《智能控制》課程設計報告專業：自動化班級：3班學號：20080220321學生姓名：劉禹墨時間：11年12月30日～12年1月6日―――――――以下指導教師填寫―――――分項成績：出勤設計報告總成績：指導教師：設計報告要求和成績評定1報告內容設計任務書〔設計方案〕，正文，參考資料。設計任務書〔設計方案〕由學生所在系安排指導教師編寫，內容包括設計地點、時間、安排和設計內容和要求等。正文內容一般包括：〔1〕設計簡述〔設計時間、設計地點，設計方式等〕；〔2〕設計內容表達；〔3〕設計成品(圖紙、表格或計算結果等)；〔4〕設計小結和建議。參考資料包括參考書和現場技術資料等。2書寫用紙A4復印紙；封面、設計任務書要求雙面打印。3書寫要求正文內容手工雙面或單面書寫，字跡清楚，每頁20行左右，每行30字左右，排列整齊；頁碼居中寫在頁面下方；紙面上下左右4側邊距均為2厘米。公式單占一行居中書寫；插圖要有圖號和圖題，圖號和圖題書寫在插圖下方；表格要有表號和表題，表號和表題在表格上方書寫；物理量單位和符號、參考文獻引用和書寫以及圖紙繪制要符合有關標準規定；有關細節可參考我院《畢業設計成品標準》。4裝訂裝訂順序：封面，設計任務書，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成績評定設計成績一般由出勤〔10分〕、報告書寫標準性及成品質量〔50分〕、考核〔40分〕三局部成績合成后折合為優秀〔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〕。設計考核可采取筆試、機試或其它適宜的方式；不參加考核或不交報告者成績為零分。模糊控制算法研究一、課程設計的目的：1.通過本次課程設計，進一步了解模糊控制的根本原理、模糊模型的建立和模糊控制器的設計過程。2.提高學生有關控制系統的程序設計能力；3.熟悉Matlab語言以及在智能控制設計中的應用。二、課程設計的根本內容：假設系統的模型可以用二階加純滯后表示，即傳遞函數為。其中各參數分別為。圖1模糊控制系統Simulink仿真模型圖1、用Matlab中的Simulink工具箱，組成一個模糊控制系統，如圖1所示。2、采用模糊控制算法，設計出能跟蹤給定輸入的模糊控制器，對被控系統進行仿真，繪制出系統的階躍響應曲線。〔1〕模糊集合及論域的定義對誤差E、誤差變化EC機控制量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、PB}E和EC的論域為：{-6、-5、-4、-3、-2、-1、0、1、2、3、4、5、6}U的論域為：{-7、-6、-5、-4、-3、-2、-1、0、1、2、3、4、5、6、7}上述的三個模糊集合都選取了7個元素，主要目的是著眼于提高穩態精度。E、EC和U的隸屬度函數圖形如圖2,3,4所示：圖2變量E的隸屬度函數圖3變量EC的隸屬度函數圖4變量U的隸屬度函數〔2〕模糊控制規那么設計模糊控制規那么如下表所示：表1模糊控制規那么EUECNBNMNS0PSPMPBNBPSPSPSPSPMPBPBNMNSPSPSPSPMPMPBNSNMNS00PSPMPM0NBNMNS0PSPMPMPSNBNMNS00PSPMPMNBNBNMNSNSPSPSPBNBNBNMNSNSNSPS〔3〕系統的參數選擇系統所選用的參數為：Saturation、Saturation1、Saturation2的范圍分別為：[-66]、[-66]、[-77]，TransportDelay=2S。通過調試得到PID模糊控制的參數：Gain1=2.3，Gain=1.8，Gain2=0.07〔4〕仿真結果：系統的階躍響應曲線如圖5所示，其中上方的曲線代表系統的階躍響應，下方的曲線是系統的模糊控制量的變化。圖5階躍輸入的響應曲線圖本設計中控制系統性能的要求為：σp=20%-30%，τs由圖5中曲線可知：σpτsess圖6、系統開環傳函的bode圖3、改變模糊控制器中模糊變量的隸屬度函數，分析隸屬度函數和模糊控制規那么對模糊控制效果的影響。比擬那種情況下的控制效果較好。如下列圖所示改變模糊控制器中的隸屬度函數為梯形隸屬函數。圖7變量E的隸屬度函數圖8變量EC的隸屬度函數圖9變量U的隸屬度函數此時系統的階躍響應曲線為：圖10系統的階躍響應曲線由圖10中曲線可知道：στe由以上的仿真結果可以看出梯形隸屬度函數的系統性能沒有三角形隸屬度函數的系統性能好。此時系統的超調量變大，上升時間增大，穩態誤差變大。4、給系統加上擾動，觀察此時的階躍響應曲線，看系統是否仍然穩定，并與無擾動情況下的階躍響應曲線進行比擬。并比擬模糊控制和PID控制的魯棒性。(1)加擾動時的模型圖如圖11所示〔其中step1為幅值為0.02的階躍信號〕。圖11加擾動后的系統模型圖系統的階躍響應曲線為：圖12系統的階躍響應曲線由圖12中曲線可知道：σpτsess分析：由數據可知，系統加上擾動之后，系統仍然是穩定的，系統性能指標變化不大，說明有著良好的魯棒性。究其原因，在Saturation2之前加的擾動，相當于被控制對象的輸入量在對應時刻又并聯了一個輸入，從而在對應的各個時刻相當于增益變大；顯而易見，的增大，有助于系統的穩定，但是會使超調量變大。調整時間變小，與實驗的結果是吻合的。5、改變系統的參數，了解模糊控制在系統參數發生變化時的控制效果。并與ＰＩＤ控制器作用下系統參數發生變化時的控制效果進行比擬，思考模糊控制相對于傳統控制的優點?！?〕當系統開環增益k分別取k=35,k=40和k=45時系統的階躍響應如圖13所示。圖13系統開環增益變化對系統階躍響應的影響〔2〕當系統純延時τ分別取τ=1.5s、τ=2s和τ=2.5s時系統的階躍響應如圖14所示。圖14系統純滯后時間變化對系統階躍響應的影響〔3〕當系統慣性時間常數T2分別取T2=50s、T圖15系統較大的時間常數變化對系統階躍響應的影響從圖13可以看出增大K值，系統的上升時間減小，此時超調量稍有增加；從圖14可以看出當系統的純滯后時間增大時，系統的超調量增加較大。從圖15可以看出系統的慣性時間常數增大后使系統動態性能有所降低，當時間常數T2增大時上升時間增大，但超調量有所降低。三、模糊控制的優點通過本設計可以知道，模糊控制具有能夠得到良好的動態響應性能，并且不需要知道被控對象的數學模型〔當然本實驗中是道的〕，適應性強，上升時間快，魯棒性好。與PID控制相比有著很大的優勢，采用PID控制雖然穩態性能較好，但是難以得到滿意的動態響應性能，并且魯棒性差。當然，模糊控制也有著自身的缺點，容易受到模糊規那么等級的限制而引起誤差，需