實(shí)驗(yàn)一模糊方法實(shí)現(xiàn)電熱箱的閉環(huán)控制學(xué)號(hào)090910****姓名***專業(yè)、班智能科學(xué)10**班實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)民主樓126指導(dǎo)教師余伶俐時(shí)間2013年3月30日一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?.

學(xué)習(xí)由已知對(duì)象建立一個(gè)雙入單出模糊控制器；2.

掌握利用模糊控制器實(shí)現(xiàn)溫度控制的方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備（硬件環(huán)境、軟件環(huán)境）及要求1.

電熱箱一臺(tái)；2.

PC機(jī)一臺(tái)，TD-ACC系列教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1.

參考流程圖編寫(xiě)程序，匯編、鏈接、裝載；其中，主程序主要完成系統(tǒng)初始化、查表并輸出控制量等功能；IRQ7中斷子程序是為了處理A/D轉(zhuǎn)換完后產(chǎn)生的中斷；IRQ6中斷子程序是為了給采樣周期計(jì)時(shí)，并且每一次中斷產(chǎn)生一次PWM脈沖。2.

參照下圖接線，檢查接線無(wú)誤后,運(yùn)行程序；3.

用系統(tǒng)提供的專用圖形顯示窗口觀察響應(yīng)曲線,記錄超調(diào)和過(guò)渡時(shí)間。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)處理本次試驗(yàn)是在室內(nèi)環(huán)境下進(jìn)行的，烤箱的原預(yù)設(shè)溫度為100℃，但是在預(yù)設(shè)100℃下，烤箱溫度達(dá)不到要求，不能完成實(shí)驗(yàn)，溫度達(dá)到一定值后，自然回落達(dá)不到要求無(wú)法完成實(shí)驗(yàn)，所以將程序中的預(yù)設(shè)值由64H（100）改為28H（40），即將預(yù)設(shè)給定為40攝氏度，并且在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中人為添加了擾動(dòng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖所示：五、分析與討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：從實(shí)驗(yàn)結(jié)果的函數(shù)圖可以看出，在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始階段，溫度穩(wěn)定快速上升，并能在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到預(yù)設(shè)值，并且無(wú)超調(diào)，但穩(wěn)態(tài)時(shí)并不是一條直線，存在一定誤差，不過(guò)在有干擾后能夠在較短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)預(yù)設(shè)值。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)中的PID控制相比較有如下結(jié)論：PID控制系統(tǒng)：超調(diào)量大，穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差；模糊控制系統(tǒng)：無(wú)超調(diào)，穩(wěn)態(tài)時(shí)有靜差；PID/模糊控制系統(tǒng)：無(wú)靜差，超調(diào)量很小或無(wú)超調(diào)。本實(shí)驗(yàn)研究的模糊控制器具有以下一些特點(diǎn)：(1)算法簡(jiǎn)單實(shí)用，本質(zhì)上不依賴于系統(tǒng)的數(shù)字模型；(2)可充分利用單片機(jī)的軟件資源，可靠性高，開(kāi)發(fā)速度快；(3)克服了傳統(tǒng)PID控制器操作的困難，提高了系統(tǒng)的智能化程度；(4)模糊控制器魯棒性好，具有專家控制器的特點(diǎn)，并可推廣應(yīng)用于其它工作領(lǐng)域。實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論：模糊邏輯控制器由輸入定標(biāo)、輸出定標(biāo)、模糊化、模糊決策和模糊判決（解模糊）等部分組成。比例系數(shù)（標(biāo)度因子）實(shí)現(xiàn)控制器的輸入和輸出與模糊推理所用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間間隔之間的映射。模糊化（量化）使所測(cè)控制器輸入在量綱上與左側(cè)信號(hào)（LHS）一致，這一步不損失任何信息。模糊決策過(guò)程由一推理機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該推理機(jī)使所有LHS與輸入匹配，檢查每條規(guī)則的匹配程度，并聚集各規(guī)則的加權(quán)輸出，產(chǎn)生一個(gè)輸出空間的概率分布值。模糊判決（解模糊）把這一概率分布?xì)w納于一點(diǎn)，供驅(qū)動(dòng)器定標(biāo)后使用。模糊控制器的原理主要是將計(jì)算機(jī)采集的精確值與給定值做比較得出靜態(tài)誤差e以及誤差的變化率ec作為模糊控制器的輸入語(yǔ)言變量；將e和ec經(jīng)模糊化得到模糊量E和EC;再由E、EC和模糊控制規(guī)則，根據(jù)推理的合成規(guī)則得到模糊控制量△U；再經(jīng)過(guò)模糊決策、清晰化得到精確控制量△u。在模糊控制器設(shè)計(jì)中，通常選7~9個(gè)模糊狀態(tài)，即正大、正中、正小、負(fù)小、負(fù)中、負(fù)大和平均零7個(gè)模糊狀態(tài)再加上正零和負(fù)零2個(gè)模糊狀態(tài)。一般對(duì)誤差E選取8個(gè)模糊狀態(tài)，誤差變化率EC與控制量U各取7個(gè)模糊狀態(tài)，建立起他們的隸屬函數(shù)賦值表，最后由模糊推理綜合算法U=E*EC·R得到控制量的模糊集。一般的模糊控制系統(tǒng)通常采用二維模糊控制結(jié)構(gòu)，即上文所說(shuō)的E和EC作為輸入變量，其作用類似于PD控制器，它能確保系統(tǒng)的簡(jiǎn)單性和快速性，且可能獲得良好的性能。但由于缺少積分環(huán)節(jié)，所以靜態(tài)特性欠佳，無(wú)法消除靜差。為了改善靜態(tài)特性可以加入一個(gè)模糊積分環(huán)節(jié)，構(gòu)成模糊/PID混合控制器。這種控制能夠有效地消除極限環(huán)和系統(tǒng)誤差，是一種無(wú)差控制。此外，常規(guī)PID控制時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)PID三個(gè)參數(shù)，就可以得到系統(tǒng)比較理想的響應(yīng)圖，控制效果的優(yōu)良與參數(shù)的調(diào)整有很大的關(guān)系，也能提高快速性。但三個(gè)參數(shù)的調(diào)整非常繁瑣。而且，如果系統(tǒng)環(huán)境不斷變化，則參數(shù)又必須進(jìn)行重新調(diào)整，往往達(dá)不到最優(yōu)。而采用模糊控制后，通過(guò)模糊控制器對(duì)PID進(jìn)行非線性的參數(shù)整定，可使系統(tǒng)無(wú)論是快速性方面還是穩(wěn)定性方面都達(dá)到比較好的效果。該模糊自整定控制器對(duì)于溫度控制系統(tǒng)具有較好的控制效果。實(shí)踐中可以根據(jù)工程控制的具體情況及對(duì)超調(diào)量、穩(wěn)定性、響應(yīng)速度的不同要求，來(lái)調(diào)整模糊控制器參數(shù)的取值范圍，從而得到不同的控制精度和控制效果。六、教師評(píng)語(yǔ)簽名：日期：成績(jī)實(shí)驗(yàn)二單神經(jīng)元自適應(yīng)閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)學(xué)號(hào)090910****姓名****專業(yè)、班智能科學(xué)10**班實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)民主樓126指導(dǎo)教師余伶俐時(shí)間2013年3月30日一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?.

掌握單神經(jīng)元控制器的設(shè)計(jì)方法;2.

觀測(cè)單神經(jīng)元控制器對(duì)時(shí)變對(duì)象系統(tǒng)的自適應(yīng)控制能力。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備（硬件環(huán)境、軟件環(huán)境）及要求PC機(jī)一臺(tái)，TD-ACC系列教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1.

單神經(jīng)元閉環(huán)控制器實(shí)驗(yàn)(1).

參考流程圖編寫(xiě)單神經(jīng)元控制器程序，匯編、鏈接、裝載到控制機(jī)中；(2).

按照實(shí)驗(yàn)線路圖接線,調(diào)節(jié)信號(hào)源使其輸出幅值為2V，周期6S的方波；(3).

檢查無(wú)誤后運(yùn)行程序，用示波器觀察輸入端R和輸出端C。若系統(tǒng)性能不太好，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象改變相應(yīng)的學(xué)習(xí)速率直到滿意為止，并記下此時(shí)的響應(yīng)曲線；(4).

當(dāng)響應(yīng)曲線穩(wěn)定后,斷開(kāi)“ST”和“S”端,使被控對(duì)象處于不鎖零的狀態(tài);此時(shí)去掉被控對(duì)象中的10μF的電容(改變對(duì)象的時(shí)間常數(shù)),觀察并記錄此時(shí)的響應(yīng)曲線。2.

常規(guī)數(shù)字PID閉環(huán)控制器實(shí)驗(yàn)(1).

編寫(xiě)數(shù)字PID控制器程序,匯編、鏈接、裝載到控制機(jī)中；(2).按照單神經(jīng)元閉環(huán)控制器實(shí)驗(yàn)步驟2～4進(jìn)行操作。參考程序中規(guī)定采樣周期T及學(xué)習(xí)速率P1,P2,P3的取值范圍為:控制器中的參數(shù)可遵循如下的調(diào)節(jié)規(guī)律:

(1).初始加權(quán)系數(shù)W1(0)、W2(0)、W3(0)可以任意選取，參考程序中全部取為0100H；

(2).一般K值偏大將使系統(tǒng)響應(yīng)超調(diào)過(guò)大,K值偏小使過(guò)渡過(guò)程時(shí)間加長(zhǎng)，參考程序中K值取為1；

(3).學(xué)習(xí)速率的選擇：由于采用了規(guī)范化學(xué)習(xí)算法，學(xué)習(xí)速率可以取得較大，同時(shí)此神經(jīng)元控制器具有PID特性，學(xué)習(xí)速率的選擇和PID參數(shù)的選擇相似。若過(guò)渡過(guò)程時(shí)間太長(zhǎng)，可增加η1和η3，若響應(yīng)曲線下降低于給定值后又緩慢上升到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間太長(zhǎng)，則減小η1。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)得到的函數(shù)圖如下：五、分析與討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：對(duì)該實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以分兩階段分析：1.在系統(tǒng)開(kāi)始階段，數(shù)字PID控制的響應(yīng)曲線超調(diào)和調(diào)節(jié)時(shí)間較小，這是由于數(shù)字PID控制器的參數(shù)是經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)調(diào)試的結(jié)果，而單神經(jīng)元控制器的參數(shù)需要一定的時(shí)間進(jìn)行自學(xué)習(xí)。2.當(dāng)對(duì)象時(shí)間常數(shù)發(fā)生變化后，尤其是較大的時(shí)常改變(例如實(shí)驗(yàn)中去掉10μF的電容)，數(shù)字PID控制器的參數(shù)已經(jīng)不能適應(yīng)對(duì)象的改變，此時(shí)出現(xiàn)了系統(tǒng)不穩(wěn)定現(xiàn)象，說(shuō)明其魯棒性較差。而單神經(jīng)元控制器因?yàn)閷?shí)質(zhì)上是一個(gè)變系數(shù)的PID復(fù)合控制器，學(xué)習(xí)算法是自適應(yīng)的，所以本質(zhì)上是非線性的；當(dāng)被控對(duì)象由于外部條件而發(fā)生變化時(shí)，單神經(jīng)元控制器可以通過(guò)自適應(yīng)學(xué)習(xí)算法來(lái)改變當(dāng)前的參數(shù)，因此它比常規(guī)PID控制器具有更好的魯棒性、自適應(yīng)性。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論：神經(jīng)控制是近十年發(fā)展起來(lái)的新的智能控制系統(tǒng)。隨著人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）的研究得到新進(jìn)展，它已成為動(dòng)態(tài)系統(tǒng)辨識(shí)、建模和控制的一種新的和令人感興趣的工具。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由眾多的神經(jīng)元采用某種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)成的,可以用來(lái)描述幾乎任意的非線性系統(tǒng),而且神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)還具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)和并行分布處理等特點(diǎn),在控制領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。單神經(jīng)元作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的最基本單元,具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)能力,而且由單神