模糊控制大作业.docx
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模糊控制大作业.docx
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模糊控制大作业
模糊控制大作业实验报告
”口.子号:
姓名:
模糊控制大作业
、设计任务:
_0.5s
I.被控对象的传递函数为:
G(s)=e2
(s+1)
(1)首先设计常规PD控制器,尽量满足参考指标;
(2)将PD控制器输入输出数据作为专家操作试验数据,分别设计Mamdan型和T-S型
模糊控制器,进行仿真计算;
对模糊控制器,考虑以下因素对系统性能的影响
①糊控制器方案的选择;②语言变量取法;
③论域的划分;④模糊子集(隶属函数)的形状和分布。
(3)比较PDMamdan型和T-S型模糊控制器下系统的性能。
II.参考性能指标:
(1)r(t)=1(t)时稳态误差为0;
(2)超调量不超过5%;
(3)调节时间不超过2秒.
确定控制方案,设计模糊控制器.
要求:
设计仿真框图,编制程序,给出计算结果及曲线。
(1)仿真框图
(2)输入输出语言变量的语言值分布图
(3)模糊控制规则表面图
(4)阶跃响应曲线
(5)性能指标值(稳态误差,超调量,调节时间)
二、设计内容
1.PD控制器的设计
如下图所示搭建simulink仿真图,对PID参数进行优化。
PrapDfU^al^un
i-ljegrai6*h
U”
图2PID控制系统参数优化仿真图
得到阶跃响应曲线如下图
基本满足性能指标,优化得到的参数值为kp=2.3,kd=1.3,ki=0.8。
搭建如下的PID控制仿真图,并得到阶跃响应曲线
r
图2PID控制器仿真图
局部放大后可以看出,超调量约为4%,调节时间约1.9s,稳态误差为0,满足性能指标要求。
为了设计mandani型模糊控制器,同时观测偏差e、偏差变化率ec和输出u的变化情况,曲线如下:
图4三个语言变量的变化曲线
2.mandani型模糊控制器的设计
(1).由语言变量的变化曲线可得偏差e的基本论域为:
[-1,1],偏差变化
率ec的基本论域为[-1,1],输出u的论域为[-3,3]。
对输入和输出语言变量进行
量化,输入语言变量分为5档,用NB、NS、ZO、PS、PB分别表示三语言量的负大,负小、零、正小、正大;输出语言变量分为9档,用NL、NB、NS、ZO、PS、PB、PL分别表示三语言量的负大大,负大,负中、负小、零、正小、正中、正大、正大大,隶属度函数均取为高斯型。
FISVariables
ec
FISVariables酉墜囱u
Setect&dvariable'ec'
FISVariables
ora
ec
outputvariablerur
CurrentVariable
Nameu
Typeoutput
CurrentMembershipFunction(dickonMFtoselect)
Nan)eNL
TyMtrapmf▼
曲ng它卜3
Params[-3.711-3.043-2.517-1&49J
DisplayRange■.
Help1Close
Selectedenable"o'
(2).根据经验公式得到模糊控制规则表如下:
0
NB
NS
ZO
PS
PB
NB
PL
PB
PM
PS
ZO
NS
PB
PB
PM
PS
ZO
ZO
PM
PS
ZO
NS
NM
PS
PB
PB
PM
NS
ZO
PB
ZO
NS
NM
NB
NL
(3)•在matlab中输入输出语言变量的语言值分布图为:
Input:
pQj
PlotpDmts:
]j|
Move:
left[right|down]up|
Openedsystemmad.25rules
HeSpClose
(4)•模糊控制规则表面图为:
X[input)
e
▼
Y(input)
ec
Z(output):
output1
X^rids:
15
Y$rids:
15
Ref.Input;Plotpoints:
101HelpClose
Ready
⑸•模糊控制单位阶跃响应曲线为:
8.系统的性能指标为:
(1)系统超调量:
-=4%,
(2)调节时间:
ts=1.9s,
(3)稳态误差:
ess=0;
3.T—S模糊控制器的设计
(1)•首先,借助PD控制器对被控对象进行控制,得到控制器的参数,将PD
控制器的控制效果作为模糊控制规则的经验值。
其控制框图与mandani模型一
致,此处不再详述。
(2)•由PD控制器可得偏差e的基本领域为:
[-1,1],语言值为{E1,E2,E3},偏差变化率的基本领域为[-1,1],语言值为{EC1,EC2,EC3},且有u=-(2.3©+1.3KJ通过PD控制器得到模糊控制规则表为:
U
E1
E2
E3
EC1
-3U1
-e+1U2
-1U3
EC2
0.5e+0.1e+1U4
-2e-1ecU5
-1.3ec-2j6
EC3
-1U7
-2.3e-1U8
-3U9
(3)•在matlab中输入输出语言变量的语言值分布图为:
e*0ec■0
(4).模糊控制规则表面图为:
11
6C
X(input):
e丁
YOnput):
ecT
Z(output):
u平
Xgrids:
Ygrids:
〔c
i--■□ii*-it---
加.inputPlotpoints:
101HdpClose
RenamedFIStois'
(5)•模糊控制单位阶跃响应曲线为:
⑹•系统的性能指标为:
(1)系统超调量:
C=5%,
(2)调节时间:
ts=1.7s,
(3)稳态误差:
ess=0;
三.收获与总结
(1)通过本次大作业熟悉了模糊控制器的设计思想及流程,加深了对该课程的理解,同时掌握了在matlab中用模糊控制工具箱设计简单的模糊控制器。
(2)在设计PD控制器时,进一步熟悉了PID参数的调节,加深了对PID各个参数对阶跃曲线的影响规律的理解。
(3)在模糊控制器的设计过程中,对“模糊”的概念有了充分的理解,
通过PD控制器得到的控制规律,只是大概的参考规律,最终的控制规律还要在隶属度函数图形上进行调节,因此,最终的控制规律往往和参考规律相差很大。
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