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实验一：专家PID控制 实验题目： 一专家系统的传递函数为。采用专家PID控制，输入信号为阶跃信号，取采样时间为1ms，用MATLAB仿真，画出阶跃响应曲线和误差变化曲线。 二、实验分析： 1、PID控制算法分析 PID是比例(P)、积分(I)、微分(D)控制算法。但并不是必须同时具备这三种算法，也可以是PD,PI,甚至只有P算法控制。Kp,Ti,Td三个参数的设定是PID控制算法的关键问题。一般说来编程时只能设定他们的大概数值，并在系统运行时通过反复调试来确定最佳值。因此调试阶段程序须得能随时修改和记忆这三个参数。PID控制算法是实际工业控制中应用最为广泛的控制算法。它具有控制器设计简单、容易实现、控制效果好、鲁棒性强等特点，是迄今为止最稳定的控制方法。它所涉及的参数物理意义明确，理论分析体系完整。 2、专家PID控制过程分析： 专家控制(Expert Control)的实质是基于受控对象和控制规律的各种知识，并以智能的方式利用这些知识来设计控制器。利用专家经验来设计PID参数便构成专家PID控制。 对于典型的二阶系统阶跃响应过程作如下分析，根据误差及其变化，可设计专家PID控制器，该控制器可分为五种情况进行设计。 令e(k)表示离散化的当前采样时刻的误差值，e(k-1)、e(k-2)、分别表示前一个和前两个采样时刻的误差值，则有 根据误差及其变化，可设计专家PID控制器，该控制器可分为5种情况设计： Ⅰ：时，实施开环控制。 Ⅱ：当时由控制器实施较强控制作用，其输出可以为 当时控制器实施一般的控制作用，其输出为 Ⅲ：当时，控制器输出不变。 Ⅳ：当时，实施较强控制作用， 当时，实施较小控制作用， Ⅴ：当时，此时加入积分，减小稳态误差。 式中，—————误差e的第k个极值； —-分别为第k次和第k-1次控制器输出； =2——————增益放大系数，； =0.6—————增益抑制系数，； ——设定的误差界限，， 其中可取0.8，0.4，0.2，0.01四值； =0.001—————任意小正实数。 三、实验过程： 1、对传递函数离散取样，选取采样时间间隔为1ms； 2、PID控制算法的关键问题是其三个参数Kp,Ti,Td的设定，选取初始值为：kp=0.6；ki=0.03；kd=0.01； 3、取阶跃信号； 4、写出线性模型及当前采样时刻的误差值： 5、循环第3和第4步； 6、通过Matlab仿真出专家PID控制的阶跃响应曲线图和误差响应曲线图。 实验结果： 图1 阶跃响应曲线 图2 误差响应曲线 附录：仿真程序 %Expert PID Controller clear all; close all; ts=0.001; sys=tf(3.5e003,[1.5,50,0]); dsys=c2d(sys,ts,z); [num,den]=tfdata(dsys,v); u_1=0.0;u_2=0.0;u_3=0.0; y_1=0;y_2=0;y_3=0; x=[0,0,0]; x2_1=0; kp=0.6; ki=0.03; kd=0.01; error_1=0; for k=1:1:500 time(k)=k*ts; rin(k)=1.0; %Tracing Jieyue Signal u(k)=kp*x(1)+kd*x(2)+ki*x(3); %PID Controller %Expert control rule if abs(x(1))0.8 %Rule1:Unclosed control firstly u(k)=0.45; elseif abs(x(1))0.40 u(k)=0.40; elseif abs(x(1))0.20 u(k)=0.12; elseif abs(x(1))0.01 u(k)=0.10; end if x(1)*x(2)0|(x(2)==0) %Rule2 if abs(x(1))=0.05 u(k)=u_1+2*kp*x(1); else u(k)=u_1+0.4*kp*x(1); end end