智能控制課后仿真

1、智能控制課后仿真報告 院 （系）： 電氣與控制工程學(xué)院 專業(yè)班級： 自動化1301班 姓 名： 楊 光 輝 學(xué) 號： 1306050115 題目2-3： 求二階傳遞函數(shù)的階躍相應(yīng)取采樣時間為1ms進行離散化。參照專家控制仿真程序，設(shè)計專家PID控制器，并進行MATLAB仿真。專家PID 控制MATLAB仿真程序清單：%Exoert PID Controllerclear all;%清理數(shù)據(jù)庫中所有數(shù)據(jù)close all;%關(guān)閉所有界面圖形ts=0.001;%對象采樣時間，1mssys=tf(133,1,25,0);%受控對象的傳遞函數(shù)dsys=c2d(sys,ts,'z');%

2、連續(xù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為離散系統(tǒng)num,den=tfdata(dsys,'v');%離散化后參數(shù)，得num和den值u_1=0;u_2=0;%設(shè)定初值，u_1是第(k-1)步控制器輸出量y_1=0;y_2=0;%設(shè)定初值，y_1是第(k-1)步系統(tǒng)對象輸出量x=0,0,0'%設(shè)定誤差x1誤差導(dǎo)數(shù)x2誤差積分x3變量初值x2_1=0;%設(shè)定誤差導(dǎo)數(shù)x2_1的初值kp=0.6;%設(shè)定比例環(huán)節(jié)系數(shù)ki=0.03;%設(shè)定積分環(huán)節(jié)系數(shù)kd=0.01;%設(shè)定微分環(huán)節(jié)系數(shù)error_1=0;%設(shè)定誤差error_1的初值for k=1:1:5000%for循環(huán)開始，k從1變化到500，每步的增

3、量為1time(k)=k*ts;%仿真時長0.001 0.5sr(k)=1.0;%Tracing Step Signal 系統(tǒng)輸入信號u(k)=kp*x(1)+kd*x(2)+ki*x(3);%PID ControllerPID控制器%Expert control rule%Rule1:Unclosed control rule規(guī)則1：開環(huán)控制if abs(x(1)>0.8%if循環(huán)開始，產(chǎn)生式規(guī)則，if.then.；誤差的絕對值大于u(k)=0.45;%控制器輸出量等于elseif abs(x(1)>0.40u(k)=0.40;elseif abs(x(1)>0.20u(k

4、)=0.12;elseif abs(x(1)>0.01u(k)=0.10;end%if循環(huán)結(jié)束%Rule2規(guī)則2if x(1)*x(2)>0|(x(2)=0)%if循環(huán)開始，如果誤差增大或不變if abs(x(1)>=0.05%內(nèi)嵌if循環(huán)開始，如果誤差絕對值大于u(k)=u_1+2*kp*x(1);%控制器輸出量施加較強控制else%否則u(k)=u_1+0.4*kp*x(1);%控制器輸出量施加一般控制end%內(nèi)嵌if循環(huán)結(jié)束end%if循環(huán)結(jié)束%Rule3規(guī)則3if (x(1)*x(2)<0&x(2)*x2_1>0)|(x(1)=0)%if循環(huán)開始，

5、如果誤差減小或消除u(k)=u(k);%控制器輸出量不變end%if循環(huán)結(jié)束%Rule4規(guī)則4if x(1)*x(2)<0&x(2)*x2_1<0%if循環(huán)開始，如果誤差處于極值狀態(tài)if abs(x(1)>=0.05%內(nèi)嵌if循環(huán)開始，如果誤差絕對值大于u(k)=u_1+2*kp*error_1;%控制器輸出量施加較強控制else%否則u(k)=u_1+0.6*kp*error_1;%控制器輸出量施加一般控制end%內(nèi)嵌if循環(huán)結(jié)束end%if循環(huán)結(jié)束%Rule5:Integration separation PI control規(guī)則5;運用PI控制來消除誤差if a

6、bs(x(1)<=0.001 %if循環(huán)開始如果誤差絕對值小于（很?。﹗(k)=0.5*x(1)+0.010*x(3);%控制器輸出量用比例和積分輸出end%if循環(huán)結(jié)束%Restricting the output of controller對控制輸出設(shè)限if u(k)>=10u(k)=10;%設(shè)控制器輸出量上限值endif u(k)<=-10u(k)=-10;%設(shè)控制器輸出量下限值end%Linear model Z變化后系統(tǒng)的線性模型y(k)=-den(2)*y_1-den(3)*y_2+num(1)*u(k)+num(2)*u_1+num(3)*u_2;error(k

7、)=r(k)-y(k);%系統(tǒng)誤差error的表達式，等于系統(tǒng)輸入減去輸出%-Return of parameters-%每步計算時的參數(shù)更新u_2=u_1;u_1=u(k);%u(k)代替u_1y_2=y_1;y_1=y(k);%y(k)代替y_1x(1)=error(k);%Calculating P 賦誤差error值于x1x2_1=x(2);%賦值前步計算時的誤差導(dǎo)數(shù)X2的值等于X2_1x(2)=(error(k)-error_1)/ts;% Calculating D 求誤差導(dǎo)數(shù)x2，用于下一步的計算x(3)=x(3)+error(k)*ts;% Calculating I 求誤差積

8、分x3error_1=error(k);%賦誤差error值于error_1end%for循環(huán)結(jié)束，整個仿真時長計算全部結(jié)束figure(1);%圖形1plot(time,r,'b',time,y,'r');%畫圖，以時間為橫坐標(biāo)，分別畫出系統(tǒng)輸入、輸出隨時間的變化曲線xlabel('time(s)');ylabel('r,y');%標(biāo)注坐標(biāo)figure(2);%圖形2plot(time,r-y,'r');%畫r-y,即誤差隨時間的變化曲線xlabel('time(s)');ylabel('

9、error');%標(biāo)注坐標(biāo)專家PID 控制MATLAB仿真程序過程及結(jié)果：1.在MATLAB編輯環(huán)境下編寫專家PID控制仿真程序2.編譯運行程序后Figure1：PID控制階躍響應(yīng)曲線Figure2：誤差響應(yīng)隨時間變化曲線題目3-4： 如果且，則?，F(xiàn)已知且，利用模糊推理公式（3.27）和（3.28）求，并采用MATLAB進行仿真。模糊推理MATLAB仿真程序清單：clear all;%清理數(shù)據(jù)庫中所有數(shù)據(jù)close all;%關(guān)閉所有界面圖形?A=1;0.5;%輸入各元素在A中的隸屬度B=0.1,0.5,1;%輸入各元素在B中的隸屬度C=0.2,1;%輸入各元素在C中的隸屬度%Comp

10、ound of A and B %合成A和Bfor i=1:2%A矩陣的行數(shù)取值ifor j=1:3%B矩陣的列數(shù)取值j AB(i,j)=min(A(i),B(j);%實現(xiàn)A，B的“與”關(guān)系end end %Transfer to Column %轉(zhuǎn)換列向量T1=;%定義轉(zhuǎn)置矩陣T1for i=1:2%AB矩陣的行數(shù)取值i T1=T1;AB(i,:)'%轉(zhuǎn)置AB矩陣end %Get fuzzy R %確立模糊關(guān)系矩陣Rfor i=1:6%R矩陣列數(shù)取值i for j=1:2%R矩陣行數(shù)取值j R(i,j)=min(T1(i),C(j);%確定模糊關(guān)系矩陣Rend end%A1=0.8,

11、0.1;%輸入各元素在A1中的隸屬度 B1=0.5,0.2,0;%輸入各元素在B1中的隸屬度 for i=1:2%A1矩陣的行數(shù)取值i for j=1:3%B1矩陣的行數(shù)取值j AB1(i,j)=min(A1(i),B1(j);%實現(xiàn)A1和B1的“與”關(guān)系end end %Transfer to Row%轉(zhuǎn)換行向量 T2=;%定義轉(zhuǎn)置矩陣T2for i=1:2%AB1矩陣的行數(shù)取值iT2=T2,AB1(i,:);%擴展A1B1矩陣end %Get output C1%確定輸出for i=1:6%轉(zhuǎn)置矩陣T2列數(shù)取值for j=1:2%模糊矩陣R行數(shù)取值 D(i,j)=min(T2(i),R(i

12、,j); C1(j)=max(D(:,j);%輸出C1矩陣 end end模糊推理MATLAB仿真程序過程及結(jié)果：1.在MATLAB編輯環(huán)境下編寫模糊推理仿真程序2.編譯運行程序后AB與關(guān)系：轉(zhuǎn)置矩陣T1：模糊矩陣R：A1B1與關(guān)系：轉(zhuǎn)置矩陣T2：輸出矩陣C1：題目4-3： 已知某一爐溫控制系統(tǒng)，要求溫度保持在600恒定。針對該控制系統(tǒng)有以下控制經(jīng)驗：（1）若爐溫低于600，則升壓；低得越多升壓越高。（2）若爐溫高于600，則降壓；高得越多降壓越低。（3）若爐溫等于600，則保持電壓不變。設(shè)模糊控制器為一維控制器，輸入語言變量為誤差，輸出為控制電壓。輸入、輸出變量的量化等級為7級，取5個模糊集

13、。試設(shè)計隸屬度函數(shù)誤差變化劃分表、控制電壓變化劃分表和模糊控制規(guī)則表。解：輸入（e）以及輸出（u）分為5個模糊集：NB、NS、ZO、PS、PB。輸入變量（e）以及輸出變量（u）分為7個等級：-3、-2、-1、0、+1、+2、+3。爐溫變化e劃分表隸屬度變化等級-3-2-10123模糊集PB000000.51PS000010.50ZO000.510.500NS00.510000NB10.500000控制電壓變化劃分表隸屬度變化等級-3-2-10123模糊集PB000000.51PS000010.50ZO000.510.500NS00.510000NB10.500000模糊控制規(guī)則表若（IF）NB

14、eNSeZOePSePBe則（THEN）NBuNSuZOuPSuPBu爐溫模糊控制MATLAB仿真程序清單：%Fuzzy Control for furnace temperatureclear all;%清理數(shù)據(jù)庫中所有數(shù)據(jù)close all;%關(guān)閉所有界面圖形a=newfis('fuzz_temperature');%模糊爐溫a=addvar(a,'input','e',-3,3);%Parameter e輸入?yún)?shù)e的取值范圍a=addmf(a,'input',1,'NB','zmf',-3,-

15、1);a=addmf(a,'input',1,'NS','trimf',-3,-1,1);a=addmf(a,'input',1,'Z','trimf',-2,0,2);a=addmf(a,'input',1,'PS','trimf',-1,1,3);a=addmf(a,'input',1,'PB','smf',1,3);a=addvar(a,'output','u',-3

16、,3);%Parameter u輸出參數(shù)u的取值范圍a=addmf(a,'output',1,'NB','zmf',-3,-1);a=addmf(a,'output',1,'NS','trimf',-3,-2,1);a=addmf(a,'output',1,'Z','trimf',-2,0,2);a=addmf(a,'output',1,'PS','trimf',-1,2,3);a=addmf(a,

17、9;output',1,'PB','smf',1,3);rulelist=1 1 1 1;%Edit?rule?base編輯規(guī)則庫 2 2 1 1; 3 3 1 1; 4 4 1 1; 5 5 1 1;a=addrule(a,rulelist);a1=setfis(a,'DefuzzMethod','mom');%Defuzzywritefis(a1,'temperature');%Save to fuzzy file "temperature.fis"保存模糊文件"tempe

18、rature.fis"a2=readfis('temperature');figure(1);%圖形1plotfis(a2);%畫圖figure(2);%圖形2plotmf(a,'input',1);%畫圖figure(3);%圖形3plotmf(a,'output',1);%畫圖flag=1;%設(shè)標(biāo)志位1if flag=1%如果標(biāo)志位為1showrule(a)%Show fuzzy rule base顯示模糊規(guī)則庫ruleview('temperature');%Dynamic Simulation動態(tài)模擬end%結(jié)束disp('-');disp(' fuzzy?controller?table:e=-3,+3,u=-3,+3 ');disp('-');for