智能控制理論及應(yīng)用 課件 第12章-13章 綜合應(yīng)用

1主要內(nèi)容12.1雙容水箱對(duì)象及模型12.2PID控制器的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)12.3模糊控制器的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)12.4神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自整定PID控制器的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)2第12章11.2.1引言12.1雙容水箱對(duì)象及模型雙容水箱的模型上水箱的進(jìn)水閥為V1，出水閥為V2；下水箱進(jìn)水閥為V2，出水閥為V3，上下水箱通過閥門V2串接在一起，其中V1可調(diào)，V2，V3開度固定；被控量為下水箱液位h2

；控制量為進(jìn)水閥V1的進(jìn)水量。3第12章12.1雙容水箱對(duì)象及模型雙容水箱的數(shù)學(xué)模型多容水箱實(shí)驗(yàn)裝置上，通過階躍響應(yīng)測試法獲取模型4第12章12.1雙容水箱對(duì)象及模型12.2PID控制器的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)雙容水箱液位PID控制系統(tǒng)Simulink仿真框圖第12章12.2PID控制器的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)雙容水箱的模型設(shè)定值：60cm；純滯后時(shí)間：0.85s；輸出飽和（OutputSaturation）項(xiàng)中的上下限值設(shè)置為100和0。第12章12.2PID控制器的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)PID控制響應(yīng)曲線注：在50s時(shí)，加一幅值為10的擾動(dòng)。第12章12.2PID控制器的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)12.3.1Mamdani模糊控制器模糊控制器的參數(shù)設(shè)置第12章12.3.1Mamdani模糊控制器三個(gè)變量的隸屬函數(shù)第12章12.3.1Mamdani模糊控制器Mamdani型模糊控制器的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)模糊控制器的控制規(guī)則表第12章12.3.1Mamdani模糊控制器水箱液位模糊控制系統(tǒng)Simulink仿真框圖第12章12.3.1Mamdani模糊控制器水箱液位模糊控制響應(yīng)曲線注：與PID控制器的結(jié)果比較，模糊控制的仿真結(jié)果并不理想。第12章12.3.1Mamdani模糊控制器12.3.2PID參數(shù)模糊自整定控制器通過設(shè)計(jì)模糊系統(tǒng)來自適應(yīng)地整定PID的參數(shù)；根據(jù)輸入的大小來確定PID的三個(gè)參數(shù)的變化；關(guān)鍵就是模糊規(guī)則的制定。第12章12.3.2PID參數(shù)模糊自整定控制器PID參數(shù)模糊自整定控制器模糊整定器的參數(shù)設(shè)置第12章12.3.2PID參數(shù)模糊自整定控制器三個(gè)變量的隸屬函數(shù)e的隸屬函數(shù)（模糊PID）ec的隸屬函數(shù)（模糊PID）輸出變量的隸屬函數(shù)第12章12.3.2PID參數(shù)模糊自整定控制器PID參數(shù)模糊自整定控制器模糊控制器的控制規(guī)則表第12章12.3.2PID參數(shù)模糊自整定控制器PID參數(shù)模糊自整定控制器PID參數(shù)模糊自整定控制的仿真圖第12章12.3.2PID參數(shù)模糊自整定控制器水箱液位PID參數(shù)模糊自整定控制的仿真結(jié)果系統(tǒng)超調(diào)量為1.13%，峰值時(shí)間21.09min，誤差5%的調(diào)節(jié)時(shí)間為13.99min，誤差2%的調(diào)節(jié)時(shí)間為15.37min。與模糊控制效果相比，響應(yīng)速度變快與傳統(tǒng)PID控制效果相比，響應(yīng)速度加快，且超調(diào)較小；由于該算法可以根據(jù)偏差和偏差變化自適應(yīng)地調(diào)整PID參數(shù)，因此控制效果最優(yōu)。第12章12.3.2PID參數(shù)模糊自整定控制器12.4神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自整定PID控制器的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

第12章12.4神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自整定PID控制器的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)12.4神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自整定PID控制器的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

第12章12.4神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自整定PID控制器的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)主要內(nèi)容13.1油輪航向模型13.2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)13.3模糊控制器設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)2213.1油輪航向模型非線性系統(tǒng)速度u方向x表示航向角（弧度表示）表示舵角輸入（弧度表示）表示期望的航向角23第13章13.1油輪航向模型基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的油輪航向控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖13.2.1BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器第13章13.2.1BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用3層結(jié)構(gòu)，包含一個(gè)隱層，隱層節(jié)點(diǎn)5個(gè)；隱含層激活函數(shù)為Sigmoid函數(shù)；輸出層激活函數(shù)為purelin函數(shù)。誤差函數(shù)：權(quán)值更新：25第13章13.2.1BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的算法訓(xùn)練步驟第13章13.2.1BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器航向響應(yīng)曲線第13章13.2.1BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器基于徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的油輪航向控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖13.2.2RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器輸入:誤差e及誤差變化率de;輸出:舵角第13章13.2.2RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器29RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出第13章13.2.2RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器30高斯函數(shù)作為徑向基函數(shù)第13章13.2.2RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器航向響應(yīng)曲線第13章13.2.2RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器13.3模糊控制器設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)游輪航向模糊控制系統(tǒng)框圖第13章13.3模糊控制器設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)模糊控制器的設(shè)計(jì)偏差和偏差變化的隸屬函數(shù)輸出的隸屬函數(shù)第13章13.3模糊控制器設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)模糊規(guī)則表控制結(jié)果35圖13-13模糊控制結(jié)果（ke=2/pi,kde=250,ku