文档介绍：专业专心专注专业资料参考首选模糊控制算法研究一、课程设计的目的: 1. 通过本次课程设计,进一步了解模糊控制的基本原理、模糊模型的建立和模糊控制器的设计过程。 ; Matlab 语言以及在智能控制设计中的应用。二、课程设计的基本内容: 假设系统的模型可以用二阶加纯滞后表示, 即传递函数为 1 2 ( ) (1 )(1 ) s f f Ke G s T s T s ???? ?。其中各参数分别为 1 2 40, 10, 60, 2 f f d K T T ?? ???。图1模糊控制系统 Simulink 仿真模型图 1、用 Matlab 中的 Simulink 工具箱,组成一个模糊控制系统,如图 1所示。 2 、采用模糊控制算法,设计出能跟踪给定输入的模糊控制器,对被控系统进行仿真,绘制出系统的阶跃响应曲线。(1)模糊集合及论域的定义对误差 E、误差变化 EC 机控制量 U的模糊集合及其论域定义如下: 专业专心专注专业资料参考首选 E、 EC 和U的模糊集合均为: {NB 、 NM 、 NS 、0、 PS 、 PM 、 PB} E和 EC 的论域为: {-6 、-5、-4、-3、-2、-1、0、1、2、3、4、5、 6} U的论域为: {-7 、-6、-5、-4、-3、-2、-1、0、1、2、3、4、5、6、 7} 上述的三个模糊集合都选取了 7个元素,主要目的是着眼于提高稳态精度。 E、 EC 和U的隶属度函数图形如图 2,3,4 所示: 图2变量 E的隶属度函数专业专心专注专业资料参考首选图3变量 EC 的隶属度函数专业专心专注专业资料参考首选图4变量 U的隶属度函数(2)模糊控制规则设计模糊控制规则如下表所示: 表1模糊控制规则 EU EC NB NM NS 0 PS PM PB NB PS PS PS PS PM PB PB NM NS PS PS PS PM PM PB NS NM NS 00 PS PM PM 专业专心专注专业资料参考首选 0 NB NM NS 0 PS PM PM PS NB NM NS 00 PS PM PM NB NB NM NS NS PS PS PB NB NB NM NS NS NS PS (3)系统的参数选择系统所选用的参数为: Saturation 、 Saturation1 、 Saturation2 的范围分别为: [-6 6]、[-6 6]、[-7 7], Transport Delay=2S 。通过调试得到 PID 模糊控制的参数: Gain1= , Gain= , Gain2= (4)仿真结果: 系统的阶跃响应曲线如图 5所示,其中上方的曲线代表系统的阶跃响应,下方的曲线是系统的模糊控制量的变化。专业专心专注专业资料参考首选图5阶跃输入的响应曲线图本设计中控制系统性能的要求为: ,,。由图 5中曲线可知: 符合要求符合要求符合要求图6、系统开环传函的 bode 图 3、改变模糊控制器中模糊变量的隶属度函数,分析隶属度函数和模糊控制规则对模糊控制效果的影响。比较那种情况下的控制效果较好。如下图所示改变模糊控制器中的隶属度函数为梯形隶属函数。专业专心专注专业资料参考首选图7变量 E的隶属度函数图8变量 EC 的隶属度函数专业专心专注专业资料参考首选图9变量 U的隶属度函数此时系统的阶跃响应曲线为: 图 10 系统的阶跃响应曲线专业专心专注专业资料参考首选由图 10 中曲线可知道: 由以上的仿真结果可以看出梯形隶属度函数的系统性能没有三角形隶属度函数的系统性能好。此时系统的超调量变大,上升时间增大,稳态误差变大。 4 、给系统加上扰动,观察此时的阶跃响应曲线,看系统是否仍然稳定,并与无扰动情况下的阶跃响应曲线进行比较。并比较模糊控制和 PID 控制的鲁棒性。(1) 加扰动时的模型图如图 11 所示(其中 step1 为幅值为的阶跃信号)。图 11 加扰动后的系统模型图系统的阶跃响应曲线为: 专业专心专注专业资料参考首选图 12 系统的阶跃响应曲线由图 12 中曲线可知道: 超调量变大符合要求稳态误差变小分析: 由数据可知,系统加上扰动之后,系统仍然是稳定的,系统性能指标变化不大,说明有着良好的鲁棒性。究其原因,在 Saturation2 之前加的扰动,相当于被控制对象的输入量在对应时刻又并联了一个输入,从而在对应的各个时刻相当于K 增益变大;显而易见,K 的增大,有助于系统的稳定,但是会使超调量变大。调整时间变小,与实验的结果是吻合的。 5 、改变系统的参数