智能控制课后仿真.docx

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智能控制课后仿真

《智能控制》

课后仿真报告

院（系）：

电气与控制工程学院

专业班级：

自动化1301班

姓名：

杨光辉

学号：

15

题目2-3：

求二阶传递函数的阶跃相应取采样时间为1ms进行离散化。

参照专家控制仿真程序，设计专家PID控制器，并进行MATLAB仿真。

专家PID控制MATLAB仿真程序清单：

%ExoertPIDController

clearall;%清理数据库中所有数据

closeall;%关闭所有界面图形

ts=;%对象采样时间，1ms

sys=tf（133,[1,25,0]）;%受控对象的传递函数

dsys=c2d（sys,ts,'z'）;%连续系统转化为离散系统

[num,den]=tfdata（dsys,'v'）;%离散化后参数，得num和den值

u_1=0;u_2=0;%设定初值，u_1是第（k-1）步控制器输出量

y_1=0;y_2=0;%设定初值，y_1是第（k-1）步系统对象输出量

x=[0,0,0]';%设定误差x1误差导数x2误差积分x3变量初值

x2_1=0;%设定误差导数x2_1的初值

kp=;%设定比例环节系数

ki=;%设定积分环节系数

kd=;%设定微分环节系数

error_1=0;%设定误差error_1的初值

fork=1:

1:

5000%for循环开始，k从1变化到500，每步的增量为1

time（k）=k*ts;%仿真时长[]s

r（k）=;%TracingStepSignal系统输入信号

u（k）=kp*x

（1）+kd*x

（2）+ki*x（3）;%PIDControllerPID控制器

%Expertcontrolrule

%Rule1:

Unclosedcontrolrule规则1：

开环控制

ifabs（x

（1））>%if循环开始，产生式规则，if...then...；误差的绝对值大于

u（k）=;%控制器输出量等于

elseifabs（x

（1））>

u（k）=;

elseifabs（x

（1））>

u（k）=;

elseifabs（x

（1））>

u（k）=;

end%if循环结束

%Rule2规则2

ifx

（1）*x

（2）>0|（x

（2）==0）%if循环开始，如果误差增大或不变

ifabs（x

（1））>=%内嵌if循环开始，如果误差绝对值大于

u（k）=u_1+2*kp*x

（1）;%控制器输出量施加较强控制

else%否则

u（k）=u_1+*kp*x

（1）;%控制器输出量施加一般控制

end%内嵌if循环结束

end%if循环结束

%Rule3规则3

if（x

（1）*x

（2）<0&x

（2）*x2_1>0）|（x

（1）==0）%if循环开始，如果误差减小或消除

u（k）=u（k）;%控制器输出量不变

end%if循环结束

%Rule4规则4

ifx

（1）*x

（2）<0&x

（2）*x2_1<0%if循环开始，如果误差处于极值状态

ifabs（x

（1））>=%内嵌if循环开始，如果误差绝对值大于

u（k）=u_1+2*kp*error_1;%控制器输出量施加较强控制

else%否则

u（k）=u_1+*kp*error_1;%控制器输出量施加一般控制

end%内嵌if循环结束

end%if循环结束

%Rule5:

IntegrationseparationPIcontrol规则5;运用PI控制来消除误差

ifabs（x

（1））<=%if循环开始如果误差绝对值小于（很小）

u（k）=*x

（1）+*x（3）;%控制器输出量用比例和积分输出

end%if循环结束

%Restrictingtheoutputofcontroller对控制输出设限

ifu（k）>=10

u（k）=10;%设控制器输出量上限值

end

ifu（k）<=-10

u（k）=-10;%设控制器输出量下限值

end

%LinearmodelZ变化后系统的线性模型

y（k）=-den

（2）*y_1-den（3）*y_2+num

（1）*u（k）+num

（2）*u_1+num（3）*u_2;

error（k）=r（k）-y（k）;%系统误差error的表达式，等于系统输入减去输出

%--------Returnofparameters--------%每步计算时的参数更新

u_2=u_1;u_1=u（k）;%u（k）代替u_1

y_2=y_1;y_1=y（k）;%y（k）代替y_1

x

（1）=error（k）;%CalculatingP赋误差error值于x1

x2_1=x

（2）;%赋值前步计算时的误差导数X2的值等于X2_1

x

（2）=（error（k）-error_1）/ts;%CalculatingD求误差导数x2，用于下一步的计算

x（3）=x（3）+error（k）*ts;%CalculatingI求误差积分x3

error_1=error（k）;%赋误差error值于error_1

end%for循环结束，整个仿真时长计算全部结束

figure

（1）;%图形1

plot（time,r,'b',time,y,'r'）;%画图，以时间为横坐标，分别画出系统输入、输出随时间的变化曲线

xlabel（'time（s）'）;ylabel（'r,y'）;%标注坐标

figure

（2）;%图形2

plot（time,r-y,'r'）;%画r-y,即误差随时间的变化曲线

xlabel（'time（s）'）;ylabel（'error'）;%标注坐标

专家PID控制MATLAB仿真程序过程及结果：

1.在MATLAB编辑环境下编写专家PID控制仿真程序

2.编译运行程序后

Figure1：

PID控制阶跃响应曲线

Figure2：

误差响应随时间变化曲线

题目3-4：

如果且，则。

现已知且，利用模糊推理公式（）和（）求，并采用MATLAB进行仿真。

模糊推理MATLAB仿真程序清单：

clearall;%清理数据库中所有数据

closeall;%关闭所有界面图形

A=[1;];%输入各元素在A中的隶属度

B=[,,1];%输入各元素在B中的隶属度

C=[,1];%输入各元素在C中的隶属度

%CompoundofAandB%合成A和B

fori=1:

2%A矩阵的行数取值i

forj=1:

3%B矩阵的列数取值j

AB（i,j）=min（A（i）,B（j））;%实现A，B的“与”关系

end

end

%TransfertoColumn%转换列向量

T1=[];%定义转置矩阵T1

fori=1:

2%AB矩阵的行数取值i

T1=[T1;AB（i,:

）'];%转置AB矩阵

end

%GetfuzzyR%确立模糊关系矩阵R

fori=1:

6%R矩阵列数取值i

forj=1:

2%R矩阵行数取值j

R（i,j）=min（T1（i）,C（j））;%确定模糊关系矩阵R

end

end

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

A1=[,];%输入各元素在A1中的隶属度

B1=[,,0];%输入各元素在B1中的隶属度

fori=1:

2%A1矩阵的行数取值i

forj=1:

3%B1矩阵的行数取值j

AB1（i,j）=min（A1（i）,B1（j））;%实现A1和B1的“与”关系

end

end

%TransfertoRow%转换行向量

T2=[];%定义转置矩阵T2

fori=1:

2%AB1矩阵的行数取值i

T2=[T2,AB1（i,:

）];%扩展A1B1矩阵

end

%GetoutputC1%确定输出

fori=1:

6%转置矩阵T2列数取值

forj=1:

2%模糊矩阵R行数取值

D（i,j）=min（T2（i）,R（i,j））;

C1（j）=max（D（:

j））;%输出C1矩阵

end

end

模糊推理MATLAB仿真程序过程及结果：

1.在MATLAB编辑环境下编写模糊推理仿真程序

2.编译运行程序后

AB与关系：

转置矩阵T1：

模糊矩阵R：

A1B1与关系：

转置矩阵T2：

输出矩阵C1：

题目4-3：

已知某一炉温控制系统，要求温度保持在600℃恒定。

针对该控制系统有以下控制经验：

（1）若炉温低于600℃，则升压；低得越多升压越高。

（2）若炉温高于600℃，则降压；高得越多降压越低。

（3）若炉温等于600℃，则保持电压不变。

设模糊控制器为一维控制器，输入语言变量为误差，输出为控制电压。

输入、输出变量的量化等级为7级，取5个模糊集。

试设计隶属度函数误差变化划分表、控制电压变化划分表和模糊控制规则表。

解：

输入（e）以及输出（u）分为5个模糊集：

NB、NS、ZO、PS、PB。

输入变量（e）以及输出变量（u）分为7个等级：

-3、-2、-1、0、+1、+2、+3。

炉温变化e划分表

隶属度

变化等级

-3

-2

-1

0

1

2

3

模

糊

集

PB

0

0

0

0

0

1

PS

0

0

0

0

1

0

ZO

0

0

1

0

0

NS

0

1

0

0

0

0

NB

1

0

0

0

0

0

控制电压变化划分表

隶属度

变化等级

-3

-2

-1

0

1

2

3

模

糊

集

PB

0

0

0

0

0

1

PS

0

0

0

0

1

0

ZO

0

0

1

0

0

NS

0

1

0

0

0

0

NB

1

0

0

0

0

0

模糊控制规则表

若（IF）

NBe

NSe

ZOe

PSe

PBe

则（THEN）

NBu

NSu

ZOu

PSu

PBu

炉温模糊控制MATLAB仿真程序清单：

%FuzzyControlforfurnacetemperature

clearall;%清理数据库中所有数据

closeall;%关闭所有界面图形

a=newfis（'fuzz_temperature'）;%模糊炉温

a=addvar（a,'input','e',[-3,3]）;%Parametere输入参数e的取值范围

a=addmf（a,'input',1,'NB','zmf',[-3,-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',[-3,3]）;%Parameteru输出参数u的取值范围

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','t