智能控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、智能把握技術(shù)實(shí) 驗(yàn) 指 導(dǎo) 書適用專業(yè)： 自 動(dòng) 化 電氣工程及其自動(dòng)化2011 年 3 月前 言智能把握課程是自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化等專業(yè)的主要技術(shù)基礎(chǔ)課。主要是通過本課程的學(xué)習(xí)，使同學(xué)了解智能把握的基本理論、智能把握系統(tǒng)的分析方法和工程應(yīng)用，了解智能把握進(jìn)展前沿動(dòng)態(tài)等。為了使同學(xué)更好地理解和深刻地把握這些學(xué)問，并在此基礎(chǔ)上訓(xùn)練和培育同學(xué)使用MATLAB的力量以及進(jìn)行系統(tǒng)仿真的設(shè)計(jì)技能，設(shè)置了“模糊把握與傳統(tǒng)PID把握的性能比較”以及“神經(jīng)元自適應(yīng)PID把握仿真爭辯”2個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目，2個(gè)皆為綜合性試驗(yàn)。模糊把握與傳統(tǒng)PID把握的性能比較試驗(yàn)，主要通過本試驗(yàn)的學(xué)習(xí)，使同學(xué)了解傳統(tǒng)PID把握、

2、模糊把握等基本學(xué)問，把握傳統(tǒng)PID把握器設(shè)計(jì)、模糊把握器設(shè)計(jì)等學(xué)問，訓(xùn)練同學(xué)設(shè)計(jì)把握器的力量，培育他們利用MATLAB進(jìn)行仿真的技能，為今后連續(xù)模糊把握理論爭辯以及把握仿真等學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。神經(jīng)元自適應(yīng)PID把握仿真爭辯試驗(yàn)，主要是通過本試驗(yàn)的學(xué)習(xí)，使同學(xué)了解傳統(tǒng)PID把握、神經(jīng)元自適應(yīng)把握等基本學(xué)問，把握傳統(tǒng)PID把握器設(shè)計(jì)、把握基于二次型性能指標(biāo)學(xué)習(xí)算法的單神經(jīng)元自適應(yīng)PID把握等學(xué)問，訓(xùn)練同學(xué)設(shè)計(jì)把握器的力量，培育他們利用MATLAB進(jìn)行仿真的技能，為今后連續(xù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)把握理論的爭辯以及把握仿真等學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。試驗(yàn)一：模糊把握與傳統(tǒng)PID把握的性能比較試驗(yàn)學(xué)時(shí)：2試驗(yàn)類型：設(shè)計(jì)試驗(yàn)要求：必修

3、一、試驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^本試驗(yàn)的學(xué)習(xí)，使同學(xué)了解傳統(tǒng)PID把握、模糊把握等基本學(xué)問，把握傳統(tǒng)PID把握器設(shè)計(jì)、模糊把握器設(shè)計(jì)等學(xué)問，訓(xùn)練同學(xué)設(shè)計(jì)把握器的力量，培育他們利用MATLAB進(jìn)行仿真的技能，為今后連續(xù)模糊把握理論爭辯以及把握仿真等學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。二、試驗(yàn)內(nèi)容本試驗(yàn)主要是設(shè)計(jì)一個(gè)典型環(huán)節(jié)的傳統(tǒng)PID把握器以及模糊把握器，并對(duì)他們的把握性能進(jìn)行比較。主要涉及自控原理、計(jì)算機(jī)仿真、智能把握、模糊把握等學(xué)問。通常的工業(yè)過程可以等效成二階系統(tǒng)加上一些典型的非線性環(huán)節(jié)，如死區(qū)、飽和、純延遲等。這里，我們假設(shè)系統(tǒng)為：H(s)=20e0.02s/(1.6s2+4.4s+1) 把握執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有0.07的死區(qū)和0.

4、7的飽和區(qū)，取樣時(shí)間間隔T=0.01。設(shè)計(jì)系統(tǒng)的模糊把握，并與傳統(tǒng)的PID把握的性能進(jìn)行比較。三、試驗(yàn)原理、方法和手段1.試驗(yàn)原理：1)對(duì)典型二階環(huán)節(jié)，依據(jù)傳統(tǒng)PID把握，設(shè)計(jì)PID把握器，選擇合適的PID把握器參數(shù)kp、ki、kd；2)依據(jù)模糊把握規(guī)章，編寫模糊把握器。2.試驗(yàn)方法和手段：1)在PID把握仿真中，經(jīng)過認(rèn)真選擇，我們?nèi)p=5，ki=0.1，kd=0.001；2)在模糊把握仿真中，我們?nèi)e=60，ki=0.01，kd=2.5，ku=0.8；3)模糊把握器的輸出為：u= ku×fuzzy(ke×e, kd×e)ki×edt 其中積分項(xiàng)用于

5、消退把握系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。4)模糊把握規(guī)章如表1-1所示：在MATLAB程序中，Nd用于表示系統(tǒng)的純延遲（Nd=td/T）,umin用于表示把握的死區(qū)電平，umax用于表示飽和電平。當(dāng)Nd=0時(shí)，表示系統(tǒng)不存在純延遲。5)依據(jù)上述給定內(nèi)容，編寫PID把握器、模糊把握器的MATLAB仿真程序，并記錄仿真結(jié)果，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。表1-1 FC的模糊推理規(guī)章表 u e eNB NS ZR PS PB NBPBPBPSPSZR NSPBPSPSZRZR ZRPSPSZRZRNS PSPSZRZRNSNS PBZRZRNSNSNB四、試驗(yàn)組織運(yùn)行要求依據(jù)本試驗(yàn)的綜合性、設(shè)計(jì)性特點(diǎn)以及要求同學(xué)自主設(shè)計(jì)MATL

6、AB仿真程序的要求以及我們試驗(yàn)室的具體試驗(yàn)條件，本試驗(yàn)接受以同學(xué)自主訓(xùn)練為主的開放模式組織教學(xué)。五、試驗(yàn)條件1.裝有MATLAB6.5的計(jì)算機(jī)；2.智能把握技術(shù)教材；3.模糊把握教材；4.智能把握技術(shù)試驗(yàn)指導(dǎo)書。六、試驗(yàn)步驟1.同學(xué)生疏試驗(yàn)內(nèi)容，并依據(jù)試驗(yàn)內(nèi)容、試驗(yàn)要求，查閱、學(xué)習(xí)相關(guān)學(xué)問；2.設(shè)計(jì)典型二階環(huán)節(jié)的PID把握器以及模糊把握器；3.編寫MATLAB仿真程序4.上機(jī)調(diào)試程序，修改程序修改把握器的參數(shù)等；5.對(duì)試驗(yàn)程序仿真，并記錄仿真結(jié)果；6.對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，書寫試驗(yàn)報(bào)告書。七、思考題1.模糊把握器的把握性能是否肯定優(yōu)于傳統(tǒng)PID把握器？2.假如選用模糊把握工具箱，如何進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿

7、真？八、試驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)報(bào)告書應(yīng)包括以下內(nèi)容1.試驗(yàn)預(yù)習(xí)內(nèi)容：對(duì)本次試驗(yàn)進(jìn)行認(rèn)真的預(yù)習(xí)，并寫好預(yù)習(xí)報(bào)告，在預(yù)習(xí)報(bào)告中要寫出試驗(yàn)?zāi)康?、要求，需要用到的儀器設(shè)備、物品資料以及簡要的試驗(yàn)步驟，形成一個(gè)操作提綱；寫出模糊把握器傳統(tǒng)PID把握器的設(shè)計(jì)過程，寫出MATLAB試驗(yàn)程序的編寫。2.試驗(yàn)記錄內(nèi)容：開頭試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)將記錄本放在近旁，將試驗(yàn)中所做的每一步操作、觀看到的現(xiàn)象和所測得的數(shù)據(jù)及相關(guān)條件照實(shí)地記錄下來；寫出試驗(yàn)調(diào)試以及參數(shù)修改的過程，并記錄試驗(yàn)結(jié)果的變化以及最終的仿真結(jié)果。3.試驗(yàn)報(bào)告部分：使用現(xiàn)行的“試驗(yàn)報(bào)告簿”書寫試驗(yàn)報(bào)告；主要內(nèi)容包括對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，回答思考題，提出試驗(yàn)結(jié)論或提出自己的看法等。

8、注：以上3部分內(nèi)容應(yīng)在同一個(gè)試驗(yàn)報(bào)告書中完成。試驗(yàn)二：神經(jīng)元自適應(yīng)PID把握仿真爭辯試驗(yàn)學(xué)時(shí)：2試驗(yàn)類型：設(shè)計(jì)試驗(yàn)要求：必修一、試驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^本試驗(yàn)的學(xué)習(xí)，使同學(xué)了解傳統(tǒng)PID把握、神經(jīng)元自適應(yīng)把握等基本學(xué)問，把握傳統(tǒng)PID把握器設(shè)計(jì)、把握基于二次型性能指標(biāo)學(xué)習(xí)算法的單神經(jīng)元自適應(yīng)PID把握等學(xué)問，訓(xùn)練同學(xué)設(shè)計(jì)把握器的力量，培育他們利用MATLAB進(jìn)行仿真的技能，為今后連續(xù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)把握理論的爭辯以及把握仿真等學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。二、試驗(yàn)內(nèi)容本試驗(yàn)主要是學(xué)習(xí)應(yīng)用最優(yōu)二次型性能指標(biāo)學(xué)習(xí)算法進(jìn)行把握器的設(shè)計(jì)仿真爭辯。主要涉及自控原理、計(jì)算機(jī)仿真、智能把握、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)把握等學(xué)問，綜合性較強(qiáng)。設(shè)被控對(duì)象過程模型為

9、：yout(k)=0.368yout(k-1)+0.264yout(k-2)+u(k-d)+0.632u(k-d-1)+(k)應(yīng)用最優(yōu)二次型性能指標(biāo)學(xué)習(xí)算法進(jìn)行仿真爭辯，最終要求得出神經(jīng)元自適應(yīng)PID跟蹤及中權(quán)值變化結(jié)果。三、試驗(yàn)原理、方法和手段1.試驗(yàn)原理：在最優(yōu)把握理論中，接受二次型性能指標(biāo)來計(jì)算把握律可以得到所期望的優(yōu)化效果。在神經(jīng)元學(xué)習(xí)算法中，也可借助最優(yōu)把握中二次型性能指標(biāo)的思想，在加權(quán)系數(shù)的調(diào)整中引入二次型性能指標(biāo)，使輸出誤差和把握增量加權(quán)平方和為最小來調(diào)整加權(quán)系數(shù)，從而間接實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出誤差和把握增量加權(quán)平方和為最小來調(diào)整加權(quán)系數(shù)，從而間接實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出誤差和把握增量加權(quán)的約束把握。設(shè)性

10、能指標(biāo)為：式中，分別為輸出誤差和把握增量的加權(quán)系數(shù)，和為時(shí)刻參考輸入和輸出。神經(jīng)元的輸出為： 2.試驗(yàn)方法和手段：1) 應(yīng)用最優(yōu)二次型性能指標(biāo)學(xué)習(xí)算法進(jìn)行仿真爭辯，(k)為在100個(gè)采樣時(shí)間的外加干擾，(100)=0.10，輸入為階躍響應(yīng)信號(hào)rin(k)=1.0；2) 啟動(dòng)時(shí)接受開環(huán)把握，取u=0.1726，K=0.02，P=2，Q=1，d=6；3) 比例、積分、微分三部分加權(quán)系數(shù)學(xué)習(xí)速率分別取I=4，P=120，D=159，1(0)=0.34，2(0)=0.32，3(0)=0.33；4)利用MATLAB編寫仿真程序，得出神經(jīng)元自適應(yīng)PID跟蹤及中權(quán)值變化結(jié)果。五、試驗(yàn)條件1.裝有MATLAB

11、6.5的計(jì)算機(jī)；2.智能把握技術(shù)教材；3.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)把握教材；4.智能把握技術(shù)試驗(yàn)指導(dǎo)書。六、試驗(yàn)步驟1.同學(xué)生疏試驗(yàn)內(nèi)容，并依據(jù)試驗(yàn)內(nèi)容、試驗(yàn)要求，查閱、學(xué)習(xí)相關(guān)學(xué)問；2.設(shè)計(jì)應(yīng)用最優(yōu)二次型性能指標(biāo)學(xué)習(xí)算法進(jìn)行仿真爭辯的單神經(jīng)元自適應(yīng)PID把握器；3.編寫MATLAB仿真程序；4.上機(jī)調(diào)試程序，修改程序、修改把握器的參數(shù)等；5.對(duì)試驗(yàn)程序仿真，并記錄仿真結(jié)果；6.對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，書寫試驗(yàn)報(bào)告書。七、思考題 假如選用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱進(jìn)行仿真，結(jié)果如何？如何進(jìn)行仿真?八、試驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)報(bào)告書應(yīng)包括以下內(nèi)容1.試驗(yàn)預(yù)習(xí)內(nèi)容：對(duì)本次試驗(yàn)進(jìn)行認(rèn)真的預(yù)習(xí)，并寫好預(yù)習(xí)報(bào)告，在預(yù)習(xí)報(bào)告中要寫出試驗(yàn)?zāi)康?、要求，需要用到的儀器設(shè)備、物品資料以及簡要的試驗(yàn)步驟，形成一個(gè)操作提綱；寫出應(yīng)用最優(yōu)二次型性能指標(biāo)學(xué)習(xí)算法進(jìn)行仿真爭辯的設(shè)計(jì)過程，寫出MATLAB試驗(yàn)程序的編寫。2.試驗(yàn)記錄內(nèi)容：開頭試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)將記錄本放在近旁，將試驗(yàn)中所做的每一步操作、觀看到的現(xiàn)象和所測得