基于Matlab的模糊PID运动控制系统的设计与仿真
摘 要：在以往的工业控制系统设计过程中，PID控制一直是应用最为广泛的一种系统，具有算法简易、系统成熟的特点，并且有极高的可靠性和精准性。在现代技术的影响下，控制系统的组成和设计都逐渐趋于复杂，同时对控制系统精度的要求也不断提高。如果一直使用以往的控制策略，无法完全满足人们对控制系统性能的需求，给部分活动的开展带来了一定的影响。随着智能算法的不断普及，传统算法也开始出现了新的改变，逐渐与智能算法进行了深度融合，模糊控制属于智能控制中的一种有效手段，被广泛的应用在各种工业实践活动中。本文深入分析了基于Matlab的模糊PID运动控制系统的设计与仿真。
关键词：Matlab；模糊PID；运动控制系统；设计；仿真
PID控制理论出现时间较长，在不同行业的生产活动中都有所应用，这主要是由于PID控制理论相对于其他控制策略来讲有着独特的优势。虽然PID控制理论在操作和实践中都能取得不错的效果，但是如果控制对象具有时变性或者非线性的特点时，往往无法取得预想中的效果，会给系统的运行带来一定的影响。模糊PID运动控制系统的工作原理与传统的PID控制理论相似，并且具有智能化的优势，改变了传统控制理论的局限性。模糊PID控制理论能够更加高效的控制系统运行，利用Matlab软件能够对模糊PID控制系统的结构进行模拟和设计，也可以在经过仿真后验证这种系统的实际性能，可以提高运动控制系统的工作效率。
一、模糊PID运动控制系统结构
模糊PID运动控制系统的结构分为两个部分，分别是参数可以调整的PID以及模糊控制系统[1]。以往所使用的PID控制器在使用过程中经常出现参数问题，在调定参数的过程中，控制系统是处于不变状态的，但是系统却又在运行过程中极其容易受到外界因素的影响，进而使参数的准确性也受到了影响，导致系统控制的效果也会出现下降的状况。在实际的生产活动中，如果控制系统和参数都处于不稳定的状况，会给生产活动也造成些许影响。为了改善这种局限，技术人员开始将自动化理念融入到设计过程中，力求能够让参数可以在系统变化的过程中也不断的改变，达到适应系统提高控制效果的目的。在20世纪80年代，模糊PID控制理论被提出并不断完善，运动控制系统也逐渐区域智能化，给工程实践活动的开展带来了积极的影响和促进作用[2]。模糊PID运动控制系统根据系统在实际运动过程中出现的控制偏差和实际偏差两者之间所产生的变化率进行设计，同时也将系统的变化特性融合到设计想法中，使系统能够根据实际的控制需求和函数需求主要对参数进行调整。
二、基于Matlab的模糊PID运动控制系统
在现代化的控制理论下，模糊PID运动控制系统的内容呈现出理性化、抽象化的特点，将集合理论、逻辑推理以及语言变量进行了融合，属于一种智能化的控制。利用这种系统所解决的问题较为复杂，无法单纯的依靠解析来获得答案，在计算的过程中需要应用到较为复杂的计算方法以及软件编程。如果处理这些问题需要繁杂的程序，给技术人员带来了较大的工作量，使得在验证控制方法的过程中出现了各种问题，无法快速的应用到工程实践之中[3]。
基于Matlab的模糊PID运动控制系统则改变了这类问题的解决方法，使得控制系统的处理更加智能和高效。Matlab是一种高级的计算机语言，在当前国际控制研究方面有较高的地位，并且在工程实践和科学计算中都具有极强的优势，是各国技术人员都承认的仿真软件。Matlab拥有极高的灵活性，能够和智能系统有效结合，如智能化的逻辑控制程序，不仅包括模糊控制程序，还具备对神经网络进行控制的程序。模糊逻辑控制程序为用户提供了基于Matlab理论的用户界面，能够使用户清晰的了解到系统的运行程序。在目前很多实验室中，并不具备一定的硬件设施，无法进行模糊控制实验，在这种情况下选择Matlab进行控制实验不失为是一种较好的选择。
利用Matlab进行仿真的过程中主要分为五个部分，首先需要准确建立模型，通过对被控制的对象设计模型，可以提高仿真效果。其次，应当对基本的论域进行划分，能够提升系统最终的运行精度，为了避免系统过于复杂所带来的影响，最好设置7个区域[4]。再次，输入不同的变量，将输入和输出的语言变量个数进行合理化的设置。再之后，进行模糊推理，这一步骤属于仿真设计的核心，能够得出模糊关系。最后，将模糊量进行转化，转化成为清晰量，提高最终控制量的精确度。在解模糊的过程中，可以使用最大隶属度法和重心法。
结束语：
在信息技术不断提高的过程中，自动化也逐渐成为了生活和生产活动中的主流趋势，给各行各业都带来了深刻的变革以及重要的发展推动力。通过Matlab仿真能够展现模糊PID运动控制系统的具体应用效果，为实验室提供了一种新型的实验手段，使很多不具备实验硬件设施的实验室也能进行控制实验。使用Matlab的PID运动控制系统能够减轻负责编程工作技术人员的工作压力，缩短系统设计的实践，并且利用这种方法所呈现出的仿真系统具备极高的通用性，可以展现出形象的数据对应关系。基于Matlab的模糊PID运动控制系统的优势较高，在今后设计较为复杂的控制系统时可以有较为广泛的应用。
参考文献：
[1] 宋昌宝,宋金泽,郑晓圆,李奕陈,李俊龙,冯雷. 基于模糊自适应PID控制的机器人运动控制仿真研究[J]. 长春工程学院学报(自然科学版), 2018,19(03):107-110.
[2] 张鹏,冯显英,霍睿,陈进伟. 基于变论域自适应模糊PID的注塑机温控系统研究[J]. 组合机床与自动化加工技术, 2017(07):107-109+115.
[3] 黄崇莉,房舟,徐永帅,卫培梁. C32摩擦焊机液压伺服系统模糊PID控制仿真研究[J]. 陕西理工大学学报(自然科学版), 2019,35(04):33-38.
[4] 缪秋莲,杜盼成,宋良永,林文. 基于MATLAB\Simulink的挖掘机动力匹配技术的模糊PID控制器设计[J]. 现代制造技术与装备, 2019(04):21-24.
