智能控制作业

1、已知某一炉温控制系统，要求温度保持在600 度恒定。针对该控制系统有以下控制经验：（1）若炉温低于 600 度，则升压；低的越多升压越高。（2）若炉温高于 600 度，则降压；高的越多降压越低。（3）若炉温等于 600 度，则保持电压不变。 设模糊控制器为一维控制器，输入语言变量为误差，输出为 控制电压。输入、输出变量的量化等级为 7 级，取 5 个模糊 集。试设计隶属度函数误差变化划分表、控制电压变化划分 表和模糊控制规则表。解： 1）确定变量定义理想温度为600 C,实际温度为T,则温度误差为E=600-T。将温度误差 E 作为输入变量2）输入量和输出量的模糊化将偏差E分为5个模糊集：NB、NS、ZO、PS、PB,分别为 负小、负大、零、正小、正大。将偏差 E 的变化分为 7 个等 级： -3 -2 -1 0 1 2 3，从而得到温度模糊表如表 1所示。表1温度变化E划分表隶属度变化等级-3-2-10123模糊集PB000000.51PS000010.50ZO000.510.500NS00.510000NB10.500000控制电压u也分为5个模糊集：NB、NS、ZO、PS、PB,分 别为负小、负大、零、正小、正大。将电压 u的变化分为7 个等级：-3 -2 -1 0 1 2 3，从而得到电压变化模糊表如表 2所 示。表2电压变化u划分表隶属度变化等级-3-2-10123模糊集PB000000.51PS000010.50ZO000.510.500NS00.510000NB10.500000表3模糊控制规则表EPBPSZONSNBuPBPSZONSNB2、利用MATLAB,为下列两个系统设计模糊控制器使其稳态 误差为零，超调量不大于 1%，输出上升时间w 0.3s。假定被 控对象的传递函数分别为：- 0.55 sG1 (s)=三 2 (s + 1)2G2 (s)二4.228(s 0.5)( s21.64s8.456 )解:在matlab窗口命令中键入 fuzzy，得到如下键面:设e的论域范围为-1 1 , de的论域范围为-0.1 0.1 , u的论 域范围为0 2。将e分为8个模糊集，分别为 NB ,NM, NS, NZ, PZ, PS, PM,PB; de分为7个模糊集，分别为NB ,NM ,NS, Z ,PS ,PM ,PB; u分为7个模糊集，分别为 NB ,NM ,NS, Z ,PS ,PM ,PB;MATLAB中的设置界面如下:模糊规则的确定:模糊控制器的输出量在simulink中调用模糊控制器，观察输出结果运行结果为Scope: ill；iScopel11-1111 二 JScope23、利用去模糊化策略，分别求出模糊集A的值。模糊集 A的定义为：a(x) = trap (x,10,30,50 ,90)解：(1)面积重心法 x=10:l:100; rapmf (xj, 10j 30, 50, 90); xx=defuzz (xj A, centroid) xx =46(2)面积等分法 x=10:l:100; Atrapmf (x, 10, 30, 50, 90); xx=defu2z(x, mfj ? bisector)(3)最大隶属度平均法45 x=10:1:100; A=t rapmf (x, 10, 30j 50, 90); xx=defuzz(X, A, mom)XX 二40(4) 最大隶属度取最小法 x=10:l:100; A=t rapmf (x, 10, 30j 50? 90); zx-defuzz (x5 Aj som)XX =30(5) 最大隶属度取最大法x=10:l:100; A=trapmf (xj 10, 30f 50f 90); xs=defuzz (xj & lom )XX =504、设论域 x=a1 , a2, a3, y=b1 , b2, b3, z=c1 , c2 已知 A 0.510.1, 丄範 亠 0.41A = + + 7 b c = + a1a2a3耳 S 电c1 c2试确定“If A AND B then C 所决定的模糊关系 R,以及输入 为 4=1 坐 01 B = 01 05 丄a1a2 031bjb2b3时的输出C1A 二0.51 0.11B二 01 1C =0.41A = 10.50.1B 0.10.510.51 10.110.50.5D = AB 二10.110.6丄 0.11c J0.6_0.1_0.10.10.1解0.61d1t r0.11f0.1 0.110.50.4 0.50.50.4 0.50.10.1 0.11 1 0.4 1= 10.410.60.4 0.60.10.1 0.10.10.1 0.101 一L0.1 0.1R = DT C =1 1 0.1 0.5 1 10.5汉 10.10.5 1】=0.1 0.5 0.5】0.1 一ii0.1 0.1 0.1 一D = A Bi -0.1 0.5 1 0.10.5 0.50.1_0.10.10.40.50.40.50.10.10.410.40.60.10.10.10.10.10.10.11-0.40.510.40.5CiC25利用两层BP神经网络完成对-n, n 区间上正弦函数逼 近，隐层函数取 S型传输函数，输出层的激活函数取线性传 输函数。(采用神经网络工具箱提供的函数完成)解：根据条件在MATLAB环境下，采用神经网络工具箱提供的函数完成正弦函数逼近如下：程序代码如下： x=-pi:O. 01:pi; y=sin (x); netnewff (mirunaa 20j 1, tansigf j purelin); yl=sini (netjx); net.trairrparamEpoch&=5Q; net trainpzrajitgoalO 01; net=t rain (net ? y);TRAINLM, Epoch 0/50, MSE 8.54911/0.01, Gradient 5060. 09/1 e-010TRAINLM, Epoch 1/50, USE D00123415/0.01, Gradient IL0158/le-010TRAINLM, Perfoniiance goal met y2=sini(Mt,x); figure; Plot 仗,y,? b-,瓦 yl,? r-?,斷 y2s ? g)i仿真结果如下：图1为原函数与网络训练前后仿真结果的比较(图中红色曲 线代表训练前的网络，绿色代表训练后的网络，蓝色代表原 函数)图1原函数与网络训练前后的仿真结果图2为误差曲线图2 误差曲线幷车中的应用一、概述二、在汽车上的应用方面三、举例说明在汽车空调当中的应用、概述1、什么叫模糊控制?所谓模糊控制，就是对难以用已有规律描述 的复杂系统，采用自然语言（如大、中、小）加 以叙述，借助定性的、不精确的及模糊的条件语 句来表达。模糊控制是一种基于语言的一种智能控制2、为什么采用模糊控制？传统的自动控制控制器的综合设计都要建立在被 控对象准确的数学模型（即传递函数模型或状态空 间模型）的基础上，但是在实际中，很多系统的影 响因素很多，（油气混合过程、缸内燃烧过程 等），很难找出精确的数学模型。这种情况下， 模糊控制的诞生就显得意义重大。因为模糊控制 不用建立数学模型不需要预先知道过程精确的数 学模型。要研制智能化的汽车，就离不开模糊控制技术如 汽车空调：人体舒适度的模糊性和空调复杂系统3、工作原理把由各种传感器测出的精确量转换成为适于模糊 运算的模糊量，然后将这些量在模糊控制器中加以 运算，最后再将运算结果中的模糊量转换为精确 量，以便对各执行器进行具体的操作控制。在模糊控制中，存在着一个模糊量和精确量之间 相互转化的问题模糊控制原理图S：系统的设定值。x1, x2:模糊控制的输入（精确量）。X,1 , X2:模糊量化处理后的模糊量。U:经过模糊控制规则和近似推理后得出的模糊控制量。 u:经模糊判决后得到的控制量（精确量）。y：对象的输出。也可以表示成莆戏hlehji也.叶.1料tE检量3也可以表示成也可以表示成工作步骤：输入量模糊化建立模糊规则进行模糊推理输出量反模糊3、模糊控制的特点 适用于不易获得精确数学模型的被控 对象， 是一种语言变量控制器 从属于智能控制的范畴。该系统尤其 适于非线性，时变，滞后系统的控制 抗干扰能力强，响应速度快，并对系 统参数的变化有较强的鲁棒性。、模糊控制在汽车的应用方面1、ABS防抱死系统 工况的多变及轮胎的非线性2、汽车巡航系统 外界负荷的扰动、汽车质量和传动系效率的不确 定性、被控对象的强非线性3、汽车空调人体舒适感的模糊性和空调复杂结构4、半主动悬架 系统参数不稳定性5、发动机三、在汽车空调上的应用对汽车空调系统的要求：技术性能和控制性能优良，满足人体舒适性的要求；节能自动控制的应用是达到这两方面要求的一个重要途径。经典控制理论：建立数学模型现代控制理论：状态方程空调器为典型的传质换热系统，结构和内部物理过程复杂，难以 建立精确的数学模型。汽车空调由于工作条件多变，用传统的控制方法如：PID控制，难以获得较好的控制效果。对于环境干扰，鲁棒性好，能够抑制非线性因素对控制器的影响全空调型客车空调原理图1、外进风；2出风口 ；3蒸发器风机:4蒸发器芯;5热水器芯:6温度门:7、出风口 :8车内进风模糊控制是基于语言的控制模糊语言集的组成：T ( E)T ( E) =负大，负中，负小，零，正小，正中，正大用模糊语言变量E来描述偏差， 或用符号表示负大 NB( Negative Big )、 负中 NM( Negative Medium )、 负小 NS( Negative Small 零 ZE( Zero )、正小 PS( Positive Small )、 正中 PM( Positive Medium )， 正大 PB (Positive Big )， 则：T (E) = NB，NM NS, ZE, PS, PM，PB建立隶属函数：各参数对相应子集的隶属函数分别由不同的函数族决定。参数相相应 集的多少，由控制精度决定。糊子集多，因而控制精度更高(在其它条件相同的情况下)。温度偏 差x的相应子集为：正大：u( X)=1-1/(1+0.5X2)(Xo)正中：u ( X )=1/ (1+ (X-2 ) 2)(X0)正小：u ( X )=1/ (1+(x-1) 2)正很小：u ( X)=1/ (1+0.5X2)负很小：u ( x)=1/ (1+0.5X2)负小：u ( x )=1/ (1+(x+1) 2负中：u ( x)=1/ (1+(x+2) 2)负大：u ( x)= 1-1/(1+0.5X 2)(X0)(X0)(X0)(X0)(X0)(XSPWPBPB建立模糊控制规则的基本思想：当误差大或较大时，选择控制量以尽快 消除误差为主，而当误差较小时，选择控制量要注意防止超调，以系统的 稳定性为主要出发点。以误差为负大时，误差变化为负大为例，这时误差有增大的趋势，为 尽快消除已有的负大误差并抑制误差变大，所以控制量取负大，即使风门 开度达到最小，减少通过加热器的风量。控制步骤：.计算出温度差x，温差的变化率X，X，X即为精确的控制输入。(2).求出控制输入X、X对相应子集的隶属度，把精确的控制输入转换成 模糊量。例如，x=1 C，x=0.1 C /min，则有：X对相应子集的隶属度为(按前述设定隶属函数)：正大：u (x)=0.33正中：u (x)=0.5正小：u (x)=1正很小：u (x)=0.67其余子集：u (x)=0同样地，x对相应子集隶属度亦可算出，例如：正大：u ( x)=0.1正中：u ( *)=0.8正小：u址)=0.9正很小：u(X )=0.1其余子集：u X)=0.模糊控制规则条件部分的隶属度。例如，对前述设定的模糊控制规则、控制输入组y二x=C ,x=O.C /min对其条件部分的隶属度可求得：对规则的条件部分：u(y)=O对规则的条件部分：u (y)=0.1对规则的条件部分：u (y)=0.8(4)利用模糊控制规则，推导控制输出的模糊量。由前 一步骤计算的对规则条件部分的隶属度u (y),可直接得出相应规则结论部分对相应子集的隶属度。例如，对规则，已知y对条件部分的隶属度u (y) =0.8 , 那么，压缩机排量F对“中等排量”隶属度u (F)=0.8，风 机转速v，对“中等转速”隶属度u (v)=0.8，膨胀阀开度N 对“中等转速”隶属度u (N)=0.8。考虑所有有关的结论部 分，即可得到控制输出对相应子集的隶属度。如压缩机排 量F对相应子集的隶属度为：最大：u (F)=0大：u (F)=0.1中：u (F)=0.8小: u (F)=0.7最小：u (F)=0.1模糊推理规则输出模糊量根据重心法原则模糊控制器控制表44544T-I00-1 1:11I9-1o12-1-1UI时间/min肿，拧制:-常规拎制模糊控制与常规控制比较模糊控制具有超调量小、稳差小的特点。一般汽车空调模糊控制 可节能15%20%控制过程：1、根据温度传感器和湿度传感器测定的温度湿度，以人体舒适感为基 础，对车厢温度进行模糊修正2、根据设定温度和实测温度，用模糊控制原则推论控制输岀3、根据室外温度、乘车满员率对控制输出进行热负荷模糊修正。4、根据车门启闭情况，对控制输出进行修正绪谄*实行模糊控制要进行三个方面的工作:(1)精确量的模糊化，把语言变量的语言值化 为某适当论域上的模糊子集；模糊控制算法和设计，通过一组模糊条件 语句构成模糊控制规则，并计算模糊控制 规则决定的模糊关系； 输出信息的模糊判决，并完成由模糊量到 精确量的转化