專家PID控制.

1、實(shí)驗(yàn)一：專家PID控制一、實(shí)驗(yàn)題目：一專家系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為Gp(s)= 挈0。采用專家PID控制，輸入信1.5s50s號(hào)為階躍信號(hào)，取采樣時(shí)間為1ms,用MATLA助真，畫出階躍響應(yīng)曲線和誤差 變化曲線。二、實(shí)驗(yàn)分析：1、PID控制算法分析PID是比例(P)、積分(I)、微分(D)控制算法。但并不是必須同時(shí)具備這三種 算法，也可以是PD,PI,甚至只有P算法控制。Kp,Ti,Td三個(gè)參數(shù)的設(shè)定是PID控 制算法的關(guān)鍵問題。一般說來編程時(shí)只能設(shè)定他們的大概數(shù)值，并在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí) 通過反復(fù)調(diào)試來確定最佳值。因此調(diào)試階段程序須得能隨時(shí)修改和記憶這三個(gè)參 數(shù)。PID控制算法是實(shí)際工業(yè)控制中應(yīng)用最為廣泛的

2、控制算法。它具有控制器設(shè)計(jì)簡單、容易實(shí)現(xiàn)、控制效果好、魯棒性強(qiáng)等特點(diǎn)，是迄今為止最穩(wěn)定的控制方 法。它所涉及的參數(shù)物理意義明確，理論分析體系完整。2、專家PID控制過程分析：專家控制(Expert Control)的實(shí)質(zhì)是基于受控對(duì)象和控制規(guī)律的各種知識(shí)，并 以智能的方式利用這些知識(shí)來設(shè)計(jì)控制器。利用專家經(jīng)驗(yàn)來設(shè)計(jì)PID參數(shù)便構(gòu)成專家PID控制。對(duì)于典型的二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)過程作如下分析，根據(jù)誤差及其變化，可設(shè)計(jì)專家PID控制器，該控制器可分為五種情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。令e(k)表示離散化的當(dāng)前采樣時(shí)刻的誤差值，e(k-1)、e(k-2)、分別表示前一 個(gè)和前兩個(gè)采樣時(shí)刻的誤差值，則有：e(k) =e(

3、k) -e(k -1)e(k -1) =e(k -1) -e(k -2)根據(jù)誤差及其變化，可設(shè)計(jì)專家PID控制器，該控制器可分為5種情況設(shè)計(jì):I : e(k)| Mi時(shí),實(shí)施開環(huán)控制。H ：當(dāng)e(k)Ae(k) 0且e(k)M2時(shí)由控制器實(shí)施較強(qiáng)控制作用，其輸出可以為u(k)=u(k-1) k11kpe(k) -e(k -1)1 kie(k) kd e(k) - 2e(k -1) e(k - 2)當(dāng)e(k)Ae(k) 0且e(k) M 2時(shí)控制器實(shí)施一般的控制作用,其輸出為u(k) =u(k -1) kp e(k) e(k -1)Re(k) kd e(k) -2e(k -1) e(k 2)1

4、m ：當(dāng) e(k)Ae(k) 0,e(k)Ae(k-1)a0或e(k) = 0時(shí)，控制器輸出不變。IV：當(dāng)e(k)Ae(k) 0,e(k)Ae(k 1) 0且e(k)之M 2時(shí)，實(shí)施較強(qiáng)控制作用,u(k) =u(k -1) kkpem(k)當(dāng) e(k)Ae(k) 0,e(k)Ae(k-1) 0且 e(k)(M2時(shí)，實(shí)施較小控制作用，u(k) =u(k -1) k2kpem(k)V：當(dāng)|e(k) M2,其中 M1 可取0.8, 0.4, 0.2, 0.01 四值;；=0.001任意小正實(shí)數(shù)。三、實(shí)驗(yàn)過程：1、對(duì)傳遞函數(shù)Gp(s)=400離散取樣,選取采樣時(shí)間間隔為1ms；1.5s2 50s2、P

5、ID控制算法的關(guān)鍵問題是其三個(gè)參數(shù) Kp,Ti,Td的設(shè)定，選取初始值為：kp=0.6； ki=0.03； kd=0.01；3、取階躍信號(hào)rin (k) =1 ;4、寫出線性模型及當(dāng)前采樣時(shí)刻的誤差值：y(k) = -den(2) y(k -1) -den(3) y(k - 2) - den(4) y(k-3) num(1) u(k) num(2) u(k-1) num(3) u(k -2) num(4) u(k -3)e(k) = rin (k) - y(k)5、循環(huán)第3和第4步；6、通過Matlab仿真出專家PID控制的階躍響應(yīng)曲線圖和誤差響應(yīng)曲線圖四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：圖1階躍響應(yīng)曲線圖2誤差響

6、應(yīng)曲線附錄：仿真程序%Expert PID Controllerclear all;close all;ts=0.001;sys=tf(3.5e003,1.5,50,0);dsys=c2d(sys,ts,z);num,den=tfdata(dsys,v);u_1=0.0;u_2=0.0;u_3=0.0;y_1=0;y_2=0;y_3=0;x=0,0,0;x2_1=0;kp=0.6;ki=0.03;kd=0.01;error_1=0;for k=1:1:500 time(k尸k*ts;rin(k)=1.0;%Tracing Jieyue Signalu(k尸kp*x(1)+kd*x(2)+ki*

7、x(3); %PID Controller%Expert control ruleif abs(x(1)0.8 %Rule1:Unclosed control firstly u(k)=0.45;elseif abs(x(1)0.40 u(k)=0.40;elseif abs(x(1)0.20 u(k)=0.12;elseif abs(x(1)0.01 u(k)=0.10;endif x(1)*x(2)0|(x(2)=0)%Rule2if abs(x(1)=0.05u(k)=u_1+2*kp*x(1);elseu(k)=u_1+0.4*kp*x(1);endendif (x(1)*x(2)0)

8、|(x(1)=0) %Rule3 u(k)=u(k);endif x(1)*x(2)0&x(2)*x2_1=0.05u(k)=u_1+2*kp*error_1；elseu(k)=u_1+0.6*kp*error_1；endendif abs(x(1)=10u(k)=10;endif u(k)=10 u(k)=10;endif u(k)=-10 u(k)=-10;end yout(k尸-den(2)*y_1-den(3)*y_2+num*u(k)+num(2)*u_1+num(3)*u_2;error(k)=rin(k)-yout(k);%Return of PID parameters%u_3

9、=u_2;u_2=u_1;u_1=u(k);y_3=y_2;y_2=y_1;y_1=yout(k);% Calculating P% Calculating D % Calculating Ix(1)=error(k);x(2)=error(k)-error_1;x(3)=x(3)+error(k);e_1=x(1);ec_1=x(2);error_2=error_1;error_1=error(k);end showrule(a)figure(1);plot(time,rin,b,time,yout,r); xlabel(time(s);ylabel(rin,yout);figure(2);

10、plot(time,error,r) xlabel(time(s);ylabel(error);figure(3);plot(time,u,r);xlabel(time(s);ylabel(u);figure(4);plot(time,kp,r);xlabel(time(s);ylabel(kp);figure(5);plot(time,ki,r);xlabel(time(s);ylabel(ki);figure(6);plot(time,kd,r);xlabel(time(s);ylabel(kd);figure(7);plotmf(a,input,1);figure(8);plotmf(a,input,2);figure(9);plotmf(a,output,1);figure(10);plotmf(a,output,2);figure(11);plotmf(a,output,3); plotfis(a);timers