1、2022-4-29Manlike 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仿人智能控制行為的特征變量9.1.3系統(tǒng)特性的模式識別9.2 幾種仿人智能控制方案9.2.1仿人智能開關控制9.2.2仿人比例控制9.2.3仿人智能積分控制2022-4-29Manlike IC29.3 專家控制專家控制9.3.1、概述9.3.2、基本原理 9.3.3、專家控制的關鍵技術及特點9.3.4、專家PID控制2022-4-29Manlike IC3智能控制的一個重要研究方向智能控制的一個重要研究方向 智能控制，根本上是要仿效人的智能行為進行決策和控制。必

2、要的訓練之后，人實現(xiàn)的控制方法接近最優(yōu)。仿人智能控制不需要了解對象的結構、參數(shù)，即不依賴于對象的數(shù)學模型，而是根據(jù)積累的經(jīng)驗和知識進行在線的推理確定和變換控制策略。2022-4-29Manlike IC4調(diào)節(jié)器參數(shù)的自動整定問題調(diào)節(jié)器參數(shù)的自動整定問題lPID需要試驗加試湊方法整定。需要熟練的技巧，并且相當費時。l傳統(tǒng)PID調(diào)節(jié)器無自適應能力。l研究專家PID或者智能PID十分必要。2022-4-29Manlike IC59.1.1 基本思想基本思想 PID 比例，積分和微分控制器反饋控制，按偏差調(diào)節(jié) 控制器作用人腦P: 比例，線性放大縮小 I: 積分，細調(diào)D: 微分，變化趨勢想象功能，具有非

3、線性放大能力記憶功能，選擇性記憶能力預見功能，遠見卓識的預見能力PID控制作用是優(yōu)良控制的必要條件，非充分條件。2022-4-29Manlike IC6PID的改進： 1變增益控制（增益適應） 2. 智能積分（非線性積分） 3智能采樣控制等等 2022-4-29Manlike IC7仿人控制基本思想： 利用計算機模擬人的控制行為功能，最大限度地識別過程特征信息，進行啟發(fā)和自覺推理，對缺乏精確數(shù)學模型的對象實現(xiàn)有效的控制 。2022-4-29Manlike IC89.1.2 仿人智能控制行為的特征仿人智能控制行為的特征變量變量 圖9.1 二階系統(tǒng)的單位階躍相應曲線2022-4-29Manlike

4、 IC92022-4-29Manlike IC10幾個不同點的分析幾個不同點的分析l點a: 系統(tǒng)偏差有平衡點的趨勢；l點b: 系統(tǒng)偏差有平衡點的趨勢；l點F:系統(tǒng)偏差達到極值。2022-4-29Manlike IC119.1.3 系統(tǒng)特性的模式識別系統(tǒng)特性的模式識別p根據(jù)輸出以及它們的組合的特征變量，劃分動態(tài)特征模式，特征模式作為智能控制決策的依據(jù)。偏差: en=r-yn 偏差變化: en=en en-1 2022-4-29Manlike IC123) e*ee*e的符號，表征動態(tài)偏差變化情況. 0, 平衡點 0000e0000en*en000 偏差加大, 偏差的絕對值逐漸增大en*en0 無

5、極值en*en-10 有極值lB點： en*en-10lC點： en*en-10 ; en*en0lB點之后，偏差趨于減小，C點之后，偏差逐漸加大。2022-4-29Manlike IC15l與en*en聯(lián)合使用，細化系統(tǒng)特征l例如，曲線BC(DE)中間一段，偏差變化較大且偏差較大。l具體數(shù)值滿足len*en0且b 0 超調(diào)階段 ABC段(e)0then u(k)=U,t0(k)=T（全開） (2) if |e(k)|M e(k)0then u(k)=U,t0(k)=0（全關） (3) if e(k)=0, e(k-1)0 then u(k)=U,t0(k)= t0(k-1)（5）if |e(

6、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(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)2022-4-29Manlike IC27（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

7、(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)（12）if E|e(k)|M, e(k)0 then u(k)=U,t0(k)= K8 t0(k-1)2022-4-29Manlike IC28參數(shù)意義：E允許偏差的絕對值, ME給定常數(shù)，t0(k)，t0(k-1)分別為本次和上次控制量輸出時間。Ki為依據(jù)經(jīng)驗整定的系數(shù)。 2022-4-29Manlike IC29仿人智能開關控制（BANGBANG控制）(應用實例) 液位控制液位控制 根據(jù)偏差的大小來確定控制電壓。在液位實際值遠小于給定值時，輸

8、出一個較大的控制電壓，提高液位的上升速率，減少上升時間；隨著偏差的減小，逐步減少控制電壓，以減小系統(tǒng)的超調(diào)量和穩(wěn)定時間。經(jīng)過多次實驗，選擇3V，2.25V, 1.75V, 0.05V四種控制電壓。 2022-4-29Manlike IC30 首先將標準化后的誤差送入形參err，然后根據(jù)err的值，選擇一個輸出電壓，當液位上升后，m1的值分階段減小，當液位超過了設定值，err成為負值，只輸出一個很小的電壓（0.05V），液位下降，從而達到控制液位的功能 。2022-4-29Manlike IC31 智能開關控制實驗結果及參數(shù)分析 實驗取液位為50，其余參數(shù)都為零，電壓分為三級加到伺服閥上，穩(wěn)定以

9、后電壓迅速頻繁地切換，曲線比較穩(wěn)定，但是飼服閥的開口很小才能達到如此效果 2022-4-29Manlike IC329.2.2 仿人比例控制仿人比例控制 p常規(guī)控制，K小，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，靜態(tài)誤差大。p仿人控制，不斷調(diào)整給定值，使系統(tǒng)輸出不斷逼近給定值，提高系統(tǒng)精度。K對象Reuy+-比例反饋控制系統(tǒng)2022-4-29Manlike IC332022-4-29Manlike IC34控制原理：初始給定1，yss0系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)輸出值，ess0靜差。系統(tǒng)進入穩(wěn)態(tài)后，增加給定值ess0-1ess0。第二級穩(wěn)態(tài)輸出為yss0 +yss1,靜差減小為ess1。第三級輸入給定為1 ess0ess1。依此下去，有

10、 輸出 靜差 01 ()nssiiyyRn 0 ()ssnen 2022-4-29Manlike IC35控制算法：積分開關只在滿足穩(wěn)態(tài)條件時才閉合，完成一次 運算后立即斷開，此后不變.100nneee0neK對象Reuy+-仿人比例控制e0n積分開關2022-4-29Manlike IC36規(guī)則為：允許靜差的2倍，N正比于算法實質(zhì)：比例加智能積分。未滿足條件時，僅比例控制；穩(wěn)態(tài)后，積分器每N個周期工作一次，避免傳統(tǒng)積分帶來的相位裕量減小。Kp可以較小，增大增益裕量。有效解決穩(wěn)態(tài)精度和穩(wěn)定裕量的關系。00100, ( )(1)nnif KKKN e ke kthen eee/T2022-4-2

11、9Manlike IC37仿人比例溫度控制仿真曲線仿人比例溫度控制仿真曲線 2022-4-29Manlike IC38仿真結果仿真結果12022-4-29Manlike IC39仿真結果仿真結果22022-4-29Manlike IC40 溫度控制系統(tǒng)硬件框圖溫度控制系統(tǒng)硬件框圖 PLCSCR電爐PCTgTc熱電偶2022-4-29Manlike IC41溫度控制實際效果溫度控制實際效果2022-4-29Manlike IC42 仿人智能比例液位控制實驗結果及參數(shù)分析 l 第二次實驗改取Kp為3，如右圖所示，第一次判穩(wěn)值明顯增大，而且總的上升時間也相對還有所減少，最終的穩(wěn)定效果也還不錯 l實驗

12、設定液位為50，由于仿人比例控制中的Ki和Kd沒有起到作用，故直接取Kp為1，可以看到第一次穩(wěn)定值比較小，但最后的穩(wěn)定效果很明顯。如右圖所示：2022-4-29Manlike IC43實驗結果及參數(shù)分析(2)l 第三次實驗改取Kp為8，則如左圖所示，由于其值較大，還沒有達到穩(wěn)態(tài)值就達到了設定的值，產(chǎn)生超調(diào)，最后的穩(wěn)定效果雖然可以，但略低于設定的50，效果不如上兩次的實驗，所以Kp值大概應該在1至6之間取值 2022-4-29Manlike IC449.2.3 仿人智能積分控制仿人智能積分控制 常規(guī)積分的缺點：1) 針對性不強，（處處積分起作用）2) 積分飽和3) 參數(shù)選擇不當時，系統(tǒng)容易振蕩

13、2022-4-29Manlike IC452022-4-29Manlike IC46分析：（a,b)和（b,c）中，控制器積分作用與有經(jīng)驗的操作人員的控制作用相反，導致系統(tǒng)出現(xiàn)超調(diào)。2022-4-29Manlike IC47仿人積分控制算法：仿人積分控制算法：只在區(qū)間(a,b)、(c,d)和(e,f)上進行積分，其它區(qū)間停止積分。借助于慣性向穩(wěn)態(tài)過渡。當e*e0或e=0且e0時 ，對偏差積分當e*e 0 and e ( k) M1 then = K1(2) if e (k) 0 and M2 e ( k) 0 and M3 e ( k) M2 then = K3(4) if |e (k) |

14、M3 then = K3e (k) - K4 e( k - 1)(5) if e (k) 0 andM3 | e (k) | M2 then = K5(6) if e (k) 無量綱2022-4-29Manlike IC101例例2溫度系統(tǒng)輸入：加熱功率，電壓，數(shù)字控制器的輸出輸出：溫度1）KC/Kw，2)k=C/V,3)K=C/控制字2022-4-29Manlike IC102ii）歸一化方法）歸一化方法將對象的輸入輸出均以其額定工作狀態(tài)為基準，進行歸一化，放大系數(shù)無量綱例1液位系統(tǒng)被控輸出 液位高度 50實際計算 yYc/50控制量輸出 DA： 420mAu=01（0100） 無量綱放大系

15、數(shù) ky/u 2022-4-29Manlike IC103例例2溫度控制系統(tǒng)設定溫度 200C控制量 010V實際計算 teTc/200u=U/10放大系數(shù) k=te/u2022-4-29Manlike IC1042）對象模型的動態(tài)階次）對象模型的動態(tài)階次液位系統(tǒng)由3個環(huán)節(jié)組成1。伺服閥2。水管3。水箱慣性環(huán)節(jié)時滯環(huán)節(jié)慣性環(huán)節(jié)2022-4-29Manlike IC1052) 控制模式控制模式1) 增量式2）位置式輸出控制量的限幅問題2022-4-29Manlike IC1063) 數(shù)字控制器的實現(xiàn)數(shù)字控制器的實現(xiàn)1）定點 整數(shù)的位數(shù)2）浮點 單精度、雙精度最大最小限幅常采用歸一化方法，u(k) 0-1,(0-100%)2022-4-29Manlike IC1072022-4-29107實驗問題實驗問題循環(huán)泵水