第九章 仿人智能控制v2.pptx

2020/6/8，ManlikeIC，第1，第9章模拟智能控制， 9.1伪智能控制原理9.1.1基本思想9.1.2伪智能控制行为的特征变量9.1.3系统特性的模式识别9.2一些伪智能控制方案9.2.1伪智能开关控制9.2.2伪智能比例控制9.2.3伪智能积分控制9.3专家PID控制2020/6/8，mid 必要的训练后，人类实现的控制方法接近最佳。 人的智能控制不需要知道对象的结构参数，不依赖对象的数学模型，根据积累的经验和知识进行在线推理决策和变换控制策略。2020/6/8、ManlikeIC、3、调节器参数的自动调整问题、PID需要通过试验追加调整方法进行调整。 需要熟练的技术，而且需要相当长的时间。 传统的PID调节器没有适应力。 有必要研究专家的PID和智能PID。 2020/6/8，ManlikeIC，4，4，9.1.1基本思想，PID-比例，积分和微分控制器反馈控制，偏差调整，PID控制作用是优良控制的必要条件，不是充分的条件。 2020/6/8，ManlikeIC，5，PID的改进：1.可变增益控制(增益自适应)2.智能积分(非线性积分)3.智能采样控制等，2020/6/8，ManlikeIC，6，人类控制的基本思想：利用计算机模拟人类的控制行为功能，并确定过程的特性2020/6/8，ManlikeIC，7，9.1.2伪人智能控制行为的特征变量，图9.1二次系统的单位步长对应曲线，2020/6/8，ManlikeIC，8，2020/6/8，ManlikeIC，9，几个不同点的分析，点a，b，f的值均为动态特征的不同点a:的系统偏差趋向于偏离平衡点，点b:的系统偏差趋向于趋向于平衡点，而点F:的系统偏差恰好达到了最小值。 根据2020/6/8、ManlikeIC、10、9.1.3系统特性的模式识别、输出偏差e和偏差变化e以及它们组合的特征变量来划分动态特征模式，并且该特征模式作为智能控制决定的依据。 偏差：en=r-yn偏差变化3360en=en-en-1，2020/6/8，ManlikeIC，11，3 ) e*e，e *e的符号表示动态偏差变化的情况en*en0B点以后偏差变小，c点以后偏差变大。 另外，与2020/6/8、ManlikeIC、14、en*en并用，将系统的特征，例如曲线BC(DE )的中间部分进行细分，偏差的变化大，偏差大。 具体的数值是en*en0并且b0过冲阶段ABC分段(e ) 0到thenu (k )=u，t0(k)=T (全开) (2) if|e (k )|- me (k ) 0到thenu (k )=u，t0(k)=0(全闭) (3)ife(k)=0，e (k-1 ) 0到thenu (k ) t0(k )=t0(k-1 ) (5)满足if|e (k )|0e(k)0thenu(k)=u，t0(k)=K2t0(k-1)(6)if|e(k)|0，e(k)0，e (k )0thenu (k )=u，t0(k-1 )，2020/6/8，ManlikeIC，2020 e(k)0thenu(k)=Ut0(k )=k5t0(k-1 ) (10 ) ife-e (k )|0，e (k )0thenu (k )=u，t0(k)=K8t0(k-1 )，2020/6/8，参数意义： e允许偏差的绝对值，ME规定常数Ki是根据经验整定的系数。 另外，2020/6/8、ManlikeIC、28、生物智能开关控制(BANG-BANG控制)(应用例)、液面水平控制根据偏差的大小决定控制电压。 当液位的实际值远小于规定值时，输出大的控制电压，提高液位的上升速度，随着减少上升时间的偏差变小，逐渐减小控制电压，减小系统的过冲量和稳定时间。 经过多次实验，选择了3V、2.25V、1.75V、0.05V种控制电压。 另外，2020/6/8、ManlikeIC、29首先将标准化后的误差发送给波形参数err，根据err的值选择输出电压，当液位上升时，m1的值阶段性地减少，当液位超过设定值而err成为负值时，仅输出微小的电压(0.05V )，液位下降2020/6/8，ManlikeIC，30，智能开关控制的实验结果和参数分析，实验液位为50，其馀参数均为零，电压分三阶段施加到伺服阀上，稳定后，电压快速频繁切换，曲线比较稳定， 饲养阀开口小时能达到此效果的是、2020/6/8、ManlikeIC、31、9.2.2拟比例控制、常规控制、k小、系统稳定性好、静态误差大。 仿照人的控制，调整给定的值，接近系统的输出给定的值，提高系统的精度。2020/6/8、ManlikeIC、32、2020/6/8、ManlikeIC、33、控制原理：初始给定=1、yss0系统稳定输出值、ess0静差。 系统进入稳定状态后，增加规定值ess0-1 ess0。 二次稳定输出减少到yss0 yss1，静差减少到es1。 级别3的输入被指定为1 ess0 ess1。 这样的话，有输出静差，2020/6/8，ManlikeIC，34，控制算法：积分开关只在满足稳定条件时闭合，一次运算结束后立即断开，之后不变。2020/6/8、ManlikeIC、35、规则为:允许静差的2倍，n与算法的本质成比例：比例加法智能积分。 不满足条件时，仅比例控制成为稳定状态后，积分器每n个周期进行动作，避免以往的积分引起的相位馀量的减少。 Kp可以小，也可以增大增益馀量。 有效解决稳态精度与稳定馀量的关系。 2020/6/8，ManlikeIC，36，模拟比例温度控制模拟曲线，2020/6/8，ManlikeIC，37，模拟结果1，2020/6/8，ManlikeIC，38，模拟结果2，2020/6/8，ManlikeIC，39 温度控制系统的硬件框图、2020/6/8、ManlikeIC、40温度控制的实际效果、2020/6/8、ManlikeIC、41、模拟智能比例液位控制的实验结果和参数分析、第2次实验中将Kp变更为3时，如右图所示，第1次的稳定值而且整体的上升时间也相对减少，最终的稳定效果也良好，实验设定液位为50，模拟比例控制中的Ki和Kd不起作用，因此，如果将Kp设为1，则第1次的稳定值比较小，但最后的稳定效果明显。 如右图所示，在、2020/6/8、ManlikeIC、42、实验结果和参数分析(2)、第3次实验中将Kp变更为8时，如左图所示，值大，达到设定为还没有达到稳定值的值，发生过冲，能够实现最后的稳定效果，但设定为50 由于效果不及上次实验，因此选择了Kp值应在大约1到6之间取值的2020/6/8、ManlikeIC、43、9.2.3模拟人智能积分控制、通常积分的缺点：1)目标不强、(无处积分作用)2)积分饱和3 )参数在2020/6/8，ManlikeIC，44，2020/6/8，ManlikeIC，45，分析： (a，b )和(b，c )中，控制器积分作用与有经验的操作员的控制作用相反，系统发生过冲。 另外，仅在2020/6/8、ManlikeIC、46、伪积分控制算法：区间(a，b )、(c，d )和(e，f )进行积分，在其他区间停止积分。 由于惯性转移到稳定状态。 在e*e0或e=0且e0的情况下，对于偏差积分，在e*e0或e=0的情况下，不进行偏差积分。 应用实例：电炉温度控制水轮机速度，励磁控制，2020/6/8，ManlikeIC，47，伪智能控制算法，积分不积分扩展：智能积分，2020/6/8，ManlikeIC，48，伪积分仿真，2020/6/8，ManlikeIC，49，伪积分仿真8、ManlikeIC、50伪积分模拟3的抗扰动、2020/6/8、ManlikeIC、51、伪PID控制算法的模拟结果：=0.0375，=0.0001，=1.1812 .2020/6/8， 模仿ManlikeIC、52、模拟积分的实际控制效果、2020/6/8、ManlikeIC、53人工智能积分(液位控制)的实验结果和参数分析，将液位设定为50、Kp设定为4、Ki设定为0.6、Kd设定为0.1时，曲线上升快，超调量小、Kp为1，其馀保留上次实验数据，液位50、Ki为0.6、Kd为0.2，实验效果如右图所示，超调量大，伴有明显振动，稳定时间长，结果不理想，由2020/6/8、ManlikeIC、54、9.3专家PID制造2020/6/8，ManlikeIC，55 PID专家的控制本质不需要基于受控对象和控制规则的各种知识来了解受控对象的正确模型，而是利用专家经验来设计PID参数。专家PID控制是直接型专家控制器。 典型的二次系统单位阶跃响应误差曲线如图所示。 典型二次系统的阶跃响应过程分析如下。 将2020/6/8、ManlikeIC、56、图的典型的二次系统单位步进响应误差曲线、2020/6/8、ManlikeIC、57、e(k )离散化后的当前采样时刻的误差值、e(k-1 )和e(k-2 )分别表示前两个采样时刻的误差值根据ManlikeIC，58误差及其变化，可以设计专家的PID控制器，该控制器可以分为以下5种情况进行设计： (1)当时，误差的绝对值已经说明很大。 与误差变化的趋势无关，必须考虑以最大(或最小)速度输出控制器的输出并减小误差的绝对值。 在这种情况下，相当于实施开环控制。2020/6/8、ManlikeIC、59、(2)此时，误差向误差的绝对值变大的方向变化，或误差在某一定值没有变化。 此时，可以考虑控制器实施强控制作用，使得说明误差也大，扭转误差的绝对值向减少方向变化，误差的绝对值急剧减少，控制器输出为2020/6/8、ManlikeIC、60，说明误差尽管绝对值向增加方向变化只要误差绝对值本身不太大，控制器可能实施一般的控制作用的扭转误差的变化倾向向误差的绝对值减少的方向变化，则控制器输出为2020/6/8、ManlikeIC、61，(3)或者误差的绝对值减少的方向在这种情况下，控制器的输出可能保持恒定。 在(4)的情况下，说明误差处于极值状态。 此时，如果误差的绝对值大，即可以考虑实施强的控制作用，如果2020/6/8、ManlikeIC、62此时误差的绝对值小，即可以考虑实施弱的控制作用(5)此时，说明误差的绝对值小，此时另外，在2020/6/8、ManlikeIC、63，图中I、iii、v、vii、的区域中，误差向绝对值变小的方向变化。 在这种情况下，可以采取保持待机措施，在与实施开环控制相当的、iv、vi、viii、的区域中，误差的绝对值向增大的方向变化。 在此情况中，可根据误差的量值来实施强控制作用或一般控制作用，以抑制动态误差。 另一方面，2020/6/8、ManlikeIC、64、2，仿真程序和分析仿真实例求出三维传递函数的阶跃响应，对象采样时间为1ms。 使用专家的PID设计控制器。 在仿真中，取0.001，程序中的5个规则对应于控制算法的5个状况。 仿真程序： chap2_1.m，2020/6/8，ManlikeIC，65，实时控制测试，基于综合策略的智能PID算法的设计流程图如下：返回： 2020/6/8，ManlikeIC，