快速跟踪性能，不论误差的变化趋势

如何，都应该取较大的 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，取较小的 Ki 值。

(2)当误差|E|处于中等大小时，为使系统响应具有较小的超调，Kp 应取得小些，

同时为保证系统的响应速度，Ki 和 Kd 的大小要适中，其中 Kd 的取值对系统响

应的影响较大。

(3)当误差|E|较小时，为保证系统具有较好的稳态性能，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|E|较小

时，Kd 可取大些；当|E|较大时，Kd 应取小些。

1 建立控制规则表

输入变量 E，Ec 和 Kd 语言值的模糊子集取为{负大，负中，负小，零，正小，

正中，正大}，并简记为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，论域为{-3，-2，-l，

0，1，2，3}。Ki 论域为{-0.06，-0.04，-0.02，0，0.02，0.04，0.06}，Kp

论域为{-0.3，-0.2，-0.l，0，0.1，0.2，0.3}。隶属函数采用三角形函数，

根据对已有控制系统设计经验的总结，得到 PID 三个控制参数的模糊控制规则

表，见表 1～表 3。

表 1 Kp 的模糊规则表

Δkp

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