河海大學(xué)智能控制練習(xí)題答案

1、試題一1.1 pid控制根據(jù)題目要求設(shè)計(jì)pid控制器，經(jīng)過反復(fù)調(diào)整，得到pid控制器參數(shù)kp=1，ki=0.1，kd=0.1，得到simulink的仿真框圖為：對控制器進(jìn)行仿真，假設(shè)輸入信號為階躍信號，幅值為10，得到的系統(tǒng)響應(yīng)為：由圖可知，系統(tǒng)在10秒左右就已經(jīng)達(dá)到了穩(wěn)態(tài)，穩(wěn)態(tài)誤差為零。假如系統(tǒng)的參數(shù)和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，假如系統(tǒng)的增益增大了50%，變?yōu)?0，滯后時(shí)間增長了40%，變?yōu)?.7秒，得到的系統(tǒng)的響應(yīng)為：由圖可知，雖然pid對原系統(tǒng)的跟蹤效果較好，當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，pid控制趨于不穩(wěn)定，輸出呈現(xiàn)了震蕩的結(jié)果。1.2 模糊控制器針對本問題設(shè)計(jì)單變量二維模糊控制器，輸入為誤差e，

2、和誤差的變化ec，輸出的控制量為u。輸入和輸出的模糊集均為：NB, NM, NS, Z, PS, PM, PB，其論域均為-3, -2, -1, 0, 1, 2, 3。輸入的隸屬函數(shù)為：輸出的隸屬函數(shù)為：模糊規(guī)則表為：反模糊化采取面積重心法，得到的輸出示意圖為：將模糊控制器應(yīng)用到系統(tǒng)中，得到的輸出為：假如系統(tǒng)的參數(shù)和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，假如系統(tǒng)的增益增大了50%，變?yōu)?0，滯后時(shí)間增長了40%，變?yōu)?.70秒，得到的系統(tǒng)的響應(yīng)為：對比兩幅圖看出，模糊控制器對被控對象的變化不敏感，在控制的初始階段均可以很快將誤差減小，但最終消除不了穩(wěn)態(tài)誤差。1.3 模糊自適應(yīng)PID控制自適應(yīng)模糊PID控制器以誤差和

3、誤差變化作為輸入，利用模糊控制規(guī)則在線對PID參數(shù)進(jìn)行修改，其結(jié)構(gòu)如圖所示：Kp的模糊整定規(guī)則表為：Ki的模糊整定規(guī)則表為：Kd的模糊整定規(guī)則表為：Kp，Ki，Kd的模糊控制規(guī)則表建立好后，將系統(tǒng)誤差e和誤差變化率ec，輸出變化范圍定義為模糊集上的論域，e，ec=-3, -2, -1, 0, 1, 2, 3。其模糊子集為e,ec=NB, NM, NS, ZO, PS, PM, PB,Kp，Ki，Kd的論域和模糊子集與輸入相同，可將它們的模糊輸出乘以相應(yīng)的增益，得到具體的輸出。輸入的隸屬函數(shù)為：三個(gè)系數(shù)輸出的隸屬函數(shù)為：反模糊化采取面積重心法，得到的輸出示意圖為：Pid參數(shù)采取Kp=1，Ki=0

4、.1，Kd=1，模糊輸出的參數(shù)變化量分別再乘以0.1,0.01,0.1，整個(gè)的自適應(yīng)pid控制的結(jié)構(gòu)為應(yīng)用自適應(yīng)pid控制，系統(tǒng)的輸出為：假如系統(tǒng)的參數(shù)和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，假如系統(tǒng)的增益增大了50%，變?yōu)?0，滯后時(shí)間增長了20%，變?yōu)?.7秒，得到的系統(tǒng)的響應(yīng)為：對比兩幅圖可知，自適應(yīng)pid原理是對原有pid控制的小范圍內(nèi)修正，當(dāng)被控對象變化劇烈時(shí)，其仍暴露了與pid同樣的缺點(diǎn)，產(chǎn)生了震蕩，趨于不穩(wěn)定。1.4 fuzzy-pid復(fù)合控制將以上的pid控制和模糊控制想結(jié)合，構(gòu)成fuzzy-pid復(fù)合控制。復(fù)合控制的切換條件為，當(dāng)誤差的絕對值超過3時(shí)，采用模糊控制，當(dāng)誤差的絕對值小于3時(shí)，采用pi

5、d控制。復(fù)合控制的結(jié)構(gòu)圖為：采用復(fù)合控制的系統(tǒng)響應(yīng)為：假如系統(tǒng)的參數(shù)和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，假如系統(tǒng)的增益增大了50%，變?yōu)?0，滯后時(shí)間增長了20%，變?yōu)?.7秒，得到的系統(tǒng)的響應(yīng)為：將4種控制方法的結(jié)果做對比，四者對原系統(tǒng)的控制結(jié)果為：當(dāng)系統(tǒng)的參數(shù)和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，假如系統(tǒng)的增益增大了50%，變?yōu)?0，滯后時(shí)間增長了40%，變?yōu)?.70秒，得到的系統(tǒng)的響應(yīng)為：經(jīng)對比分析可知，pid控制和模糊pid控制的穩(wěn)態(tài)特性較好，無論是原系統(tǒng)還是經(jīng)過變化的系統(tǒng)，其穩(wěn)態(tài)誤差都為零，但是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生變化時(shí)，其動(dòng)態(tài)特性變差，震蕩此時(shí)過多。模糊控制的動(dòng)態(tài)特性較好，但有穩(wěn)態(tài)誤差。四種方法中，fuzzy-pid復(fù)合控制結(jié)合了模糊控制和pid控制各自的優(yōu)點(diǎn)，在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和增益發(fā)生變化時(shí)，也取得了良好的效果，在四種控制方法中效果最好。2根據(jù)以上的仿真結(jié)果可知，典型的二維模糊控制器實(shí)際上等價(jià)于一個(gè)PD控制，其有良好的動(dòng)態(tài)性能，在誤差很大的時(shí)候可以快速消除誤差，但存在著穩(wěn)態(tài)誤差，靜態(tài)性能不足。而PID控制靜態(tài)特性良好，動(dòng)態(tài)特性不足，在系統(tǒng)的增益發(fā)生改變時(shí)，有可能會發(fā)散。故根據(jù)fuzzy-pid復(fù)合控制可知，在大誤差范圍內(nèi)采用