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时间:2020-03-07
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1、《智能控制技术》实验指导书韦中利编写适用专业:自动化电气工程及其自动化江苏科技大学电子信息学院2011年3月前言智能控制课程是自动化、电气工程及其自动化等专业的主要技术基础课。主要是通过本课程的学习,使学生了解智能控制的基本理论、智能控制系统的分析方法和工程应用,了解智能控制发展前沿动态等。为了使学生更好地理解和深刻地把握这些知识,并在此基础上训练和培养学生使用MATLAB的能力以及进行系统仿真的设计技能,设置了“模糊控制与传统PID控制的性能比较”以及“神经元自适应PID控制仿真研究”2个实验项目,2
2、个皆为综合性实验。模糊控制与传统PID控制的性能比较实验,主要通过本实验的学习,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。神经元自适应PID控制仿真研究实验,主要是通过本实验的学习,使学生了解传统PID控制、神经元自适应控制等基本知识,掌握传统PID控制器设计、掌握基于二次型性能指标学习算法的单神经元自适应PID控制等知识,训练学生设
3、计控制器的能力,培养他们利用MATLAB进行仿真的技能,为今后继续神经网络控制理论的研究以及控制仿真等学习奠定基础。实验一:模糊控制与传统PID控制的性能比较实验学时:2实验类型:设计实验要求:必修一、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
4、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
5、、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
6、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1-1FC的模糊推理规则表uee’NBNSZRPSPBNBPBPBPSPSZRNSPBPSPSZRZRZRPSPSZRZRNSPSPSZRZRNSNSPBZRZRNSNSNB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、
7、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、思考题1.模糊控制器的控制性能是否一定优于传统PID控制器?2.如果选用模糊控制工具箱,如何进行设计、仿真?八、
8、实验报告实验报告书应包括以下内容1.实验预习内容:对本次实验进行认真的预习,并写好预习报告,在预习报告中要写出实验目的、要求,需要用到的仪器设备、物品资料以及简要的实验步骤,形成一个操作提纲;写出模糊控制器传统PID控制器的设计过程,写出MATLAB实验程序的编写。2.实验记录内容:开始实验时,应该将记录本放在近旁,将实验中所做的每一步操作、观察到的现象和所测得的数据及相关条件如实地记录下来;写出实验调试以及参数修改的过程,并记录实验结果的
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