模糊神经网络实验报告-张伦珺

实验报告

实验课程：神经网络控制

学生姓名：张伦珺

学号：416114312110

专业班级：电气工程

2013年5月21日

三容水箱神经网络控制设计

一、实验目的

1、了解三容水箱液位定值控制系统的结构和组成

2、通过实验进一步掌握RBF 监督网络控制原理及RBF 监督控制规则的生成

3、掌握RBF 监督方法及实现

二、实验设备及条件

计算机（装有MATLAB ）

三、实验原理

１．RBF 神经网络结构

最基本的RBF 神经网络的构成包括三层，分别为输入层、隐层（中间层）和输出层。其中输入层由一些源点（感知单元）组成，它们将网络与外部环境连接起来，仅起到数据信息的传递作用，对输入信息不进行任何变换；隐层神经元的核函数（或称作用函数）取为径向基函数，对输入信息到隐层空间之间进行非线性变换，通常具有较高的维数；输出层是线性的，为输入层的激活模式提供响应。

图2 RBF 神经网络模型

设隐层、输出层上的神经元数分别为M ，Q ，输入模式记为X ，12[,,,]T R X x x x =，

输出记为Y ，12[,,

,]T Q Y y y y =。本文取径向基函数为Gauss 函数，隐单元输出则为

2

exp j

j j X C

z σ⎛⎫

- ⎪=-

⎪⎝⎭

1,2,,j M = ()1 式中：j z 为隐层第j 个神经元的输出值；j C 为隐层第j 个神经元的中心，由隐层第j 个神经元对应于输入层所有神经元的中心分量构成，12,,,T

j j j jR C c c c ⎡⎤=⎣⎦；j σ为隐层第j 个

神经元的宽度，与j C 相对应；∙为欧氏范数。

输出层神经元的输入输出关系表达式是：

1

M

k kj j j y w z ==∑ 1,2,,k Q

= ()2 式中：k y 为输出层第j 个神经元的输出值；kj w 为输出层第k 个神经元与隐层第j 个神经元间的权值。

四、实验要求

1. 三个水箱的初始液位是在0~200之间的随机数。

2. RBF 监督控制或者模糊神经网络控制。

3.

设定值随机（20~180cm ）。

4. 要有系统响应曲线图与误差曲线图。

5. 超调量≤设定值15%。

6. 延时≥3步。

7.

下水箱输出半波形。

五、 实验设计过程及结果

1、 三容水箱模型

如图所示的三容水箱串级相连，要求通过

模糊控制，随着q4的正弦变化，能够通过调节阀门开度k 来使第三个水箱液位h3稳定在设定值，并且其他两水箱水不会流尽。

其数学表达式为： q1=5.2*k;

h1=h1+(q1-q2)/s; q2=1.9*sqrt(h1); h2=h2+(q2-q3)/s; q3=2.2*sqrt(h2);

q4=4.5*abs(sin(5.5*pi*i+0.3)); h3=h3+(q3-q4)/s; k 为阀门开度。

各个参数含义：h1，h2，h3分别代表三水箱的液位；q1代表水箱1流进流量，q2为水箱1流出流量， q3为水箱2流出流量，q4为水箱3流出流量；s 为水箱底面积。

2、根据神经网络控制器的设计规律，设计RBF控制器(1)确定观测量和控制量

当M=1时是传统控制，误差偏大。

当M=2时，修正误差。

(2)实验结果及分析：

如上图所示，曲线最终接近设定值100，在设定值附近达到稳定，满足控制要求。

(3)编写程序并调试：

%RBF Supervisory Control clear all;

close all;

ts=0.001;

s=100;

h1=rand*200;

h2=rand*200;

h3=rand*200;

q1=0;

q2=0;

q3=0;

k=rand*100;

y_1=0;y_2=0;

u_1=0;u_2=0;

e_1=0;

xi=0;

x=[0,0]';%e e'

numNeu=4;

b=28*ones(numNeu,1);

c=[30 33 35 40;30 33 35 40]; w=1*rands(numNeu,1);

w_1=w;w_2=w_1;

c_1=c;c_2=c_1;

b_1=b;b_2=b_1;

d_w=0*w;

d_b=0*b;

d_c=0*c;

xite=0.011;

alfa=0.8;

kp=4.05;

kd=0.1;

r=100;%rand*(180-20)+20;

time=zeros(4000,1);

for k=1:1:4000

time(k)=k;

%model

q1=2*u_1;

h1=h1+(q1-q2)/s;

if h1<0%水箱流空

h1=0;

end

if k<=3

q2=20*sqrt(h1);

else

if h1~=0

q2=20*sqrt(L1(k-3));%延迟3步

else

q2=0;

end

end

h2=h2+(q2-q3)/s;

if h2<0%水箱流空

h2=0;

end

if k<=3

q3=20*sqrt(h2);

else