1、智能控制課程設(shè)計(jì)報(bào)告專(zhuān) 業(yè)： 自動(dòng)化 班 級(jí)： 學(xué)號(hào)： 學(xué)生姓名： 時(shí) 間：13年12月30日13年1月3日以下指導(dǎo)教師填寫(xiě)分項(xiàng)成績(jī)：出勤 設(shè)計(jì)報(bào)告 總成績(jī)： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)報(bào)告要求和成績(jī)?cè)u(píng)定1 報(bào)告內(nèi)容設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)（設(shè)計(jì)計(jì)劃），正文，參考資料。設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)（設(shè)計(jì)計(jì)劃）由學(xué)生所在系安排指導(dǎo)教師編寫(xiě)，內(nèi)容包括設(shè)計(jì)地點(diǎn)、時(shí)間、安排和設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求等。正文內(nèi)容一般包括：（1）設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述（設(shè)計(jì)時(shí)間、設(shè)計(jì)地點(diǎn)，設(shè)計(jì)方式等）；（2）設(shè)計(jì)內(nèi)容敘述；（3）設(shè)計(jì)成品(圖紙、表格或計(jì)算結(jié)果等)；（4）設(shè)計(jì)小結(jié)和建議。參考資料包括參考書(shū)和現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)資料等。2 書(shū)寫(xiě)用紙 A4復(fù)印紙；封面、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)要求雙面打印。3 書(shū)寫(xiě)要

2、求正文內(nèi)容手工雙面或單面書(shū)寫(xiě)，字跡清楚，每頁(yè)20行左右，每行30字左右，排列整齊；頁(yè)碼居中寫(xiě)在頁(yè)面下方；紙面上下左右4側(cè)邊距均為2厘米。公式單占一行居中書(shū)寫(xiě)；插圖要有圖號(hào)和圖題，圖號(hào)和圖題書(shū)寫(xiě)在插圖下方；表格要有表號(hào)和表題，表號(hào)和表題在表格上方書(shū)寫(xiě)；物理量單位和符號(hào)、參考文獻(xiàn)引用和書(shū)寫(xiě)以及圖紙繪制要符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定；有關(guān)細(xì)節(jié)可參考我院畢業(yè)設(shè)計(jì)成品規(guī)范。4 裝訂裝訂順序：封面，設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，正文及參考資料，封底；左邊為裝訂邊，三釘裝訂，中間釘反向裝訂。5 成績(jī)?cè)u(píng)定設(shè)計(jì)成績(jī)一般由出勤（10分）、報(bào)告書(shū)寫(xiě)規(guī)范性及成品質(zhì)量（50分）、考核（40分）三部分成績(jī)合成后折合為優(yōu)秀（90100分）、良好（808

3、9分）、中（7079分）、及格（6069分）或不及格（60分以下）。設(shè)計(jì)考核可采取筆試、機(jī)試或其它合適的方式；不參加考核或不交報(bào)告者成績(jī)?yōu)榱惴帧Ｄ：刂扑惴ㄑ芯?、 課程設(shè)計(jì)的目的：1. 通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，進(jìn)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設(shè)計(jì)過(guò)程。2. 提高學(xué)生有關(guān)控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)能力；3. 熟悉Matlab語(yǔ)言以及在智能控制設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。二、課程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容：假設(shè)系統(tǒng)的模型可以用二階加純滯后表示，即傳遞函數(shù)為。其中各參數(shù)分別為。圖1 模糊控制系統(tǒng)Simulink仿真模型圖1、 用Matlab中的Simulink工具箱，組成一個(gè)模糊控制系統(tǒng)，如圖1所示。2、采用模

4、糊控制算法，設(shè)計(jì)出能跟蹤給定輸入的模糊控制器，對(duì)被控系統(tǒng)進(jìn)行仿真，繪制出系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)。（1）模糊集合及論域的定義對(duì)誤差E、誤差變化EC機(jī)控制量U的模糊集合及其論域定義如下：E、EC和U的模糊集合均為：NB、NM、NS、0、PS、PM、PBE和EC的論域?yàn)椋?6、-5、-4、-3、-2、-1、0、1、2、3、4、5、6U的論域?yàn)椋?6、-5、-4、-3、-2、-1、0、1、2、3、4、5、6上述的三個(gè)模糊集合都選取了7個(gè)元素，主要目的是著眼于提高穩(wěn)態(tài)精度。E、EC和U的隸屬度函數(shù)圖形如圖2,3,4 所示：圖2 變量E的隸屬度函數(shù) 圖3 變量EC的隸屬度函數(shù) 圖4 變量U的隸屬度函數(shù)（2）模

5、糊控制規(guī)則設(shè)計(jì)模糊控制規(guī)則如下表所示：表1 模糊控制規(guī)則 NB NM NS ZO PS PM PBNBNMNSZOPSPMPBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNMNMNSZOZONBNMNSNSZOPSPSNBNMNSZOPSPMPBNSNSZOPSPSPMPBZOZOPSPMPMPBPBPBPBPBPBPBPBPB （3）系統(tǒng)的參數(shù)選擇系統(tǒng)所選用的參數(shù)為：Saturation、Saturation1、Saturation2的范圍分別為：-6 6、-6 6、-6 6，Transport Delay=2S。通過(guò)調(diào)試得到模糊

6、控制的參數(shù)：Gain1=0.7，Gain=1.8，Gain2=1（4）仿真結(jié)果：系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)如圖5所示，其中上方的曲線(xiàn)代表系統(tǒng)的階躍響應(yīng)，下方的曲線(xiàn)是系統(tǒng)的模糊控制量的變化。圖5 階躍輸入的響應(yīng)曲線(xiàn)圖本設(shè)計(jì)中控制系統(tǒng)性能的要求為：， 。由圖5中曲線(xiàn)可知：28% 符合要求 65s 符合要求 2.3% 符合要求3、改變模糊控制器中模糊變量的隸屬度函數(shù)，分析隸屬度函數(shù)和模糊控制規(guī)則對(duì)模糊控制效果的影響。比較那種情況下的控制效果較好。如下圖所示改變模糊控制器中的隸屬度函數(shù)為梯形隸屬函數(shù)。圖7 變量E的隸屬度函數(shù)圖8 變量EC的隸屬度函數(shù)圖9 變量U的隸屬度函數(shù)此時(shí)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)為：圖 10

7、系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)由以上的仿真結(jié)果可以看出梯形隸屬度函數(shù)的系統(tǒng)性能沒(méi)有三角形隸屬度函數(shù)的系統(tǒng)性能好。此時(shí)系統(tǒng)的超調(diào)量變大，上升時(shí)間增大，穩(wěn)態(tài)誤差變大。4、給系統(tǒng)加上擾動(dòng)，觀(guān)察此時(shí)的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)，看系統(tǒng)是否仍然穩(wěn)定，并與無(wú)擾動(dòng)情況下的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)進(jìn)行比較。并比較模糊控制和PID控制的魯棒性。(1)加擾動(dòng)時(shí)的模型圖如圖11所示（其中step1為幅值為0.02的階躍信號(hào)）。圖11 加擾動(dòng)后的系統(tǒng)模型圖系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)為： 圖12 系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線(xiàn) 由圖可知，系統(tǒng)加上擾動(dòng)之后，系統(tǒng)仍然是穩(wěn)定的，系統(tǒng)性能指標(biāo)變化不大，說(shuō)明有著良好的魯棒性。究其原因，在Saturation2之前加的擾動(dòng)，相當(dāng)于被控制

8、對(duì)象的輸入量在對(duì)應(yīng)時(shí)刻又并聯(lián)了一個(gè)輸入，從而在對(duì)應(yīng)的各個(gè)時(shí)刻相當(dāng)于增益變大；顯而易見(jiàn)，的增大，有助于系統(tǒng)的穩(wěn)定，但是會(huì)使超調(diào)量變大。調(diào)整時(shí)間變小，與實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是吻合的。5、改變系統(tǒng)的參數(shù)，了解模糊控制在系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)的控制效果。并與控制器作用下系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)的控制效果進(jìn)行比較，思考模糊控制相對(duì)于傳統(tǒng)控制的優(yōu)點(diǎn)。（1）當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)增益k分別取k=35,k=40和k=45時(shí)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)如圖所示。（2）當(dāng)系統(tǒng)純延時(shí)分別取、和時(shí)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)如圖所示。圖14系統(tǒng)純滯后時(shí)間變化對(duì)系統(tǒng)階躍響應(yīng)的影響（3） 當(dāng)系統(tǒng)慣性時(shí)間常數(shù)分別取 、和時(shí)系統(tǒng)的階躍響。 從圖可以看出增大K值，系統(tǒng)的上升時(shí)間減小，此

9、時(shí)超調(diào)量稍有增加；當(dāng)系統(tǒng)的純滯后時(shí)間增大時(shí)，系統(tǒng)的超調(diào)量增加較大。系統(tǒng)的慣性時(shí)間常數(shù)增大后使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能有所降低，當(dāng)時(shí)間常數(shù)T2增大時(shí)上升時(shí)間增大，但超調(diào)量有所降低。三、模糊控制的優(yōu)點(diǎn)模糊控制是一種基于規(guī)則的控制，它直接采用語(yǔ)言型控制規(guī)則，出發(fā)點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)操作人員的控制經(jīng)驗(yàn)或相關(guān)專(zhuān)家的知識(shí)，在設(shè)計(jì)中不需要建立被控對(duì)象的精確的數(shù)學(xué)模型，因而使得控制機(jī)理和策略易于接受與理解，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，便于應(yīng)用。模糊控制是基于啟發(fā)性的知識(shí)及語(yǔ)言決策規(guī)則設(shè)計(jì)的，這有利于模擬人工控制的過(guò)程和方法，增強(qiáng)控制系統(tǒng)的適應(yīng)能力，使之具有一定的智能水平。通過(guò)本設(shè)計(jì)可以知道，模糊控制具有能夠得到良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，并且不需要知道被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，適應(yīng)性強(qiáng)，上升時(shí)間快，魯棒性好。 與PID控制相比有著很大的優(yōu)勢(shì)，采用PID控制雖然穩(wěn)態(tài)性能較好，但是難以得到滿(mǎn)意的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，并且魯棒性差。模糊控制也有著自身的缺點(diǎn)，容易受到模糊規(guī)則等級(jí)的限制而引起誤差，需要進(jìn)一步改進(jìn)。4、 總結(jié)通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)增加了對(duì)模糊調(diào)節(jié)器的理解，認(rèn)識(shí)到了模糊控制器的優(yōu)缺點(diǎn)。并進(jìn)一步熟練了用Matlab中Simulink工具箱的應(yīng)用，提高了自己的動(dòng)手能力。然而由于對(duì)matlab軟件的使用不熟練，設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了困難，但