仿人智能控制

仿人智能控制仿人智能控制是仿效人的政行为而进行控制和决策，即在宏观结构上和功能上对人的控制进行模拟。开展仿人智能控制的研究，是目前智能控制的一个重要研究方向。1. 仿人智能控制的原理1.1仿人智能控制的基本思想传统的PID控制是一种反馈控制，存在着按偏差的比例、积分和微分三种控制作用。比例：偏差一产生，控制器就有控制作用，使被控量想偏差减小的方向变化， 器控制作用的强弱取决于比例系数 Kp积分能对偏差进行记忆并积分，有利于消除静差，但作用太强，既Ti太大会是控制的动态性能变差，以至使系统不稳定。微分：能敏感出偏差的变化趋势,To大可加快系统响应（使超调减小）但又会使系统抑制干扰的能力降低。下面来分析一下 PID控制中的三种控制作用的是指以及他们的功能与人的控制思维的某种智能差异，从而看出控制规律的智能化发展趋势。1）比例；PID中实质是一种线性放大或缩小的作用，它类似于人的想象能力，可以把一个量想得大一些或小一些，但人的想象力是非线性的是变的，可根据情况灵活变化。2） 积分作用：对偏差信号的记忆功能 （积分），人脑的记忆功能是人 类的一种基本智能，人脑的记忆是具有某种选择性的。可以记住有用的信息，而遗忘无用或长时间的信息，而PID中的积分是不加选择的长期记忆，其中包括对控制不利的信息，同比PID中不加选择的积分作用缺乏智能性。3) 微分：体现了信号的变化趋势，这种作用类似于人的预见性，但PID中的微分的预见性缺乏人的远见卓识，且对变化快的信号敏感，对变化慢的信号预见性差仿人智能控制的基本思想 是指：在控制过程中利用计算机模拟人的 控制行为能力，最大限度的识别和利用控制系统动态过程所提供的特征 信息进行启发和直觉推理，从而实现对缺乏精确数学模型的对象进行有 效的控制1.2仿人智能行为的特征变量对系统动态特征的模式识别，主要是对动态模式的分类，根据系统 偏差e及偏差变化 e以及由它们相应的组合的特征变量来划分动态特 征模式，通过这些特征模式刻画动态系统的动态行为特征，以便作为智 能控制决策的依据。a处偏差将继续偏离平衡输出是一样的，但他们的动态特征是不同的,状态，b处偏差将回归平衡状态，F处偏差达到最大值。为了更全面，更细致的刻画系统的动态特征，定义下列特征变量。1 ）偏差en（en表示偏离的大小，称为离散数）en =R y n2）偏差变化 en en=en-en-i3）en en（偏差及偏差变化之积）偏差与偏差变化之积构成了一个新的描述系统动态过程的特征变量。利用该特征变量的趋势是否大于0可以描述系统动态偏差变化的趋势，对应图1可得下表1OAABBCCDDEen0 0 00 en0 0 0 0en en0 0 0图1系统的典型阶跃响应曲线另外，当enen0 （AB,CD ）表明系统的动态过程正向偏差增加的方向变化，即偏差的绝对值逐渐增大。4） en en-1 （相邻两次偏差变化之积） en-1=e n-1-e n-2这个特征量表示了偏差出现的极值状态的特征量。若 en en-i0表示无极值状态出现；将厶enA en-1与en en联合使用，可以判别动态过程当偏差出现极值后的变化趋势，如B和C点：B 点： en环-10C 点： en $-10, e * en05） e/e|（偏差变化的姿态）这个特征量可以描述动态过程中偏差变化的姿态,当 e/e大时，表明 e大，而e小或很小当 e/e小时，表明e大，或厶e很小若B|A e/e|0 ,处于超调段CDE 段: ( en) M e(k)0 THEN u(k)=Ut0 (K)=T ( 炉温低，加入控制作用 )(2) IF |e(k)| M e(k)0 THEN u(k)=0t0(K)=0 ( 炉温高，切断控制作用 )( 3) IF e(k)=0e(k-1)0 THEN基本一样 )( 5) IF |e(k)|0t0(K)=K2 t0(K-1)(6) IF |e(k)|0t0(K)=K3 t0(K-1)( 7) IF |e(k)|0t0(K)=K4 t0(K-1)( 8) IF |e(k)|0t0(K)= t0(K-1)(9) IF E |e(k)|0t0(K)=K5 t0(K-1)(炉温正好，但是上一拍炉温低，u(k)=Ut0(K)= t0(K-1) ( 同上 e(k)0 THEN u(k)=U e(k)0 THEN u(k)=U e(k)0 THEN u(k)=U e(k)0 THEN u(k)=U(10) IF E |e(k)|M e(k )0 to(K)二K6 to(K-1)(11) IF E |e(k)|0 to(K)=K7 to(K-1)(12) IF E |e(k)|M e(k )0 THEN u(k)=U e(k)0 THEN u(k)=UM为给定的常数ME, t0(K)和to(K-1)分别为本次和上一次控制量的输出时间，K0-K8位根据经验或实验而整定的参数。3. 仿人比例控制器3. 1仿人比例控制原理假定对象为线性定常系统，其比例反馈如图4所示，当K较小时一般可以保证系统的稳定性，但会有较大的静差，满足不了稳定将度的要求。这是可采用仿人控制，不断调整给定值，使系统不断逼近期望值。图4比例反馈控制系统具体做法是：若系统进入稳定后，在给一个幅值为ess0的阶跃输出，此时给定值变为1+ ess0，系统稳定输出为ysso + Yss1，此时再给一个幅值为ess1的阶跃输入，则产生yss0 + yss1 + yss2 的稳定输出，依次下去有：ny = E yssi ? ? k=i(i)i = 0yss0 essn ? ? f 0(2)实际上只要n足够大就可以，例如若原比例控制静差ess0 =20%，则ysso=O.8。若要求警差度为1%，则yn = yss0 + y ss1 + yss2=Yss0 + Yss0 %20+ ysso%20%20=0.8+0.16+0.032=0.992即可满足要求了。图5阶跃响应曲线3. 2仿人比例控制算法仿人比例控制系统如下图 6所示：图中积分开关只有在满足稳定输出 时才闭合一次，完成 e0 = eo-1 + e运动后又立即断开，此后 e；不变。图6仿人比例控制为了判断系统处于稳定状态而不受干扰和扰动的影响，给出如下判据：系统处于稳定的充分条件是存在一个ko使得ko k ko+N时，|e(k)-e(k-1)| s或者以连续N满足|e(k)-e(k-1)| S作为判稳条件。为实现仿人比例控制方法，可采用如下产生式规则描述：n n-1IF ko k ko+N, |e(k)-e(k-1)|0时，对偏差进行积分；当ee0 or ( e=0 and e0) then 积分(2) if e e0 or e=0then不积分这样引入的积分即为智能积分作用，下图8为具有智能积分的控制系统结构图。图8具有智能控制积分控制的控制系统