第九章 仿人智能控制v2

1、2021-11-21Manlike IC1第九章第九章 仿人智能控制仿人智能控制9.1 仿人智能控制的原理9.1.1基本思想9.1.2仿人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 几种仿人智能控制方案9.2.1仿人智能开关控制9.2.2仿人比例控制9.2.3仿人智能积分控制9.3 专家PID控制2021-11-21Manlike IC2智能控制的一个重要研究方向智能控制的一个重要研究方向 智能控制，根本上是要的智能行为进行决策和控制。必要的训练之后，人实现的控制方法。仿人智能控制不需要了解对象的结构、参数，即于对象的数学，而是根据积累的经验和知识进行在线的推理确定和变换控制策略

2、。2021-11-21Manlike IC3调节器参数的自动整定问题调节器参数的自动整定问题lPID需要试验加试凑方法整定。需要熟练的技巧，并且相当费时。l传统PID调节器无自适应能力。l研究专家PID或者智能PID十分必要。2021-11-21Manlike IC49.1.1 基本思想基本思想 PID 比例，积分和微分控制器反馈控制，按偏差调节 控制器作用人脑P: 比例，线性放大缩小 I: 积分，细调D: 微分，变化趋势想象功能，具有非线性放大能力记忆功能，选择性记忆能力预见功能，远见卓识的预见能力PID控制作用是优良控制的必要条件，非充分条件。2021-11-21Manlike IC5PI

3、D的改进： 1变增益控制（增益适应） 2. 智能积分（非线性积分） 3智能采样控制等等 2021-11-21Manlike IC6基本思想： 利用计算机模拟人的控制行为功能，最大限度地识别过程特征信息，进行启发和自觉推理，对缺乏精确数学模型的对象实现有效的控制 。2021-11-21Manlike IC79.1.2 仿人智能控制行为的特征变量仿人智能控制行为的特征变量 图9.1 二阶系统的单位阶跃相应曲线2021-11-21Manlike IC82021-11-21Manlike IC9几个不同点的分析几个不同点的分析l点a: 系统偏差有平衡点的趋势；l点b: 系统偏差有平衡点的趋势；l点F:

4、系统偏差达到极值。2021-11-21Manlike IC109.1.3 系统特性的模式识别系统特性的模式识别p根据输出以及它们的组合的特征变量，划分动态特征模式，特征模式作为智能控制决策的依据。偏差: en=r-yn 偏差变化: en=en en-1 2021-11-21Manlike IC113) e*ee*e的符号，表征动态偏差变化情况. 0, 平衡点 0000e0000en*en000 偏差加大, 偏差的绝对值逐渐增大en*en0 无极值en*en-10 有极值lB点： en*en-10lC点： en*en-10 ; en*en0lB点之后，偏差趋于减小，C点之后，偏差逐渐加大。202

5、1-11-21Manlike IC14l与en*en联合使用，细化系统特征l例如，曲线BC(DE)中间一段，偏差变化较大且偏差较大。l具体数值满足len*en0且b 0 超调阶段 ABC段(e)0then u(k)=U,t0(k)=T（全开） (2) if |e(k)|M e(k)0then u(k)=U,t0(k)=0（全关） (3) if e(k)=0, e(k-1)0 then u(k)=U,t0(k)= t0(k-1)（5）if |e(k)|0, e(k)0 then u(k)=U,t0(k)= K2 t0(k-1)（6）if |e(k)|0, e(k)0 then u(k)=U,t0

6、(k)= K3 t0(k-1)（7） if |e(k)|0, e(k)0 then u(k)=U,t0(k)= K4 t0(k-1)（8） if |e(k)|E, e(k)0 then u(k)=U,t0(k)= t0(k-1)2021-11-21Manlike IC26（9） if E|e(k)|0, e(k)0 then u(k)=U,t0(k)= K5 t0(k-1)（10）if E|e(k)|0, e(k)0 then u(k)=U,t0(k)= K6 t0(k-1)（11）if E|e(k)|M, e(k)0, e(k)0 then u(k)=U,t0(k)= K7 t0(k-1)（

7、12）if E|e(k)|M, e(k)0 then u(k)=U,t0(k)= K8 t0(k-1)2021-11-21Manlike IC27参数意义：E允许偏差的绝对值, ME给定常数，t0(k)，t0(k-1)分别为本次和上次控制量输出时间。Ki为依据经验整定的系数。 2021-11-21Manlike IC28仿人智能开关控制（BANGBANG控制）(应用实例) 根据偏差的大小来确定控制电压。在液位实际值远小于给定值时，输出一个较大的控制电压，提高液位的上升速率，减少上升时间；随着偏差的减小，逐步减少控制电压，以减小系统的超调量和稳定时间。经过多次实验，选择3V，2.25V, 1.7

8、5V, 0.05V四种控制电压。 2021-11-21Manlike IC29 首先将标准化后的误差送入形参err，然后根据err的值，选择一个输出电压，当液位上升后，m1的值分阶段减小，当液位超过了设定值，err成为负值，只输出一个很小的电压（0.05V），液位下降，从而达到控制液位的功能 。2021-11-21Manlike IC30 智能开关控制实验结果及参数分析 实验取液位为50，其余参数都为零，电压分为三级加到伺服阀上，稳定以后电压迅速频繁地切换，曲线比较稳定，但是饲服阀的开口很小才能达到如此效果 2021-11-21Manlike IC319.2.2 仿人比例控制仿人比例控制 p常

9、规控制，K小，系统稳定性好，静态误差大。p仿人控制，不断调整给定值，使系统输出不断逼近给定值，提高系统精度。K对象Reuy+-比例反馈控制系统2021-11-21Manlike IC322021-11-21Manlike IC33控制原理：初始给定1，yss0系统稳态输出值，ess0静差。系统进入稳态后，增加给定值ess0-1ess0。第二级稳态输出为yss0 +yss1,静差减小为ess1。第三级输入给定为1 ess0ess1。依此下去，有 输出 静差 01 ()nssiiyyRn 0 ()ssnen 2021-11-21Manlike IC34控制算法：积分开关只在满足稳态条件时才闭合，完

10、成一次 运算后立即断开，此后不变.100nneee0neK对象Reuy+-仿人比例控制e0n积分开关2021-11-21Manlike IC35规则为：允许静差的2倍，N正比于算法实质：比例加智能积分。未满足条件时，仅比例控制；稳态后，积分器每N个周期工作一次，避免传统积分带来的相位裕量减小。Kp可以较小，增大增益裕量。有效解决稳态精度和稳定裕量的关系。00100, ( )(1)nnif KKKN e ke kthen eee/T2021-11-21Manlike IC36仿人比例温度控制仿真曲线仿人比例温度控制仿真曲线 2021-11-21Manlike IC37仿真结果仿真结果12021-

11、11-21Manlike IC38仿真结果仿真结果22021-11-21Manlike IC39 温度控制系统硬件框图温度控制系统硬件框图 PLCSCR电炉PCTgTc热电偶2021-11-21Manlike IC40温度控制实际效果温度控制实际效果2021-11-21Manlike IC41 仿人智能比例液位控制实验结果及参数分析 l 第二次实验改取Kp为3，如右图所示，第一次判稳值明显增大，而且总的上升时间也相对还有所减少，最终的稳定效果也还不错 l实验设定液位为50，由于仿人比例控制中的Ki和Kd没有起到作用，故直接取Kp为1，可以看到第一次稳定值比较小，但最后的稳定效果很明显。如右图所

12、示：2021-11-21Manlike IC42实验结果及参数分析(2)l 第三次实验改取Kp为8，则如左图所示，由于其值较大，还没有达到稳态值就达到了设定的值，产生超调，最后的稳定效果虽然可以，但略低于设定的50，效果不如上两次的实验，所以Kp值大概应该在1至6之间取值 2021-11-21Manlike IC439.2.3 仿人智能积分控制仿人智能积分控制 常规积分的缺点：1) 针对性不强，（处处积分起作用）2) 积分饱和3) 参数选择不当时，系统容易振荡 2021-11-21Manlike IC442021-11-21Manlike IC45分析：（a,b)和（b,c）中，控制器积分作用

13、与有经验的操作人员的控制作用相反，导致系统出现超调。2021-11-21Manlike IC46仿人积分控制算法：仿人积分控制算法：只在区间(a,b)、(c,d)和(e,f)上进行积分，其它区间停止积分。借助于惯性向稳态过渡。当e*e0或e=0且e0时 ，对偏差积分当e*e0或e=0时 ，不对偏差积分。p应用示例：1.电炉温度控制2.水轮机速度,励磁控制2021-11-21Manlike IC47仿人智能控制算法仿人智能控制算法 积分 不积分扩展：智能积分*0*0eeee*000, integration*00when eeoreand ewhen eeor eno action2021-11

14、-21Manlike IC48仿人积分仿真仿人积分仿真2021-11-21Manlike IC49仿人积分仿真仿人积分仿真22021-11-21Manlike IC50仿人积分仿真仿人积分仿真3 抗扰动抗扰动2021-11-21Manlike IC51仿人仿人PID控制算法仿真结果控制算法仿真结果 PK=0.0375,IK=0.0001,DK=1.1812. 2021-11-21Manlike IC52仿人积分实际控制效果仿人积分实际控制效果2021-11-21Manlike IC53仿人智能积分(液位控制) 实验结果及参数分析设定液位为50，Kp为4，Ki为0.6，Kd为0.1，此时曲线上升

15、比较快，超调量很小，很快进入稳定并且稳定效果比较好。 将Kp设为1，其余保持上次实验数据，液位50，Ki为0.6，Kd为0.2，实验效果如右图所示，超调量很大，伴有明显的振荡，稳定时间很久，结果很不理想 2021-11-21Manlike IC54l一、专家一、专家PIDPID控制原理控制原理2021-11-21Manlike IC55 PID专家控制的实质是，基于受控对专家控制的实质是，基于受控对象和控制规律的各种知识，无需知道被象和控制规律的各种知识，无需知道被控对象的精确模型，利用专家经验来设控对象的精确模型，利用专家经验来设计计PID参数。专家参数。专家PID控制是一种直接型控制是一种

16、直接型专家控制器。专家控制器。 典型的二阶系统单位阶跃响应误差曲典型的二阶系统单位阶跃响应误差曲线如图所示。对于典型的二阶系统阶跃线如图所示。对于典型的二阶系统阶跃响应过程作如下分析。响应过程作如下分析。2021-11-21Manlike IC562021-11-21Manlike IC57 2111kekekekekeke2021-11-21Manlike IC58 1Mke2021-11-21Manlike IC59 2Mke 0e ke k 0e k 21211dip1kekekekkekkekekkkuku2021-11-21Manlike IC60 21211dipkekekekke

17、kkekekkuku2021-11-21Manlike IC61 0 keke 01 keke 0ke 0 keke 01 keke 2Mke kekkkukump11 2021-11-21Manlike IC62 2Mke kekkkukump21 )(ke2021-11-21Manlike IC632021-11-21Manlike IC64s 10470 + s 87.35 523500 )(23pssG2021-11-21Manlike IC65基于综合策略的智能基于综合策略的智能PIDPID算法程序设计流程图如下算法程序设计流程图如下：返回返回返回2021-11-21Manlike IC66用于控制封闭式电热炉，设定值为500时2021-11-21Manlike IC67用于控制普通式电炉，设定值为150时0 10002000300040005