智能控制技术
《智能控制技术》
实验报告
专 业： ____
班 级： _学号：__ __ 学生姓名：__________ ____________ 时 间： 年 月 日～ 年 月 日
―――――――以下指导教师填写―――――
分项成绩：出勤 设计报告______________ 总成绩：___________________________________
指导教师：_________________________________
设计目标说明
一、设计的目的：
1. 通过本次设计，进一步了解模糊控制的基本原理、模糊模型的建立和模糊控制器的设计过程。
2. 提高学生有关控制系统的程序设计能力； 3. 熟悉Matlab语言以及在智能控制设计中的应用。
二、设计要求：
图1 模糊控制系统Simulink仿真模型图
1、用Matlab中的Simulink工具箱，组成一个模糊控制系统。任意带模糊控制器的系统均可，例如一简单二阶加纯滞后系统（图1所示），传递函数为
Ke
G(s)
(1Tf1s)(1Tf2s)其中各参数分别为K=40,T
制出系统的阶跃响应曲线。
ds
f1=10,Tf2=40,τd=2。
2、采用模糊控制算法，设计出能跟踪给定输入的模糊控制器，对被控系统进行仿真，绘
3、改变模糊控制器中模糊变量的隶属度函数，分析隶属度函数和模糊控制规则对模糊控制效果的影响。比较那种情况下的控制效果较好。
4、给系统加上扰动，观察此时的阶跃响应曲线，看系统是否仍然稳定，并与无扰动情况下的阶跃响应曲线进行比较。并比较模糊控制和PID控制的鲁棒性。
5、改变系统的参数，了解模糊控制在系统参数发生变化时的控制效果。并与PID控制器作用下系统参数发生变化时的控制效果进行比较，思考模糊控制相对于传统控制的优点。
模糊控制下简单二阶系统研究
一、设计过程：
2.1系统模型建立：
2.2模糊控制器设计
2.2.1 模糊集合及论域的定义
对误差E、误差变化率EC、控制量U的模糊集合及其论域定义如下： E、EC、U的模糊集合均为{NB、NM、NS、0、PS、PM、PB}
E和EC的论域为{-6、-5、-4、-3、-2、-1、0、1、2、3、4、5、6} U的论域为{-7、-6、-5、-4、-3、-2、-1、0、1、2、3、4、5、6、7}
上述3个模糊集合都选取了7个元素，主要目的是着眼于提高稳态精度。E、EC和U的隶属度函数图形如图所示：
模糊控制规则如下所示：
表1 模糊控制规则
2.2.3系统的参数选择
系统所选用的参数Saturation、Saturation1、Saturation2的范围分别为[-6 6]、[-6 6]、[-7 7]，Transport Delay=2s。
通过调试得到PID模糊控制的参数：Gain1=6，Gain=1.8，Gain2=0.11。
2.2.4仿真结果：
系统的阶跃响应曲线如图5所示，其中上方的曲线代表系统的阶跃响应，下方的曲线是系统的模糊控制量的变化。
图5 阶跃输入的响应曲线图
本设计中控制系统性能的要求为： σp=20%-30%, τs≦80s，ess≦6%。 由图5中曲线可知：
σp=22% 符合要求 τs=70s 符合要求 ess=5.3%
图6、系统开环传函的bode图
二、设计分析：
2.1 改变模糊控制隶属度函数对控制效果的影响
如下图所示改变模糊控制器中的隶属度函数为梯形隶属函数：
图7 变量E的隶属度函数
图8 变量EC的隶属度函数
图9 变量U的隶属度函数
此时系统的阶跃响应曲线为：
图 10 系统的阶跃响应曲线
由图10中曲线可知道： σp=23% τs=120s ess=12%
由以上的仿真结果可以看出梯形隶属度函数的系统性能没有三角形隶属度函数的系统性能好。此时系统的超调量变大，上升时间增大，稳态误差变大。
2.2给系统模型加扰动对控制效果的影响。
1、加扰动时的模型图如图11所示（其中step1为幅值为0.02的阶跃信号）。
图11 加扰动后的系统模型图
2、系统的阶跃响应曲线为
图12 系统的阶跃响应曲线
由图12中曲线可知道： σp=28% 超调量变大 τs=78s 符合要求 ess=1.8% 稳态误差变小
3、分析：
由数据可知，系统加上扰动之后，系统仍然是稳定的，系统性能指标变化不大，说明有着良好的鲁棒性。究其原因，在Saturation2之前加的扰动，相当于被控制对象的输入量在对应时刻又并联了一个输入，从而在对应的各个时刻相当于K增益变大；显而易见，K的增大，有助于系统的稳定，但是会使超调量变大。调整时间变小，与实验的结果是吻合的。
2.3、改变系统的参数对控制效果的影响。
（1）当系统开环增益k分别取k=12,k=14和k=16时系统的阶跃响应如图13所示。
图13系统开环增益变化对系统阶跃响应的影响
（2）当系统纯延时τ分别取τ=1.5、τ=2和τ=2.5时系统的阶跃响应如图14所示。
图14系统纯滞后时间变化对系统阶跃响应的影响
（3）当系统惯性时间常数T2分别取 T2=30、T2=40和T2=50时系统的阶跃响应如图15所示。
图15系统较大的时间常数变化对系统阶跃响应的影响
从图13可以看出增大K值，系统的上升时间减小，此时超调量稍有增加；从图14可以看出当系统的纯滞后时间增大时，系统的超调量增加较大。从图15可以看出系统的惯性时间常数增大后使系统动态性能有所降低，当时间常数T2增大时上升时间增大，但超调量有所降低。
三、模糊控制的优点
通过本设计可以知道， 模糊控制的优点
( 1) 使用语言方法, 可不需要过程的精确数学模型;
( 2) 鲁棒性强, 适于解决过程控制中的非线性、强耦合时变、滞后等问题; ( 3) 有较强的容错能力。具有适应受控对象动力学特征变化、环境特征变化和动行条件变化的能力;
( 4) 操作人员易于通过人的自然语言进行人机界面联系, 这些模糊条件语句容易加到过程的控制环节上。
当然，模糊控制也有着自身的缺点
( 1) 信息简单的模糊处理将导致系统的控制精度降低和动态品质变差; ( 2) 模糊控制的设计尚缺乏系统性, 无法定义控制目标。
四、总结
本次设计在自己的努力和老师的细心指导下圆满完成了预定的任务，通过对图书馆书籍自主学习基本熟悉Matlab语言以及在智能控制设计中的应用，上网检索了资料实现了对任务书的基本设计要求。并提高自己有关控制系统的程序设计能力，对模糊控制的基本原理、模糊模型的建立和模糊控制器的设计过程有了更深的了解。具体完成了以下工作：确定本次设计所要达到的设计要求，并进行参数分析和计算。对设计方案的可行性及改进及撰写总结报告。
致谢语
本论文是在我们的指导老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。她严肃的科学态度，
严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。xxx老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想上给我以无微不至的关怀，在此谨向xxx老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。
参考文献
[1]罗兵,甘俊英,张建民等.智能控制技术[M].北京：清华大学出版社，2011. [2]王忠礼,段慧达,高玉峰等.MATLAB应用技术[M].北京：清华大学出版社，2007. [3]石辛民，郝整清.模糊控制及其Matlab仿真 .北京：交通大学出版社，2008.