智能控制技术实验报告..doc

《智能控制技术》 实 验 报 告 书 学院： 专业： 学号： 姓名： 实验一：模糊控制与传统PID控制的性能比较 一、实验目的 通过本实验的学习，使学生了解传统PID控制、模糊控制等基本知识，掌握传统PID控制器设计、模糊控制器设计等知识，训练学生设计控制器的能力，培养他们利用MATLAB进行仿真的技能，为今后继续模糊控制理论研究以及控制仿真等学习奠定基础。 二、实验内容 本实验主要是设计一个典型环节的传统PID控制器以及模糊控制器，并对他们的控制性能进行比较。主要涉及自控原理、计算机仿真、智能控制、模糊控制等知识。 通常的工业过程可以等效成二阶系统加上一些典型的非线性环节，如死区、饱和、纯延迟等。这里，我们假设系统为：H(s)=20e0.02s/(1.6s2+4.4s+1) 控制执行机构具有0.07的死区和0.7的饱和区，取样时间间隔T=0.01。 设计系统的模糊控制，并与传统的PID控制的性能进行比较。 三、实验原理、方法和手段 1.实验原理： 1)对典型二阶环节，根据传统PID控制，设计PID控制器，选择合适的PID控制器参数kp、ki、kd； 2)根据模糊控制规则，编写模糊控制器。 2.实验方法和手段： 1)在PID控制仿真中，经过仔细选择，我们取kp=5，ki=0.1，kd=0.001； 2)在模糊控制仿真中，我们取ke=60，ki=0.01，kd=2.5，ku=0.8； 3)模糊控制器的输出为：u= ku×fuzzy(ke×e, kd×e’)－ki×∫edt 其中积分项用于消除控制系统的稳态误差。 4)模糊控制规则如表1-1所示： 在MATLAB程序中，Nd用于表示系统的纯延迟（Nd=td/T）,umin用于表示控制的死区电平，umax用于表示饱和电平。当Nd=0时，表示系统不存在纯延迟。 5)根据上述给定内容，编写PID控制器、模糊控制器的MATLAB仿真程序，并记录仿真结果，对结果进行分析。 表1-1 FC的模糊推理规则表 u e e’ NB NS ZR PS PB NB PB PB PS PS ZR NS PB PS PS ZR ZR ZR PS PS ZR ZR NS PS PS ZR ZR NS NS PB ZR ZR NS NS NB 四、实验组织运行要求 根据本实验的综合性、设计性特点以及要求学生自主设计MATLAB仿真程序的要求以及我们实验室的具体实验条件，本实验采用以学生自主训练为主的开放模式组织教学。 五、实验条件 1.装有MATLAB6.5的计算机； 2.智能控制技术教材； 3.模糊控制教材； 4.智能控制技术实验指导书。 六、实验步骤 1.学生熟悉实验内容，并根据实验内容、实验要求，查阅、学习相关知识； 2.设计典型二阶环节的PID控制器以及模糊控制器； 3.编写MATLAB仿真程序 4.上机调试程序，修改程序修改控制器的参数等； 5.对实验程序仿真，并记录仿真结果； 6.对实验结果进行分析，书写实验报告书。 七、实验程序 num=20; den=[1.6,4.4,1]; [a1,b,c,d]=tf2ss(num,den);%将传递函数转化为状态模型 x=[0;0]; T=0.01;h=T; %T为采样时间 umin=0.07;umax=0.7; td=0.02;Nd=td/T; %Nd延迟时间 N=500;R=1.5*ones(1,N);%参考值 e=0; de=0;ie=0; kp=5;ki=0.1;kd=0.001; %设定的比例，积分，微分常数 for k=1:N uu1(1,k)= -(kp*e+ki*ie+kd*de);%控制量生成 if k=Nd %纯延迟 u=0; else u=uu1(1,k-Nd); end if abs(u)=umin%死区和饱和环节 u=0 elseif abs(u)umax u=sign(u)*umax; end %龙格-库塔算法求对象的输出 k1=a1*x+b*u; k2=a1*(x+h*k1/2)+b*u; k3=a1*(x+h*k2/2)+b*u; k4=a1*(x+h*k3)+b*u; x=x+(k1+2*k2+2*k3+k4)*h/6; y=c*