智能控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

1、智能控制技術(shù)適用專(zhuān)業(yè)：a動(dòng)化電氣工程及其自動(dòng)化2011 年3月智能控制課程就是自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化等專(zhuān)業(yè)得主要技術(shù) 基礎(chǔ)課。主要就是通過(guò)本課程得學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解智能控制得基本理論、 智能控制系統(tǒng)得分析方法與工程應(yīng)用，了解智能控制發(fā)展前沿動(dòng)態(tài)等。為了使學(xué)生更好地理解與深刻地把握這些知識(shí)，并在此基礎(chǔ)上訓(xùn)練與 培養(yǎng)學(xué)生使用MATLA B得能力以及進(jìn)行系統(tǒng)仿真得設(shè)計(jì)技能,設(shè)置了 “模 糊控制與傳統(tǒng)PID控制得性能比較”以及“神經(jīng)元自適應(yīng)PI D控制仿真研究” 2個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，2個(gè)皆為綜合性實(shí)驗(yàn)。模糊控制與傳統(tǒng)PID控制得性能比較實(shí)驗(yàn)，主要通過(guò)本實(shí)驗(yàn)得學(xué)習(xí), 使學(xué)生了解傳統(tǒng)PID控制、模糊控制等基本

2、知識(shí)，掌握傳統(tǒng)P I D控制器設(shè)計(jì)、模糊控制器設(shè)計(jì)等知識(shí),訓(xùn)練學(xué)生設(shè)計(jì)控制器得能力，培養(yǎng)她們利 用MATLAB進(jìn)行仿真得技能，為今后繼續(xù)模糊控制理論研究以及控制仿真 等學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。神經(jīng)元自適應(yīng)PI D控制仿真研究實(shí)驗(yàn)，主要就是通過(guò)本實(shí)驗(yàn)得學(xué)習(xí),使學(xué)生了解傳統(tǒng)PID控制、神經(jīng)元自適應(yīng)控制等基本知識(shí)，掌握傳統(tǒng)PID 控制器設(shè)計(jì).掌握基于二次型性能指標(biāo)學(xué)習(xí)算法得單神經(jīng)元自適應(yīng)PID 控制等知識(shí)，訓(xùn)練學(xué)生設(shè)計(jì)控制器得能力，培養(yǎng)她們利用MATLAB進(jìn)行仿 真得技能為今后繼續(xù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制理論得研究以及控制仿真等學(xué)習(xí)奠 定基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)一:模糊控制與傳統(tǒng)P I D控制得性能比較實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí):2實(shí)驗(yàn)類(lèi)型:設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)要

3、求:必修-X實(shí)驗(yàn)?zāi)康猛ㄟ^(guò)本實(shí)驗(yàn)得學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解傳統(tǒng)P1 D控制、模糊控制等基本知識(shí)，掌握傳統(tǒng)PID控制器設(shè)計(jì)、模糊控制器設(shè)計(jì)等知識(shí)JI練學(xué)生設(shè)訃控制器得能力，培養(yǎng)她們 利用MATLAB進(jìn)行仿真得技能，為今后繼續(xù)模糊控制理論研究以及控制仿真等學(xué)習(xí) 奠定基礎(chǔ)。二.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)主要就是設(shè)計(jì)一個(gè)典型環(huán)節(jié)得傳統(tǒng)P ID控制器以及模糊控制器,并對(duì)她們得控制性能進(jìn)行比較。主要涉及自控原理、訃算機(jī)仿真、智能控制、模糊控制等 知識(shí)。通常得工業(yè)過(guò)程可以等效成二階系統(tǒng)加上一些典型得非線性環(huán)節(jié)如死區(qū)、飽與、 純延遲等。這里，我們假設(shè)系統(tǒng)為:H二20円血/（1、6s+4. 4S+1）控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有0、0 7得死區(qū)

4、與0、7得飽與區(qū),取樣時(shí)間間隔T=0、Olo設(shè)計(jì)系統(tǒng)得模糊控制，并與傳統(tǒng)得P I D控制得性能進(jìn)行比較。三、實(shí)驗(yàn)原理、方法與手段K實(shí)驗(yàn)原理：1）對(duì)典型二階環(huán)節(jié)根據(jù)傳統(tǒng)PID控制，設(shè)計(jì)PID控制器，選擇合適得PID控制器 參數(shù) kp、k i、kd：2）根據(jù)模糊控制規(guī)則，編寫(xiě)模糊控制器。2、實(shí)驗(yàn)方法與手段：1）在PID控制仿真中，經(jīng)過(guò)仔細(xì)選擇，我們?nèi)p=5,ki=0、1, kd=O、00 I :2 ）在模糊控制仿真中，我們?nèi)e= 6 O,k,=0> 0Lkd=2 . 5, ku二0、8;3）模糊控制器得輸出為：u= kuXfu zzy （ keXe, k Xe） -k,X ； e dt其

5、中積分項(xiàng)用于消除控制系統(tǒng)得穩(wěn)態(tài)誤差。4 ）模糊控制規(guī)則如表M 所示：在MATLAB程丿芋中,N d用于表示系統(tǒng)得純延遲（Nd=td / T）, u min用于表示控制 得死區(qū)電平，Umax用于表示飽與電平。當(dāng)Nd=0時(shí)，表示系統(tǒng)不存在純延遲。5）根據(jù)上述給定內(nèi)容，編寫(xiě)PID控制器、模糊控制器得MATLAB仿真程序，并記 錄仿真結(jié)果，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。表1-1 FC得模糊推理規(guī)則表NBNSZRPSPBPBPBPSPSZRNSP BPSPSZRZRZRPSPSZRZRNSPSPSZRZRNSNSPBZRZRNSNSNB四.實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求根據(jù)本實(shí)驗(yàn)得綜合性、設(shè)計(jì)性特點(diǎn)以及要求學(xué)生自主設(shè)計(jì)MATLAB

6、仿真程序 得要求以及我們實(shí)驗(yàn)室得具體實(shí)驗(yàn)條件本實(shí)驗(yàn)釆用以學(xué)生自主訓(xùn)練為主得開(kāi)放模式 組織教學(xué)。五. 實(shí)驗(yàn)條件1、裝有M ATLAB6、5得計(jì)算機(jī);2、智能控制技術(shù)教材;3、模糊控制教材;4、智能控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)。六. 實(shí)驗(yàn)步驟1、學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)要求,査閱、學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí);2、設(shè)訃典型二階環(huán)節(jié)得PID控制器以及模糊控制器;3、編場(chǎng)MATLAB仿真程丿了;4、上機(jī)調(diào)試程序，修改程序修改控制器得參數(shù)等;5、對(duì)實(shí)驗(yàn)程序仿真并記錄仿真結(jié)果;6、對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析書(shū)寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)。七. 思考題模糊控制器得控制性能就是否一定優(yōu)于傳統(tǒng)PID控制器?2、如果選用模糊控制工具箱，如何進(jìn)行設(shè)計(jì)

7、、仿真?八. 實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)應(yīng)包括以下內(nèi)容K實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)內(nèi)容:對(duì)本次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行認(rèn)真得預(yù)習(xí)并寫(xiě)好預(yù)習(xí)報(bào)告在預(yù)習(xí)報(bào)告中要寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?求需要用到得儀器設(shè)備、物品資料以及簡(jiǎn)要得實(shí)驗(yàn)步驟形成一個(gè)操作提綱;寫(xiě)出模糊控制器傳統(tǒng)PID控制器得設(shè)計(jì)過(guò)程，寫(xiě)出MATLAB實(shí)驗(yàn)程序得編寫(xiě)。2、實(shí)驗(yàn)記錄內(nèi)容:開(kāi)始實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)該將記錄本放在近旁將實(shí)驗(yàn)中所做得每一步操作、觀察到得現(xiàn)象 與所測(cè)得得數(shù)據(jù)及相關(guān)條件如實(shí)地記錄下來(lái);寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)調(diào)試以及參數(shù)修改得過(guò)程，并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果得變化以及最終得仿真結(jié)3、實(shí)驗(yàn)報(bào)告部分:使用現(xiàn)行得“實(shí)驗(yàn)報(bào)告簿”書(shū)寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告;主要內(nèi)容包括對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，回答思考題提出實(shí)驗(yàn)結(jié)論或提出自己得瞧法等。注：以上3

8、部分內(nèi)容應(yīng)在同一個(gè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)中完成。實(shí)驗(yàn)二:神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制仿真研究實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí):2實(shí)驗(yàn)類(lèi)型:設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)要求:必修-X實(shí)驗(yàn)?zāi)康猛ㄟ^(guò)本實(shí)驗(yàn)得學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解傳統(tǒng)P1D控制、神經(jīng)元自適應(yīng)控制等基本知識(shí).掌握傳統(tǒng)PID控制器設(shè)訃、掌握基于二次型性能指標(biāo)學(xué)習(xí)算法得單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制等知識(shí)訓(xùn)練學(xué)生設(shè)訃控制器得能力，培養(yǎng)她們利用MA TLAB進(jìn)行仿真得技能，為今后繼續(xù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制理論得研究以及控制仿真等學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。二.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)主要就是學(xué)習(xí)應(yīng)用最優(yōu)二次型性能指標(biāo)學(xué)習(xí)算法進(jìn)行控制器得設(shè)計(jì)仿真 研究。主要涉及自控原理、計(jì)算機(jī)仿真、智能控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等知識(shí)綜合性較 強(qiáng)。設(shè)被控對(duì)象過(guò)程模型為：yo

9、ut ( k) = 0、3 6 8 y out(k- 1 )+0、26 4 yout(k- 2 )+u( k - d )+0、632u( k-d- 1 ) + g (k)應(yīng)用最優(yōu)二次型性能指標(biāo)學(xué)習(xí)算法進(jìn)行仿真研究，最后要求得出神經(jīng)元自適應(yīng) PID跟蹤及中權(quán)值變化結(jié)果。三.實(shí)驗(yàn)原理.方法與手段U實(shí)驗(yàn)原理:在最優(yōu)控制理論中，采用二次型性能指標(biāo)來(lái)計(jì)算控制律可以得到所期望得優(yōu)化 效果。在神經(jīng)元學(xué)習(xí)算法中，也可借助最優(yōu)控制中二次型性能指標(biāo)得思想在加權(quán)系數(shù) 得調(diào)整中引入二次型性能指標(biāo)，使輸出誤差與拎制增量加權(quán)平方與為最小來(lái)調(diào)整加 權(quán)系數(shù)，從而間接實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出誤差與控制增量加權(quán)平方與為最小來(lái)調(diào)整加權(quán)系數(shù)，從

10、而間接實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出誤差與控制增量加權(quán)得約束控制。設(shè)性能指標(biāo)為:式中，分別為輸出誤差與控制增量得加權(quán)系數(shù)，與為時(shí)刻參考輸入與輸出。神經(jīng)元得輸出為:出仗）=I巧伙一 1） +弘K（P%乙旺伙）-盛（叫齊伙）片伙） /I3叫伙）=叫伙一1）+珈（"（心伙）尤2伙）一盛（州伙）?；铮┴?（幻J-I用3伙）=用3伙-1） + "dK（PZv伙）?。ɑ?QK為他伙）易伙）?。ɑ?r-I2、實(shí)驗(yàn)方法與手段：1 ）應(yīng)用最優(yōu)二次型性能指標(biāo)學(xué)習(xí)算法進(jìn)行仿真研究弋（k）為在1 0O個(gè)采樣時(shí) 間得外加干擾，g 000）=0、10,輸入為階躍響應(yīng)信號(hào)rin（k）=l. 0;2）啟動(dòng)時(shí)采用開(kāi)環(huán)控制，取

11、11=0、17 2 6,K=0、02,P=2,Q=Ud =6；3）比例、積分、微分三部分加權(quán)系數(shù)學(xué)習(xí)速率分別取n 1=4, nP=12 0, nd=i59, 3（0） =0、34*3 2（0 ）=0、32,33（0） =0、33;4）利用MATLAB編寫(xiě)仿真程序，得出神經(jīng)元自適應(yīng)P I D跟蹤及中權(quán)值變化結(jié)果。五、實(shí)驗(yàn)條件1、裝有MATLAB6、5得計(jì)算機(jī);2、智能控制技術(shù)教材;3、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制教材;4、智能控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)。六.實(shí)驗(yàn)步驟1、學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)內(nèi)容并根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)要求査閱、學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí);2、設(shè)計(jì)應(yīng)用最優(yōu)二次型性能指標(biāo)學(xué)習(xí)算法進(jìn)行仿真研究得單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制器;3、編寫(xiě)MATLAB仿真程丿芋;4、上機(jī)調(diào)試程序，修改程序、修改控制器得參數(shù)等;5、對(duì)實(shí)驗(yàn)程序仿真并記錄仿真結(jié)果;6、對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析書(shū)寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)。七-思考題如果選用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱進(jìn)行仿真結(jié)果如何?如何進(jìn)行仿真?八.實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)應(yīng)包括以下內(nèi)容K實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)內(nèi)容:對(duì)本次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行認(rèn)真得預(yù)習(xí)，并寫(xiě)好預(yù)習(xí)報(bào)告在預(yù)習(xí)報(bào)告中要寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)U得、要 求需要用到得儀器設(shè)備、物品資料以及簡(jiǎn)要得實(shí)驗(yàn)步驟，形成一個(gè)操作提綱;寫(xiě)出應(yīng)用最優(yōu)二次型性能指標(biāo)學(xué)習(xí)算法進(jìn)行仿真研究得設(shè)計(jì)過(guò)程，寫(xiě)出MATLA B實(shí)驗(yàn)程序得編寫(xiě)。2、實(shí)驗(yàn)記錄內(nèi)容:開(kāi)始實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)該將記錄本放在近旁將實(shí)驗(yàn)中所做得每一步操作、觀察到得現(xiàn)象