毕设记录（二）——无刷直流电机的模糊PID控制

FuShenxiao

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本帖最后由 FuShenxiao 于 2025-3-6 20:55 编辑

复现论文《基于模糊PID的水下航行器运动控制研究》

根据论文，水下航行器的动力学模型传递函数为：

$G(s)=\frac{0.3559s^2+5.226s+35.2459}{s^4+10.0997s^3+8.3879s^2}$

建立传统PID和模糊PID控制框图如图1

图1 水下航行器控制仿真框图

根据论文，传统PID中取K_p=20，K_i=0.5，K_d=15；模糊PID中取K_p=300，K_i=0.5，K_d=35。模糊控制器以误差e和误差的导数e_c为输入，输出ΔK_p，ΔK_i，ΔK_d。在MATLAB中设置模糊控制器输入输出关系如图2。

图2 模糊控制器输入输出关系

模糊规则采用Mamdani标准，所有输入输出参数范围的论域均取[-3, 3]，选择七级模糊子集{NB, NM, NS, ZO, PS, PM, PB}，其中N表示负，P表示正，B表示大，M表示中，S表示小，ZO表示0，模糊子集的隶属度函数均采用三角函数形式，在MATLAB中设置e的隶属度函数如图3。

图3 输入量e的隶属度函数

设置模糊控制规则如表1，在MATLAB中设置模糊控制规则如图4。

表1 ΔK_p，ΔK_i，ΔK_d模糊控制规则

图4 模糊控制规则设置

采用质心法对ΔK_p，ΔK_i，ΔK_d进行反模糊化处理，得到反模糊化的精确值

$x=\frac{\sum_{i=1}^nx_i\cdot \mu (x_i)}{\sum_{j=1}^n \mu (x_j)}$

其中x_i为模糊变量元素，μ(x_i)为元素x_i的隶属度。

得到仿真结果如图5，可见在该论文中利用模糊控制有效减小了超调和振荡幅值。

图5 阶跃响应曲线

可以看出在对无刷电机的控制中，模糊PID的目的在于缩短上升时间，又要防止超调，在该无刷电机电机控制案例中，e的值一般为正，或者在电机平稳运行时转速在目标转速附近波动时，e变为一个较小的负数，因此模糊控制规则应该要满足以下条件：

当e较大时，K_p可适当增大，提高系统快速性；当e较小时，K_p应适当减小，以防止振荡
由于原系统无超调，因此与复现论文（阶跃响应有明显超调）不同的是，在e较大时，可以适当增大K_i，从而提高系统快速性（后来证明这一步是不对的，会导致系统出现振荡，而且难以逼近目标转速）
K_p和K_i的增大可能会导致系统的不稳定，而在原始代码中仅采用了PI控制，后续可以尝试引入微分调节提高系统阻尼

复现论文如下：

基于模糊PID的水下航行器运动控制研究_骆晓玲.pdf (858.86 KB, 下载次数: 6)

2025-3-6 14:36 上传

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MATLAB代码如下：

FuzzyPID.rar (113.27 KB, 下载次数: 2)

Jacktang

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基于模糊PID的水下航行器运动控制研究_骆晓玲

极限零

和我的毕设差不多，感慨啊，满满的回忆满满的泪啊

FuShenxiao

极限零发表于 2025-3-7 09:44 和我的毕设差不多，感慨啊，满满的回忆满满的泪啊

我的毕设是做无人船控制的，寒假在家里没有无人船，只能用手头的东西做做算法验证了

lindawangj1

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freebsder

谢谢分享，期待楼主有更多的高级控制供大家参考。

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