模糊PID控制C语言实现

模糊PID控制是一种基于模糊逻辑的控制方法，可以提高控制系统的鲁棒性和适应性。下面是一个简单的模糊PID控制的C语言实现：

#include <stdio.h>

#define Kp 0.5    // 比例系数
#define Ki 0.2    // 积分系数
#define Kd 0.1    // 微分系数

#define N 10      // 规则库数量

// 规则库结构体
struct FuzzyRule {
    float e;    // 偏差
    float de;   // 偏差变化率
    float u;    // 输出
};

struct FuzzyRule rules[N] = {
    {-1.0, -1.0, -1.0},
    {-1.0, -1.0, -1.0},
    {-1.0, -1.0, -1.0},
    {-1.0, -1.0, -1.0},
    {-1.0, -1.0, -1.0},
    {0.0, -1.0, 0.0},
    {1.0, -1.0, 1.0},
    {1.0, 1.0, 1.0},
    {1.0, 1.0, 1.0},
    {1.0, 1.0, 1.0}
};

// 模糊控制器
float fuzzyController(float e, float de) {
    float u = 0.0;
    float w = 0.0;
    float sum_w = 0.0;

    for (int i = 0; i < N; i++) {
        float mu_e = 1.0 - fabs(e - rules[i].e);
        float mu_de = 1.0 - fabs(de - rules[i].de);
        w = mu_e * mu_de;
        u += w * rules[i].u;
        sum_w += w;
    }

    if (sum_w > 0) {
        u /= sum_w;
    }

    return u;
}

// PID控制器
float pidController(float e, float de) {
    static float integral = 0.0;
    static float last_e = 0.0;

    float p_term = Kp * e;
    integral += Ki * e;
    float i_term = integral;
    float d_term = Kd * (e - last_e);

    last_e = e;

    float u = p_term + i_term + d_term;

    return u;
}

int main() {
    float e = 0.0;
    float de = 0.0;

    for (int i = 0; i < 100; i++) {
        // 计算偏差和偏差变化率
        e = 0.5 - (float)i/100.0;
        de = e - (float)(i-1)/100.0;

        // 模糊PID控制
        float u_fuzzy = fuzzyController(e, de);

        // PID控制
        float u_pid = pidController(e, de);

        printf("e=%f, de=%f, u_fuzzy=%f, u_pid=%f\n", e, de, u_fuzzy, u_pid);
    }

    return 0;
}

这个程序中，先定义了比例系数 Kp、积分系数 Ki 和微分系数 Kd。接着定义了一个规则库结构体，包含偏差 e、偏差变化率 de 和输出 u。

在 fuzzyController 函数中，利用模糊逻辑计算出输出 u。首先根据偏差 e 和偏差变化率 de 计算出每个规则的权重 w，然后根据权重和输出计算出最终的输出 u。

在 pidController 函数中，根据比例、积分和微分三个项计算出输出 u。

最后在主函数中，循环计算偏差和偏差变化率，并用模糊PID控制和PID控制计算出输出 u，并输出结果。