智能控制-课程设计-模糊控制算法研究

《智能控制》

课程设计报告

专业：自动化

班级： 3班学号：20080220321 学生姓名：刘禹墨

时间：11年12月30日～12年1月6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：

设计报告要求和成绩评定

1 报告内容

设计任务书（设计计划），正文，参考资料。

设计任务书（设计计划）由学生所在系安排指导教师编写，内容包括设计地点、时间、安排和设计内容和要求等。

正文内容一般包括：（1）设计简述（设计时间、设计地点，设计方式等）；（2）设计内容叙述；（3）设计成品(图纸、表格或计算结果等)；（4）设计小结和建议。

参考资料包括参考书和现场技术资料等。

2 书写用纸

A4复印纸；封面、设计任务书要求双面打印。

3 书写要求

正文内容手工双面或单面书写，字迹清楚，每页20行左右，每行30字左右，排列整齐；页码居中写在页面下方；纸面上下左右4侧边距均为2厘米。

公式单占一行居中书写；插图要有图号和图题，图号和图题书写在插图下方；表格要有表号和表题，表号和表题在表格上方书写；物理量单位和符号、参考文献引用和书写以及图纸绘制要符合有关标准规定；有关细节可参考我院《毕业设计成品规范》。

4 装订

装订顺序：封面，设计任务书，正文及参考资料，封底；左边为装订边，三钉装订，中间钉反向装订。

5 成绩评定

设计成绩一般由出勤（10分）、报告书写规范性及成品质量（50分）、考核（40分）

三部分成绩合成后折合为优秀（90－100分）、良好（80－89分）、中（70－79分）、及格（60－69分）或不及格（60分以下）。设计考核可采取笔试、机试或其它合适的方式；不参加考核或不交报告者成绩为零分。

模糊控制算法研究

一、课程设计的目的：

1. 通过本次课程设计，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、课程设计的基本内容：

假设系统的模型可以用二阶加纯滞后表示，即传递函数为

12()(1)(1)

d s

f f Ke G s T s T s τ-=

++。其中各参数分别为1240,10,60,2f f d K T T τ====。

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，如图1所示。

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，绘制出系统的阶跃响应曲线。 （1）模糊集合及论域的定义

对误差E 、误差变化EC 机控制量U 的模糊集合及其论域定义如下： E 、EC 和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}

上述的三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2,3,4 所示：

图2 变量E的隶属度函数

图3 变量EC的隶属度函数

图4 变量U的隶属度函数

（2）模糊控制规则设计

模糊控制规则如下表所示：

表1 模糊控制规则

E

U

NB NM NS 0 PS PM PB EC

NB PS PS PS PS PM PB PB NM NS PS PS PS PM PM PB NS NM NS 0 0 PS PM PM

0 NB NM NS 0 PS PM PM

PS NB NM NS 0 0 PS PM

PM NB NB NM NS NS PS PS

PB NB NB NM NS NS NS PS

（3）系统的参数选择

系统所选用的参数为：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=2.3，Gain=1.8，Gain2=0.07 （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：，，。

由图5中曲线可知：

符合要求

符合要求

符合要求

图6、系统开环传函的bode图

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。

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：

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。

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。

(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

系统的阶跃响应曲线为：

图12 系统的阶跃响应曲线