智能控制实验指导书

1、智能把握技术实 验 指 导 书适用专业： 自 动 化 电气工程及其自动化2011 年 3 月前 言智能把握课程是自动化、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，使同学了解智能把握的基本理论、智能把握系统的分析方法和工程应用，了解智能把握进展前沿动态等。为了使同学更好地理解和深刻地把握这些学问，并在此基础上训练和培育同学使用MATLAB的力量以及进行系统仿真的设计技能，设置了“模糊把握与传统PID把握的性能比较”以及“神经元自适应PID把握仿真争辩”2个试验项目，2个皆为综合性试验。模糊把握与传统PID把握的性能比较试验，主要通过本试验的学习，使同学了解传统PID把握、

2、模糊把握等基本学问，把握传统PID把握器设计、模糊把握器设计等学问，训练同学设计把握器的力量，培育他们利用MATLAB进行仿真的技能，为今后连续模糊把握理论争辩以及把握仿真等学习奠定基础。神经元自适应PID把握仿真争辩试验，主要是通过本试验的学习，使同学了解传统PID把握、神经元自适应把握等基本学问，把握传统PID把握器设计、把握基于二次型性能指标学习算法的单神经元自适应PID把握等学问，训练同学设计把握器的力量，培育他们利用MATLAB进行仿真的技能，为今后连续神经网络把握理论的争辩以及把握仿真等学习奠定基础。试验一：模糊把握与传统PID把握的性能比较试验学时：2试验类型：设计试验要求：必修

3、一、试验目的通过本试验的学习，使同学了解传统PID把握、模糊把握等基本学问，把握传统PID把握器设计、模糊把握器设计等学问，训练同学设计把握器的力量，培育他们利用MATLAB进行仿真的技能，为今后连续模糊把握理论争辩以及把握仿真等学习奠定基础。二、试验内容本试验主要是设计一个典型环节的传统PID把握器以及模糊把握器，并对他们的把握性能进行比较。主要涉及自控原理、计算机仿真、智能把握、模糊把握等学问。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) 把握执行机构具有0.07的死区和0.

4、7的饱和区，取样时间间隔T=0.01。设计系统的模糊把握，并与传统的PID把握的性能进行比较。三、试验原理、方法和手段1.试验原理：1)对典型二阶环节，依据传统PID把握，设计PID把握器，选择合适的PID把握器参数kp、ki、kd；2)依据模糊把握规章，编写模糊把握器。2.试验方法和手段：1)在PID把握仿真中，经过认真选择，我们取kp=5，ki=0.1，kd=0.001；2)在模糊把握仿真中，我们取ke=60，ki=0.01，kd=2.5，ku=0.8；3)模糊把握器的输出为：u= ku×fuzzy(ke×e, kd×e)ki×edt 其中积分项用于

5、消退把握系统的稳态误差。4)模糊把握规章如表1-1所示：在MATLAB程序中，Nd用于表示系统的纯延迟（Nd=td/T）,umin用于表示把握的死区电平，umax用于表示饱和电平。当Nd=0时，表示系统不存在纯延迟。5)依据上述给定内容，编写PID把握器、模糊把握器的MATLAB仿真程序，并记录仿真结果，对结果进行分析。表1-1 FC的模糊推理规章表 u e eNB NS ZR PS PB NBPBPBPSPSZR NSPBPSPSZRZR ZRPSPSZRZRNS PSPSZRZRNSNS PBZRZRNSNSNB四、试验组织运行要求依据本试验的综合性、设计性特点以及要求同学自主设计MATL

6、AB仿真程序的要求以及我们试验室的具体试验条件，本试验接受以同学自主训练为主的开放模式组织教学。五、试验条件1.装有MATLAB6.5的计算机；2.智能把握技术教材；3.模糊把握教材；4.智能把握技术试验指导书。六、试验步骤1.同学生疏试验内容，并依据试验内容、试验要求，查阅、学习相关学问；2.设计典型二阶环节的PID把握器以及模糊把握器；3.编写MATLAB仿真程序4.上机调试程序，修改程序修改把握器的参数等；5.对试验程序仿真，并记录仿真结果；6.对试验结果进行分析，书写试验报告书。七、思考题1.模糊把握器的把握性能是否肯定优于传统PID把握器？2.假如选用模糊把握工具箱，如何进行设计、仿

7、真？八、试验报告试验报告书应包括以下内容1.试验预习内容：对本次试验进行认真的预习，并写好预习报告，在预习报告中要写出试验目的、要求，需要用到的仪器设备、物品资料以及简要的试验步骤，形成一个操作提纲；写出模糊把握器传统PID把握器的设计过程，写出MATLAB试验程序的编写。2.试验记录内容：开头试验时，应当将记录本放在近旁，将试验中所做的每一步操作、观看到的现象和所测得的数据及相关条件照实地记录下来；写出试验调试以及参数修改的过程，并记录试验结果的变化以及最终的仿真结果。3.试验报告部分：使用现行的“试验报告簿”书写试验报告；主要内容包括对试验数据，回答思考题，提出试验结论或提出自己的看法等。

8、注：以上3部分内容应在同一个试验报告书中完成。试验二：神经元自适应PID把握仿真争辩试验学时：2试验类型：设计试验要求：必修一、试验目的通过本试验的学习，使同学了解传统PID把握、神经元自适应把握等基本学问，把握传统PID把握器设计、把握基于二次型性能指标学习算法的单神经元自适应PID把握等学问，训练同学设计把握器的力量，培育他们利用MATLAB进行仿真的技能，为今后连续神经网络把握理论的争辩以及把握仿真等学习奠定基础。二、试验内容本试验主要是学习应用最优二次型性能指标学习算法进行把握器的设计仿真争辩。主要涉及自控原理、计算机仿真、智能把握、神经网络把握等学问，综合性较强。设被控对象过程模型为

9、：yout(k)=0.368yout(k-1)+0.264yout(k-2)+u(k-d)+0.632u(k-d-1)+(k)应用最优二次型性能指标学习算法进行仿真争辩，最终要求得出神经元自适应PID跟踪及中权值变化结果。三、试验原理、方法和手段1.试验原理：在最优把握理论中，接受二次型性能指标来计算把握律可以得到所期望的优化效果。在神经元学习算法中，也可借助最优把握中二次型性能指标的思想，在加权系数的调整中引入二次型性能指标，使输出误差和把握增量加权平方和为最小来调整加权系数，从而间接实现对输出误差和把握增量加权平方和为最小来调整加权系数，从而间接实现对输出误差和把握增量加权的约束把握。设性

10、能指标为：式中，分别为输出误差和把握增量的加权系数，和为时刻参考输入和输出。神经元的输出为： 2.试验方法和手段：1) 应用最优二次型性能指标学习算法进行仿真争辩，(k)为在100个采样时间的外加干扰，(100)=0.10，输入为阶跃响应信号rin(k)=1.0；2) 启动时接受开环把握，取u=0.1726，K=0.02，P=2，Q=1，d=6；3) 比例、积分、微分三部分加权系数学习速率分别取I=4，P=120，D=159，1(0)=0.34，2(0)=0.32，3(0)=0.33；4)利用MATLAB编写仿真程序，得出神经元自适应PID跟踪及中权值变化结果。五、试验条件1.装有MATLAB

11、6.5的计算机；2.智能把握技术教材；3.神经网络把握教材；4.智能把握技术试验指导书。六、试验步骤1.同学生疏试验内容，并依据试验内容、试验要求，查阅、学习相关学问；2.设计应用最优二次型性能指标学习算法进行仿真争辩的单神经元自适应PID把握器；3.编写MATLAB仿真程序；4.上机调试程序，修改程序、修改把握器的参数等；5.对试验程序仿真，并记录仿真结果；6.对试验结果进行分析，书写试验报告书。七、思考题 假如选用神经网络工具箱进行仿真，结果如何？如何进行仿真?八、试验报告试验报告书应包括以下内容1.试验预习内容：对本次试验进行认真的预习，并写好预习报告，在预习报告中要写出试验目的、要求，需要用到的仪器设备、物品资料以及简要的试验步骤，形成一个操作提纲；写出应用最优二次型性能指标学习算法进行仿真争辩的设计过程，写出MATLAB试验程序的编写。2.试验记录内容：开头试验时，应当将记录本放在近旁，将试验中所做的每一步操作、观看到的现象和所测得