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1、《智能控制》考试试题试题1：针对某工业过程被控对象：G(s)20e0.5s，试分别设计常规PID(10s1)(2s1)算法控制器、模糊控制器、模糊自适应PID控制器，计算模糊控制的决策表，并进行如下仿真研究及分析：1.比较当被控对象参数变化、结构变化时，四者的性能；2.研究改善Fuzzy控制器动、静态性能的方法。解：常规PID、模糊控制、Fuzzy自适应PID控制、混合型FuzzyPID控制器设计错误!未找到引用源。.常规PID调节器PID控制器也就是比例、积分、微分控制器，是一种最基本的控制方式。它是根据给定值r(t)与实际输出值y(t)构成控制偏差e(
2、t)，从而针对控制偏差进行比例、积分、微分调节的一种方法，其连续形式为：1te(t)dtTdde(t)（1.1）u(t)Kp[e(t)]Ti0dt式中，Kp为比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数。PID控制器三个校正环节中Kp，Ti和Td这三个参数直接影响控制效果的好坏，所以要取得较好的控制效果，就必须合理地选择控制器的参数。Ziegler和Nichols提出的临界比例度法是一种非常著名的工程整定方法。通过实验由经验公式得到控制器的近似最优整定参数，用来确定被控对象的动态特性的两个参数：临界增益Ku和临界振荡周期Tu。用临界比例度法整定PID参
3、数如下：表1.1临界比例度法参数整定公式控制器类型KPTiTdP0.5Ku0PI0.455Ku0.833Tu0PID0.6Ku0.5Tu0.125Tu据以上分析，通过多次整定，当Kp1.168时系统出现等幅振荡，从而临界增益Ku1.168，再从等幅振荡曲线中近似的测量出临界振荡周期Tu5.384，最后再根据表1.1中的PID参数整定公式求出：Kp0.701,Ti2.692,Td0.673，从而求得：比例系数Kp0.701，积分系数KiKp/Ti0.260，微分系数KdKpTd0.472。基此，可搭建如图1.1所示的PID控制系统Simulink仿真模型，仿
4、真得到系统阶跃响应曲线如图1.2（a）所示。图1.1PID控制系统Simulink仿真模型1.81.51.61.41.211))t(ty(y0.80.60.50.40.20005101520253035400510152025303540Time(s)Time(s)图1.2（a）(b)临界比例度法整定的系统阶跃响应曲线错误!未找到引用源。.模糊控制器由于模糊控制采用了模糊似人推理机制，所以其控制机理较传统的PID控制更加接近于人工智能。一般地，一个完整的模糊控制系统结构如图1.3所示。下面基于MATLAB模糊逻辑工具箱设计模糊控制器。图1.3模糊控制器的基
5、本结构1）论域及隶属度函数的建立若取E、EC、U的论域均为6,5,4,3,2,1,0,1,2,3,4,5,6，其模糊子集都为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}。在MATLAB中键入命令FUZZY，进入模糊逻辑编辑窗口FISEditor。建立E、EC、U的隶属度函数，有三角形、高斯形、梯形等11种可供选择，在此选常用的三角形（trimf）隶属度函数。图1.4为E、EC、U的隶属度函数。图1.4E、EC、U的隶属度函数2）模糊控制规则及决策方法控制规则是对专家理论知识与实践经验的总结，共有49条模糊控制规则，如表1.2所示。在RulesEditor窗
6、口中输入这49条控制规则，例如：ifEisNBandECisNSthenUisNB。表1.2模糊控制规则表EUNBNBNBNMNBNSNBZONBPSNMPMNSPBZOECNMNBNBNMNMNSZOZONSNBNMNMNSZOZOZOZONMNSNSZOPSPSPMPSZOZOZOPSPMPMPBPMZOZOPSPMPMPBPBPBZOPSPMPBPBPBPB模糊决策一般采用Mamdani(min-max)决策法。解模糊有重心法、等分法、最大隶属度平均法等5种可供选择，在此采用重心法（centroid）。根据以上规则和方法，
7、设计出模糊控制器的输出与输入的关系曲面图，即得出模糊规则是一种非线性控制。基此，可搭建如图1.5所示的模糊控制系统Simulink仿真模型，通过模糊控制器模块，可以和包含模糊控制器的fis文件联系起来，还可以随时改变输入输出论域，隶属度函数以及模糊规则，方便仿真和调试。经过多次整定，选取误差E、误差变化率EC的量化因子及控制量U的比例因子分别为：ke0.5,kec0.1,ku0.6，仿真得到系统阶跃响应曲线如图1.6所示。图1.5模糊控制系统Simulink仿真模型1.41.210.8)t(y0.60.40.200510152025303540Time(s
8、)图1.6模糊控制系统阶跃响应曲线从图1.6可以看出，单纯的模糊控
