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模糊控制作業(yè)Word版

上傳人:仙*** 文檔編號(hào):34585518 上傳時(shí)間:2021-10-22 格式:DOC 頁(yè)數(shù):9 大?。?.22MB
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1、傳播優(yōu)秀Word版文檔 ,希望對(duì)您有幫助,可雙擊去除! 模糊控制 姓名: 張 艷 晶 學(xué)號(hào): 班級(jí): 自動(dòng)化 學(xué)院:電子信息工程學(xué)院 基于MATLAB的模糊控制器的設(shè)計(jì)與仿真 1.針對(duì)一個(gè)被控對(duì)象,定義模糊控制器的輸入變量和輸出變量。 2.編輯輸入、輸出變量隸屬函數(shù)。 3.設(shè)計(jì)模糊控制器的控制規(guī)則。 4.仿真驗(yàn)證控制效果。 要求:設(shè)定一個(gè)被控二階函數(shù) , 設(shè)計(jì)模糊控制器。 1、 實(shí)驗(yàn)原理 1、模糊控制原理:模糊邏輯控制又稱模糊控制,是以模糊集合論

2、,模糊語(yǔ)言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一類計(jì)算機(jī)控制策略,模糊控制是一種非線性控制。圖1為常規(guī)的模糊控制設(shè)計(jì)模型。 圖1 常規(guī)模糊控制系統(tǒng)原理圖 針對(duì)模糊控制器每個(gè)輸入、輸出,各自定義一個(gè)語(yǔ)言變量。因?yàn)閷?duì)控制輸出的判斷,往往不僅根據(jù)誤差的變化,而且還根據(jù)誤差的變化率來(lái)進(jìn)行綜合評(píng)判。所以在模糊控制器的設(shè)計(jì)中,通常取系統(tǒng)的誤差值e和誤差變化率ec為模糊控制器的兩個(gè)輸入,則在e的論域上定義語(yǔ)言變量“誤差E”,在ec的論域上定義語(yǔ)言變量“誤差變化率EC”;在控制量u的論域上定義語(yǔ)言變量“控制量U”。通過(guò)檢測(cè)獲取被控量的精確值,然后將此量與給定值比較得到誤差信號(hào)e,對(duì)誤差取微分得到誤差變化率ec

3、,再經(jīng)過(guò)模糊化處理把分明集輸入量轉(zhuǎn)換為模糊集輸入量,模糊輸入變量根據(jù)預(yù)先設(shè)定的模糊規(guī)則,通過(guò)模糊邏輯推理獲得模糊控制輸出量,該模糊輸出變量再經(jīng)過(guò)去模糊化處理轉(zhuǎn)換為分明集控制輸出量。 2、 PID控制原理:在模擬控制系統(tǒng)中,控制器最常用的控制規(guī)律是PID控制。PID控制器是一種線性控制器。它根據(jù)給定值與實(shí)際輸出值之間的偏差來(lái)控制的。其傳遞函數(shù)的形式, PID控制原理框圖如圖2所示。 式中Kp——比例系數(shù);Ti——積分時(shí)間常數(shù);Td——微分時(shí)間常數(shù)。 圖2 PID控制系統(tǒng)原理框圖 PID控制器各環(huán)節(jié)的作用如下: (1)、比例環(huán)節(jié):成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號(hào),偏差一旦產(chǎn)生,控制

4、器立即產(chǎn)生控制作用,以減小偏差。增大比例系數(shù)一般將加快系統(tǒng)的響應(yīng),在有靜差的情況下有利于減小靜差,但是過(guò)大的比例系數(shù)會(huì)使系統(tǒng)有比較大的超調(diào),并產(chǎn)生震蕩,使穩(wěn)定性變壞。 (2)、積分環(huán)節(jié):主要消除靜差,提高系統(tǒng)的誤差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)Ti,Ti越大,積分作用越弱,反之越強(qiáng)。增大積分時(shí)間有利于減小超調(diào),減小震蕩,使系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加,但是系統(tǒng)靜差消除時(shí)間變長(zhǎng)。 (3)、微分環(huán)節(jié):反應(yīng)偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)(變化速率),并能在偏差信號(hào)變得太大之前在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào),從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度,減少調(diào)節(jié)時(shí)間。增大微分時(shí)間D有利于加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度,使系統(tǒng)超調(diào)量減小,穩(wěn)定性增

5、加,但系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)的抑制能力減弱。 2、 設(shè)計(jì)步驟 1)模糊控制器設(shè)計(jì) 1、確定模糊控制器為單變量二維模糊控制器 2、定義輸入、輸出模糊集 對(duì)誤差e、誤差變化ec及控制量u的模糊集及其論域定義如下: e,ec和u的模糊集均為: e,ec的論域均為 u的論域?yàn)? 1、定義輸入、輸出隸屬函數(shù) 2、建立模糊控制規(guī)則。根據(jù)表1 模糊控制規(guī)則表確定49條模糊規(guī)則。控制器的響應(yīng)表見(jiàn)表2 表1 模糊規(guī)則表 表2 模糊響應(yīng)表 6、模糊推理、反模糊化 在本控制中,模糊推理采用Manmdani型推理算法,逆模糊用重心平均法(cent roid)。 2)根據(jù)上述

6、步驟,進(jìn)行模糊控制器仿真,運(yùn)行后生成一個(gè)fuzzy.fis的模糊控制器,結(jié)構(gòu)如下: 圖3 模糊控制器 圖4 誤差隸屬函數(shù)定義 圖5 誤差變化隸屬函數(shù)定義 圖6 輸出隸屬函數(shù)定義 3)、在simulink環(huán)境下搭建模糊控制系統(tǒng),和PID控制系統(tǒng),設(shè)計(jì)輸入幅值為1的階躍信號(hào),并用同一示波器顯示輸出響應(yīng)結(jié)果,搭建模型結(jié)果如下: 4) 、對(duì)比分析曲線結(jié)果,修正設(shè)計(jì)參數(shù),觀察分析響應(yīng)曲線變化。 3、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 被控對(duì)象: 各控制系統(tǒng)輸出響應(yīng)曲線如下: 圖7 控制系統(tǒng)輸出曲線圖 4、 結(jié)果分析 由圖形結(jié)果分析可知模糊控制器和PID控制對(duì)系統(tǒng)性能都有了改善,模糊控制器比PID控制器,動(dòng)態(tài)性能很好,上升速度快,基本沒(méi)有超調(diào)。

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