智能控制之专家系统的设计.doc

题目 题目一、需要对专家控制规则做出明确的设计、编写控制器程序并作解释。 已知典型二阶系统的单位阶跃响应输出曲线和误差曲线如图1所示。假设某二阶系统的的传递函数为，对象采样时间为1ms，试设计一个专家PID控制器，根据其响应误差制定专家控制规则，以改善响应特性，并进行Matlab仿真。 专家PID控制过程分析 专家控制的实质是基于受控对象和控制规律的各种知识，并以智能的方式利用这些知识来设计控制器。利用专家经验来设计PID参数便构成了专家PID控制。 (1)首先通过传递函数离散取样，采样时间间隔为1ms。 (2)然后取PID初始值：kp=0.6; ki=0.03; kd=0.01; (3)二阶系统阶跃过程分析如下，取阶跃信号rin（k）=1 令e(k)表示离散化的当前采样时刻的误差值，e(k-1)、e(k-2)、分别表示前一个和前两个采样时刻的误差值，则有 根据误差及其变化，对二阶系统单位阶跃响应误差曲线做如下定性分析： 首先定义如下参数: 误差界限，;其中可取0.8，0.6，0.4，三值,M2=0.1 增益抑制系数，；=0.5 增益放大系数，；=2 第k次和第k-1次控制器输出; =0.001—————任意小正实数。 Ⅰ.时,说明误差的绝对值已经很大。不论误差变化趋势如何，都应考虑控制器按定值0.7输出。以达到迅速调整误差，使得误差绝对值以最大速度减小，同时避免超调。此时，它相当于开环控制。同理，当，定值输出0.5；当，定值输出0.2。 Ⅱ.当，说明误差很大，并且在朝着误差绝对值增大方向变化，这时可以考虑由控制器实施较强的控制作用，使得误差绝对值朝减小方向变化，迅速减小误差的绝对值，控制器的输出为 当，说明误差一般大，并且在朝着误差绝对值增大的方向变化，这时可以考虑实施一般的控制作用，扭转误差变化的趋势，使其朝误差绝对值减小的方向变化，控制器的输出为 Ⅲ.当时，即，说明误差向着绝对值减小的方向变化或者已经达到平衡状态。此时可以考虑保持控制器输出不变。 u(k)= Kp*e(k)+Kd*(e(k)-e(k-1))/ts+Ki*(e(k)+e(k)*ts)。 Ⅳ.当时，即且 ，说明误差处于极值状态并且误差绝对值较大，可以考虑实施较强的控制作用，即 当时，说明误差处于极值状态并且误差绝对值较小，可以考虑实施较弱的控制作用，即 Ⅴ.当（精度）时，说明误差绝对值很小，此时加入积分环节，减小稳态误差。此时控制器输出为：u(k)=kp*e(k) +ki*(e(k)+e(k)*ts)。 综上所述，（0，t1），（t2，t3），（t4，t5）这几个区域，误差朝绝对值减小的方向变化，此时可以采取等待措施，相当于实施开环控制；（t1，t2），（t3，t4）这几个区域，误差朝着绝对值增大的方向变化，根据误差的大小分别实施较强或者一般的控制作用，以抑制动态误差。、 （4）最后写出线性模型及当前采样时刻的误差值： （5）循环以上(3)—(4)步，循环次数为1000次。 （6）画出专家PID控制阶跃响应曲线图（a）和误差响应曲线（b）。 专家PID控制系统阶跃响应曲线图（a） 误差响应曲线（b） (7)程序部分 %Expert PID Controller clear all close all ts=0.001; %采样周期 sys=tf(133,[1,25,0]); %tf表示给出分子和分母系数生成一个传递函数sys dsys=c2d(sys,ts,z); %将连续形式sys转化为离散形式dsys，采样周期为1ms，z表示零阶保持器 [num,den]=tfdata(dsys,v); %num表示分子，den表示分母，tfdata表示取离散形式dsys的分子分母，v表示取出的数据保存为行向量的形式 u_1=0;u_2=0; y_1=0;y_2=0; x=[0,0,0]; %x(1) x(2) x(3)分别对应PID中比例、微分、积分项 x2_1=0; kp=1.64; ki=0.03; kd=0.01; k1=2; k2=0.5; error_1=0; for k=1:1:1000 time(k)=k*ts; r(k)=1; %单位阶跃输入 u(k)=kp*x(1)+kd*x(2)+ki*x(3); %PID Controller %Expert control rule if abs(x(1))0.8