智能控制課程設(shè)計模糊控制算法研究

含糊控制算法研究一、課程設(shè)計的目的：1.通過本次課程設(shè)計，進(jìn)一步理解含糊控制的基本原理、含糊模型的建立和含糊控制器的設(shè)計過程。2.提高學(xué)生有關(guān)控制系統(tǒng)的程序設(shè)計能力；3.熟悉Matlab語言以及在智能控制設(shè)計中的應(yīng)用。二、課程設(shè)計的基本內(nèi)容：假設(shè)系統(tǒng)的模型能夠用二階加純滯后表達(dá)，即傳遞函數(shù)為。其中各參數(shù)分別為。圖1含糊控制系統(tǒng)Simulink仿真模型圖1、用Matlab中的Simulink工具箱，構(gòu)成一種含糊控制系統(tǒng)，如圖1所示。2、采用含糊控制算法，設(shè)計出能跟蹤給定輸入的含糊控制器，對被控系統(tǒng)進(jìn)行仿真，繪制出系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線。（1）含糊集合及論域的定義對誤差E、誤差變化EC機控制量U的含糊集合及其論域定義以下：E、EC和U的含糊集合均為：{NB、NM、NS、0、PS、PM、PB}E和EC的論域為：{-6、-5、-4、-3、-2、-1、0、1、2、3、4、5、6}U的論域為：{-7、-6、-5、-4、-3、-2、-1、0、1、2、3、4、5、6、7}上述的三個含糊集合都選用了7個元素，重要目的是著眼于提高穩(wěn)態(tài)精度。E、EC和U的附屬度函數(shù)圖形如圖2,3,4所示：圖2變量E的附屬度函數(shù)圖3變量EC的附屬度函數(shù)圖4變量U的附屬度函數(shù)（2）含糊控制規(guī)則設(shè)計含糊控制規(guī)則以下表所示：表1含糊控制規(guī)則EUECNBNMNS0PSPMPBNBPSPSPSPSPMPBPBNMNSPSPSPSPMPMPBNSNMNS00PSPMPM0NBNMNS0PSPMPMPSNBNMNS00PSPMPMNBNBNMNSNSPSPSPBNBNBNMNSNSNSPS（3）系統(tǒng)的參數(shù)選擇系統(tǒng)所選用的參數(shù)為：Saturation、Saturation1、Saturation2的范疇分別為：[-66]、[-66]、[-77]，TransportDelay=2S。通過調(diào)試得到PID含糊控制的參數(shù)：Gain1=2.3，Gain=1.8，Gain2=0.07（4）仿真成果：系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線如圖5所示，其中上方的曲線代表系統(tǒng)的階躍響應(yīng)，下方的曲線是系統(tǒng)的含糊控制量的變化。圖5階躍輸入的響應(yīng)曲線圖本設(shè)計中控制系統(tǒng)性能的規(guī)定為：σp=20%-30%，τs由圖5中曲線可知：σp=21%<30%τs=72s<80sess=5.5%<6%圖6、系統(tǒng)開環(huán)傳函的bode圖3、變化含糊控制器中含糊變量的附屬度函數(shù)，分析附屬度函數(shù)和含糊控制規(guī)則對含糊控制效果的影響。比較那種狀況下的控制效果較好。以下圖所示變化含糊控制器中的附屬度函數(shù)為梯形附屬函數(shù)。圖7變量E的附屬度函數(shù)圖8變量EC的附屬度函數(shù)圖9變量U的附屬度函數(shù)此時系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線為：圖10系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線由圖10中曲線可懂得：σpτsess由以上的仿真成果能夠看出梯形附屬度函數(shù)的系統(tǒng)性能沒有三角形附屬度函數(shù)的系統(tǒng)性能好。此時系統(tǒng)的超調(diào)量變大，上升時間增大，穩(wěn)態(tài)誤差變大。4、給系統(tǒng)加上擾動，觀察此時的階躍響應(yīng)曲線，看系統(tǒng)與否仍然穩(wěn)定，并與無擾動狀況下的階躍響應(yīng)曲線進(jìn)行比較。并比較含糊控制和PID控制的魯棒性。(1)加擾動時的模型圖如圖11所示（其中step1為幅值為0.02的階躍信號）。圖11加擾動后的系統(tǒng)模型圖系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線為：圖12系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線由圖12中曲線可懂得：σpτsess=1%<6%分析：由數(shù)據(jù)可知，系統(tǒng)加上擾動之后，系統(tǒng)仍然是穩(wěn)定的，系統(tǒng)性能指標(biāo)變化不大，闡明有著良好的魯棒性。究其因素，在Saturation2之前加的擾動，相稱于被控制對象的輸入量在對應(yīng)時刻又并聯(lián)了一種輸入，從而在對應(yīng)的各個時刻相稱于增益變大；顯而易見，的增大，有助于系統(tǒng)的穩(wěn)定，但是會使超調(diào)量變大。調(diào)節(jié)時間變小，與實驗的成果是吻合的。5、變化系統(tǒng)的參數(shù)，理解含糊控制在系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化時的控制效果。并與ＰＩＤ控制器作用下系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化時的控制效果進(jìn)行比較，思考含糊控制相對于傳統(tǒng)控制的優(yōu)點。（1）當(dāng)系統(tǒng)開環(huán)增益k分別取k=35,k=40和k=45時系統(tǒng)的階躍響應(yīng)如圖13所示。圖13系統(tǒng)開環(huán)增益變化對系統(tǒng)階躍響應(yīng)的影響（2）當(dāng)系統(tǒng)純延時τ分別取τ=1.5s、τ=2s和τ=2.5s時系統(tǒng)的階躍響應(yīng)如圖14所示。圖14系統(tǒng)純滯后時間變化對系統(tǒng)階躍響應(yīng)的影響（3）當(dāng)系統(tǒng)慣性時間常數(shù)T2分別取T2=50s、T圖15系統(tǒng)較大的時間常數(shù)變化對系統(tǒng)階躍響應(yīng)的影響從圖13能夠看出增大K值，系統(tǒng)的上升時間減小，此時超調(diào)量稍有增加；從圖14能夠看出當(dāng)系統(tǒng)的純滯后時間增大時，系統(tǒng)的超調(diào)量增加較大。從圖15能夠看出系統(tǒng)的慣性時間常數(shù)增大后使系統(tǒng)動態(tài)性能有所減少，當(dāng)時間常數(shù)T2增大時上升時間增大，但超調(diào)量有所減少。三、含糊控制的優(yōu)點通過本設(shè)計能夠懂得，含糊控制含有能夠得到良好的動態(tài)響應(yīng)性能，并且不需要懂得被控對象的數(shù)學(xué)模型（固然本實驗中是已懂得的），適應(yīng)性強，上升時間快，魯棒性好。與PID控制相比有著很大的優(yōu)勢，采用PID控制即使穩(wěn)態(tài)性能較好，但是難以得到滿意的動態(tài)響應(yīng)性能，并且魯棒性差。固然，含糊控制也有著本身的缺點，容易受到含糊規(guī)則等級的限制而引發(fā)誤差，需要進(jìn)一步改善。四、總結(jié)通過這次《含糊控制算法研究》課程設(shè)計增加了對含