东北大学精品课程控制系统仿真chapter 8课件

1、2022-1-191高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院2022-1-192高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院2022-1-193高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院2022-1-194高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院 自校正调节器自校正调节器2022-1-195高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院 模型参考自适应系统模型参考自适应系统2022-1-196高等应用数学问题的 MATLAB 求

2、解MATLAB语言与应用东北大学信息学院假设假设 2 阶连续线性系统的数学模型为阶连续线性系统的数学模型为 模型参考自适应系统的框图模型参考自适应系统的框图2022-1-197高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院建立模型参考自适应系统的建立模型参考自适应系统的 Simulink 模型模型2022-1-198高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院将对象模型的一阶环节模型由原来的将对象模型的一阶环节模型由原来的 改改写成写成 ， 系统参数选择系统参数选择 控制器参数控制器参数 ，取，取 输入信号为方波信号且其幅值为输入信

3、号为方波信号且其幅值为 10 , 频率为频率为 1 ，并将仿真范围设置为，并将仿真范围设置为 015 秒，进一步调秒，进一步调整系统模型的参数整系统模型的参数 ，使之在，使之在 0.02 , 0.1 , 1 , 2 , 5 , 10 的范围内变化，进行仿真的范围内变化，进行仿真 :2022-1-199高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院2022-1-1910高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院当当时时2022-1-1911高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院 Diophant

4、ine 方程及其求解方程及其求解Diophantine 方程方程2022-1-1912高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院该方程的矩阵形式该方程的矩阵形式2022-1-1913高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院用用 MATLAB 语言编写的求解通用函数语言编写的求解通用函数2022-1-1914高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院试求解该方程。试求解该方程。2022-1-1915高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院其中其中 使得预测误

5、差的方差使得预测误差的方差 为最为最小的提前小的提前 d 步预测信号满足下面的方程步预测信号满足下面的方程 假设在第假设在第 t 时刻所有可以测出的输入输出数据为时刻所有可以测出的输入输出数据为 则由这些数据对则由这些数据对 t+d 时时刻的输出进行预测，称提前刻的输出进行预测，称提前 d 步预测，记步预测，记 2022-1-1916高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院2022-1-1917高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院 提前两步预报的仿真模型提前两步预报的仿真模型 设信号发生器给出的是幅值为设信号发生器给出

6、的是幅值为 4 的方波信号，采的方波信号，采样周期样周期 T=0.01 秒，随机白噪声均值为秒，随机白噪声均值为 0，方差为，方差为 12022-1-1918高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院最小方差控制律为最小方差控制律为若若 ，则最小方差控制问题退化成最小方差则最小方差控制问题退化成最小方差的调节问题，调节器的自适应律可以简化成的调节问题，调节器的自适应律可以简化成 该控制律适用于最小相位系统的自校正调节该控制律适用于最小相位系统的自校正调节2022-1-1919高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院自适应控制

7、律自适应控制律其中其中2022-1-1920高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院 ，遗忘因子选择，遗忘因子选择为为 ，设定值选择为设定值选择为 ，对自校正系统对自校正系统 进行仿真。进行仿真。2022-1-1921高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院广义预测控制广义预测控制 (general predictive control，GPC)广义预测控制研究的受控对象模型为广义预测控制研究的受控对象模型为广义预测控制的性能指标为广义预测控制的性能指标为2022-1-1922高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATL

8、AB语言与应用东北大学信息学院用广义预测控制的方式进行控制。用广义预测控制的方式进行控制。2022-1-1923高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院2022-1-1924高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院 构建模糊推理系统的数据结构构建模糊推理系统的数据结构 添加系统的输入和输出变量添加系统的输入和输出变量2022-1-1925高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院 把新生成的规则矩阵把新生成的规则矩阵 R ，补加到模糊推理系统补加到模糊推理系统 f i s 原有规则后原有规

9、则后 模糊推理问题求解模糊推理问题求解 解模糊化解模糊化2022-1-1926高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院 模糊模糊 PD 控制器控制框图控制器控制框图2022-1-1927高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院 8 段模糊子集示意图段模糊子集示意图 PD 控制器模糊逻辑控制器模糊逻辑2022-1-1928高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院2022-1-1929高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院2022-1-1930高等应用数

10、学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院2022-1-1931高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院模糊逻辑整定模糊逻辑整定 PID 控制器的表达式为控制器的表达式为其中，其中， 为校正速度量为校正速度量2022-1-1932高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院计算控制量计算控制量2022-1-1933高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院 模糊模糊 PID 控制器控制框图控制器控制框图2022-1-1934高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATL

11、AB语言与应用东北大学信息学院 模糊模糊 PID 控制器结构控制器结构2022-1-1935高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院对系统进行仿真对系统进行仿真2022-1-1936高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院2022-1-1937高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院 神经元的基本结构神经元的基本结构2022-1-1938高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院 神经元的基本结构神经元的基本结构2022-1-1939高等应用数学问题的

12、MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院 基于单个神经元的基于单个神经元的 PID PID 控制器框图控制器框图2022-1-1940高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院, ,归一化权值归一化权值微积分模块计算量：微积分模块计算量：三个权值的更新规则三个权值的更新规则：控制率为控制率为2022-1-1941高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院 基于单个神经元的基于单个神经元的 PID PID 控制器模块框图控制器模块框图2022-1-1942高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应

13、用东北大学信息学院2022-1-1943高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院 BP BP 网网 PID PID 控制器仿真结构控制器仿真结构2022-1-1944高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院采样周期采样周期 T = 0.001 T = 0.001 秒秒 非线性受控对象非线性受控对象2022-1-1945高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院 系统仿真框图系统仿真框图2022-1-1946高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院 径向基

14、函数径向基函数 PID PID 控制器仿真结构控制器仿真结构2022-1-1947高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院 非线性受控对象非线性受控对象2022-1-1948高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院 系统仿真框图系统仿真框图2022-1-1949高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院2022-1-1950高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院简单遗传算法的一般步骤为：简单遗传算法的一般步骤为： 选择选择 N N 个个体构成初始种群个

15、个体构成初始种群 ，并求出种群内各并求出种群内各个个体的函数值。染色体可以用二进制数组表示，也个个体的函数值。染色体可以用二进制数组表示，也可以用实数数组来表示，种群可以由随机数生成函数可以用实数数组来表示，种群可以由随机数生成函数建立。其实使用遗传算法求解函数建立。其实使用遗传算法求解函数 gaopt( ) gaopt( ) ，则会则会自动生成所需的初始种群自动生成所需的初始种群 。 设置代数为设置代数为 i=1 i=1 ，即设置其为第即设置其为第 1 1 代。代。2022-1-1951高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院 计算选择函数的值，所谓选择即

16、通过概率的形式计算选择函数的值，所谓选择即通过概率的形式从种群中选择若干个体的方式。遗传算法最优化工从种群中选择若干个体的方式。遗传算法最优化工具箱提供了具箱提供了 3 3 个选择函数，其中个选择函数，其中 roulette( )roulette( )实现实现了轮盘选择算法，了轮盘选择算法，normGeomSelect( )normGeomSelect( )函数实现了归函数实现了归一化几何选择方法，一化几何选择方法，tournSelect( )tournSelect( )实现了锦标赛实现了锦标赛形式的选择方式，形式的选择方式，normGeomSelect( )normGeomSelect( )

17、函数为默认选函数为默认选择函数。择函数。2022-1-1952高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院2022-1-1953高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院2022-1-1954高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院2022-1-1955高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院2022-1-1956高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院2022-1-1957高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLA

18、B语言与应用东北大学信息学院编写一个描述目标函数的文件：编写一个描述目标函数的文件：2022-1-1958高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院用用 MATLAB MATLAB 函数描述目标函数函数描述目标函数2022-1-1959高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院2022-1-1960高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院2022-1-1961高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院用用 MATLAB MATLAB 函数来描述此最优化问题的目标函数函数来描述此最优化问题的目标函数2022-1-1962高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院 模糊模糊 PD PD 控制的寻优控制的寻优2022-1-1963高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院 常规常规 PD PD 控制的寻优控制的寻优2022-1-1964高等应用数学问题的 MATLAB 求解MATLAB语言与应用东北大学信息学院n模型参考自适应控制系统与自校正调节器系统，一模型参考自适应控制系统与自校正调节器系统，一 种常用的