重庆大学控制工程大作业-matlab程序及附图

重庆大学控制工程大作业-matlab程序及附图
重庆大学控制工程大作业-matlab程序及附图

附录

相位超前校正前系统bode图

相位超前校正校正前后bode图

相位滞后校正前系统bode图

相位滞后校正前后系统bode图

相位滞后-超前校正前系统bode图

相位滞后-超前校正前后系统bode图

1.相位超前校正

(1)校正程序

ng=2;dg=[0.5 1 0];% 校正前系统

kc=10; %满足恒速响应稳态误差要求

w=logspace(-1,2,100); %频率范围

bode(tf(kc*ng,dg),w),grid

[mu,pu]=bode(tf(kc*ng,dg),w);%满足稳态误差要求系统的Bode响应fz=20*log10(mu);%将幅值用分贝表示

wc=interp1(fz,w,0,'spline') %求出幅值交界频率

gama=180+spline(w,pu,wc)

wcg=interp1(fz,w,-6.02,'spline')

(2)作图程序

num1=[0 0 40];

den1=[1 2 0];

sys1=tf(num1,den1);

w=logspace(-1,2,100);%频率范围

bode(sys1,w),grid

hold on;

num2=[0.227 1];

den2=[0.057 1];

sys2=tf(num2,den2);

bode(sys2,w),grid

hold on;

num3=[9.08 40];

den3=[0.057 1.114 2 0];

sys3=tf(num3,den3);

bode(sys3,w),grid

gtext('校正前幅频')

gtext('校正环节幅频')

gtext('校正后幅频')

gtext('校正前相频')

gtext('校正环节相频')

gtext('校正后相频')

gtext('幅频/dB')

gtext('相频/度')

gtext('频率')

2.相位滞后校正

(1)校正程序

ng=1;dg=[0.5 1.5 1 0];% 校正前系统

kc=5; %满足恒速响应稳态误差要求

w=logspace(-3,4,100); %频率范围

bode(tf(kc*ng,dg),w),grid

[mu,pu]=bode(tf(kc*ng,dg),w);%满足稳态误差要求系统的Bode响应

fz=20*log10(mu);%将幅值用分贝表示

wc=interp1(fz,w,0,'spline') %求出幅值交界频率

gama=180+spline(w,pu,wc)%求出相位裕量

w0=spline(pu,w,-140)%求出与40度相位裕量对应频率

wc1=spline(pu,w,-128)%求出与52度相位裕量对应频率,即新的幅值交界频率db=spline(w,fz,wc1)%原来系统在wc1下的幅值

b=10^(db/20)

(2)作图程序

num1=[5];

Z1=[];P1=[0 -1 -2];K1=5;

sys1=zpk(Z1,P1,K1);

w=logspace(-3,2,100);%频率范围

bode(sys1,w),grid

hold on;

num2=[10 1];

den2=[95 1];

sys2=tf(num2,den2);

bode(sys2,w),grid

hold on;

Z3=[-0.1];P3=[0 -1 -2 -1/95];K3=5;

sys3=zpk(Z3,P3,K3);

bode(sys3,w),grid

gtext('校正前幅频')

gtext('校正环节幅频')

gtext('校正后幅频')

gtext('校正前相频')

gtext('校正环节相频')

gtext('校正后相频')

gtext('幅频/dB')

gtext('相频/度')

gtext('频率')

3.相位滞后-超前校正

(1)校正程序

Z=[];P=[0 -1 -2];K=20;% 校正前系统

sys=zpk(Z,P,K);%传递函数的零极点增益模型

w=logspace(-1,2,100);%频率范围

bode(sys,w),grid %满足稳态误差要求系统的Bode图

[mu,pu]=bode(sys,w);

fz=20*log10(mu);%将幅值用分贝表示

wc=interp1(fz,w,0,'spline') %求出幅值交界频率

gama=180+spline(w,pu,wc)%求出相位裕量

wc1=spline(pu,w,-180)

db=spline(w,fz,wc1)

(2)作图程序

Z1=[];P1=[0 -1 -2];K1=20;% 校正前系统

sys1=zpk(Z1,P1,K1);%传递函数的零极点增益模型

w=logspace(-2,1,100);%频率范围

bode(sys1,w),grid %Bode图

hold on;

Z2=[-1/2.12 -1/7.07];P2=[-1/0.212 -1/70.7];K2=1;

sys2=zpk(Z2,P2,K2);

bode(sys2,w),grid

hold on;

Z3=[-1/2.12 -1/7.07];P3=[0 -1 -2 -1/0.212 -1/70.7];K3=20; sys3=zpk(Z3,P3,K3);

bode(sys3,w),grid

gtext('校正前幅频')

gtext('校正环节幅频')

gtext('校正后幅频')

gtext('校正前相频')

gtext('校正环节相频')

gtext('校正后相频')

gtext('幅频/dB')

gtext('相频/度')

gtext('频率')

基于Matlab的自动控制系统设计与校正

自动控制原理课程设计设计题目:基于Matlab的自动控制系统设计与校正

目录 第一章课程设计内容与要求分析.................................................... 错误!未定义书签。 1.1设计内容 (1) 1.2 设计要求 (1) 1.3 Matlab软件 (2) 1.3.1基本功能 (2) 1.3.2应用 (2) 第二章控制系统程序设计 (4) 2.1 校正装置计算方法 (4) 2.2 课程设计要求计算 (4) 第三章利用Matlab仿真软件进行辅助分析 (6) 3.1校正系统的传递函数 (6) 3.2用Matlab仿真 (6) 3.3利用Matlab/Simulink求系统单位阶跃响应 (8) 3.2.1原系统单位阶跃响应 (8) 3.2.2校正后系统单位阶跃响应 (8) 3.2.3校正前、后系统单位阶跃响应比较 (8) 3.4硬件设计 (8) 3.4.1在计算机上运行出硬件仿真波形图 (9) 课程设计心得体会 (10) 参考文献 (12)

1 第一章 课程设计内容与要求分析 1.1设计内容 针对二阶系统 )1()(+= s s K s W , 利用有源串联超前校正网络(如图所示)进行系统校正。当开关S 接通时为超前校正装置,其传递函数 11 )(++-=Ts Ts K s W c c α, 其中 1 3 2R R R K c += , 1 ) (13243 2>++ =αR R R R R ,C R T 4=, “-”号表示反向输入端。若Kc=1,且开关S 断开,该装置相当于一个放大系数为1的放大器(对原系统没有校正作用)。 1.2 设计要求 1 1.0)(≤∞e ,开环截止频率ω’≥45°; 2 3) 4)设校正装置网络元件参数R4、5R=100K ,C=1μF 、10μF 若干个); 6)利用Matlab 仿真软件辅助分析,绘制校正前、后及校正装置对数频率特性曲线,并验算设计结果; 7)在Matlab-Simulink 下建立系统仿真模型,求校正前、后系 统单位阶跃响应特性,并进行系统性能比较; 8)利用自动控制原理实验箱完成硬件设计过程,包括:搭建校正前后 c R R

随机过程matlab程序

基本操作 -5/(4.8+5.32)^2 area=pi*2.5^2 x1=1+1/2+1/3+1/4+1/5+1/6 exp(acos(0.3)) a=[1 2 3;4 5 6;7 8 9] a=[1:3,4:6,7:9] a1=[6: -1:1] a=eye(4) a1=eye(2,3) b=zeros(2,10) c=ones(2,10) c1=8*ones(3,5) d=zeros(3,2,2); r1=rand(2, 3) r2=5-10*rand(2, 3) r4=2*randn(2,3)+3 arr1=[1.1 -2.2 3.3 -4.4 5.5] arr1(3) arr1([1 4]) arr1(1:2:5) arr2=[1 2 3; -2 -3 -4;3 4 5] arr2(1,:) arr2(:,1:2:3) arr3=[1 2 3 4 5 6 7 8] arr3(5:end) arr3(end) 绘图

x=[0:1:10]; y=x.^2-10*x+15; plot(x,y) x=0:pi/20:2*pi y1=sin(x);y2=cos(x); plot(x,y1,'b-'); hold on; plot(x,y2,‘k--’); legend (‘sin x’,‘cos x’); x=0:pi/20:2*pi; y=sin(x); figure(1) plot(x,y, 'r-') grid on 以二元函数图 z = xexp(-x^2-y^2) 为例讲解基本操作,首先需要利用meshgrid 函数生成X-Y平面的网格数据,如下所示: xa = -2:0.2:2; ya = xa; [x,y] = meshgrid(xa,ya); z = x.*exp(-x.^2 - y.^2); mesh(x,y,z); 建立M文件 function fenshu( grade ) if grade > 95.0 disp('The grade is A.'); else if grade > 86.0 disp('The grade is B.'); else

自动控制matlab报告

自动控制原理实验报告 ——控制系统的阶跃响应 09021209 侯竟骁 一、实验目的 1、观察学习控制系统的单位阶跃响应; 2、记录单位阶跃响应曲线; 3、掌握时间响应分析的一般方法。 二、实验步骤 1、开机执行程序 c:\ml\bin\matlab-s.exe (用鼠标双击图标)进入MATLAB 命令窗口:“Command Windows ”。 2、建立系统模型 在MATLAB 命令窗口上,以立即命令方式建立系统的传递函数。在MATLAB 下,系统传递函数有三种描述方式,在实验中只用到多项式模型和零点极点模型 多项式模型 ) ()()(s s s den num G = 式中“num(s)”表示分子多项式的系数,“den(s)”表示分母多项式的系数,全部按照复自变量s 的降幂排列,以行向量的方式输入。例如,程序为 num=[0 1 3]; 分子多项式系数 den=[1 2 2 1]; 分母多项式系数 printsys(num,den); 构造传递函数G(s)并显示 零点极点模型 ∏ ∏--= n i m j s s s ) () ()(p z k G 式中,k 为增益值,z j 为第j 个零点值,p i 为第i 个零点值。例如,程序为 k=2; 赋增益值,标量 z=[1]; 赋零点值,向量 p=[-1 2 -3]; 赋极点值,向量 [num,den]=zp2tf(z,p,k); 零点极点模型转换成多项式模型 printsys(num,den); 构造传递函数G(s)并显示 给定系统传递函数)(s G 的多项式模型,求系统的单位脉冲响应。传递函数为

) ()()(s s s den num G = 式中,num (s)为系统传递函数)(s G 的分子多项式系数向量,den (s)为系统传递函数)(s G 的分母多项式系数向量。 函数格式1:给定num 、den 求系统的阶跃响应。时间向量t 的范围自动设定。 函数格式2:时间向量t 的范围可以由人工给定。(t=0:0.1:10) 函数格式3:返回变量格式。计算所得的输出y 、状态x 及时间向量t 返回至MATLAB 命令窗口,不作图。更详细的命令说明,可键入“help step ”在线帮助查阅。 例如 4 4)(2 ++= s s s G MATLAB 程序 num=[4]; den=[1 1 4]; step(num,den); 响应曲线如图所示。 给定特征多项式系数向量,计算系统的闭环根、阻尼比、无阻尼振荡频率。 三、实验内容 1、二阶系统为10 210)(2 1++= s s s G (a )键入程序,观察、记录阶跃响应曲线。 (b )键入damp(den)计算系统的闭环根、阻尼比、无阻尼振荡频率,并作记录。

matlab程序设计实例

MATLAB 程序设计方法及若干程序实例 樊双喜 (河南大学数学与 信息科学学院开封475004) 摘要本文通过对 MATLAB 程序设计中的若干典型问题做简要的分析和总结,并在此基础上着重讨论了有关算法设计、程序的调试与测试、算法与程序的优化以及循环控制等方面的问题.还通过对一些程序实例做具体解析,来方便读者进行编程训练并掌握一些有关MATLAB 程序设计方面的基本概念、基本方法以及某些问题的处理技巧等.此外,在文章的最后还给出了几个常用数学方法的算法程序, 供读者参考使用.希望能对初学者进行 MATLAB 编程训练提供一些可供参考的材料,并起到一定的指导和激励作用,进而为MATLAB 编程入门打下好的基础. 关键字算法设计;程序调试与测试;程序优化;循环控制 1 算法与程序 1.1 算法与程序的关系算法被称为程序的灵魂,因此在介绍程序之前应先了 解什么是算法.所谓算 法就是对特定问题求解步骤的一种描述.对于一个较复杂的计算或是数据处理的问题,通常是先设计出在理论上可行的算法,即程序的操作步骤,然后再按照算法逐步翻译成相应的程序语言,即计算机可识别的语言. 所谓程序设计,就是使用在计算机上可执行的程序代码来有效的描述用于解决特定问题算法的过程.简单来说,程序就是指令的集合.结构化程序设计由于采用了模块分化与功能分解,自顶向下,即分而治之的方法,因而可将一个较复杂的问题分解为若干子问题,逐步求精.算法是操作的过程,而程序结构和程序流程则是算法的具体体现. 1.2MATLAB 语言的特点 MATLAB 语言简洁紧凑,使用方便灵活,库函数极其丰富,其语法规则与科技人员的思维和书写习惯相近,便于操作.MATLAB 程序书写形式自由,利用其丰富

基于Matlab的控制系统Bode图超前校正设计

《自动控制系统》课程设计基于Matlab控制系统的Bode图超前校正设计 2O11 年11月 12日

摘要:串联超前校正,是在频域内进行的系统设计,是一种间接地设计方法。因为设计结果满足的是一些频域指标,而不是时域指标,然而,在频域内进行设计,又是一种简便的方法,在伯德图的虽然不能严格地给出系统的动态系能,但却方便地根基频域指标确定校正参数,特别是对已校正系统的高频特性有要求时,采用频域法校正较其他方法更为简便。

目录 一、设计的要求 (4) 二设计意义 (4) 三、设计思路 (4) 四、参数的计算 (6) 参考文献 (13)

) 101.0)(11.0(1 )(++=s s s k s G 一、设计的要求 试用 Bode 图设计方法对系统进行超前串联校正设计,要求: (1)在斜坡信号 r (t ) = v t 作用下,系统的稳态误差 ess ≤ 0.01v0; (2)系统校正后,相角稳定裕度 γ 满足 : 48deg ≤ γ; (3)剪切频率 ωc ≥ 170rad/s 。 二设计意义 对于一个控制系统来说,如果它的元部件及其参数已经给定,就要分析它是否能满足所要求的各项性能指标。一般把解决这类问题的过程称为系统的分析。在实际工程控制问题中,还有另一类问题需要考虑,即往往事先确定了满足的性能指标,让我们设计一个系统并选择适当的参数来满足性能指标要求;或考虑对原已选定的系统增加某些必要的原件或环节,使系统能够全面的满足所要求的性能指标。利用超前网络或PD 控制器进行串联校正的基本原理,是利用超前网络或PD 控制器的相角超前特性。只要正确的将超前网络的交接频率1/aT 和1/T 选在待校正系统截止频率的两旁,并适当选择参数a 和T ,就可以使已校正系统的截止频率和相角裕度满足性能指标的要求,从而改善闭环系统的动态性能。 三、设计思路 。 1.根据稳态误差要求,确定开环增益K 。 2.根据已确定的开环增益K ,绘制原系统的对数频率特性曲线0()L ω、()o ?ω,计算其稳定裕度o γ、0g L 。 3.确定校正后系统的截止频率'c ω和网络的a 值。 ①若事先已对校正后系统的截止频率'c ω提出要求,则可按要求值选定'c ω。

第4章MATLAB程序流程控制-习题答案

第4章M A T L A B程序流程控制-习题答案

第4章MATLAB程序流程控制 习题4 一、选择题 1.下列关于脚本文件和函数文件的描述中不正确的是()。A A.函数文件可以在命令行窗口直接运行 B.去掉函数文件第一行的定义行可转变成脚本文件 C.脚本文件可以调用函数文件 D.函数文件中的第一行必须以function开始 2.下列程序的输出结果是()。D y=10; ify==10 y=20; elseify>0 y=30 end disp(y) A.1B.30C.10D.20 3.有以下语句: a=eye(5); forn=a(2:end,:) for循环的循环次数是()。C A.3B.4C.5D.10 4.设有程序段 k=10; whilek k=k-1 end 则下面描述中正确的是()。A A.while循环执行10次B.循环是无限循环 C.循环体语句一次也不执行D.循环体语句执行一次 5.有以下程序段: x=reshape(1:12,3,4); m=0;

n=0; fork=1:4 ifx(:,k)<=6 m=m+1; else n=n+1; end end 则m 和n 的值分别是()。C A .66 B .21 C .22 D .12 6.调用 函数时 ,如 果函数 文件名与 函数 名不一 致用()。A A .函数文件名B .函数名 C .函数文件名或函数名均可 D .@函数名 7.如果有函数声明行为“f unction[x,y,z]=f1(a,b,c)”,则下述函数调用格式中错误的是 ()。B A .x=f1(a,b,c)B .[x,y,z,w]=f1(a,b,c) C .[x,b,z]=f1(a,y,c)D .[a,b]=f1(x,y,z) 8.执行语句“f n=@(x)10*x;”,则fn 是()。A A .匿名函数B .函数句柄C .字符串D .普通函数 9.执行下列语句后,变量A 的值是()。D >>f=@(x,y)log(exp(x+y)); >>A=f(22,3); A .22,3B .22C .3D .25 10.程序调试时用于设置断点的函数是()。A A .dbstopB .dbclearC .dbcontD .dbstack 二、填空题 1.将有 关M A T L A B 命令编成程序存储在展名为.m 的文件中,该文件称 为。M 文件 2.有语句“f ork=[12;34]”引导的循环结构,其循环体执行的次数为。1 3.M A T L A B 中用于控制不确定重复次 数 的 循 环 中需要终止该循用的语句为。while ?end ,break 4.函数文件由语 句引导。在函 数 定 义时,函数数。在调用函数时,输入输出为参数。 function ,形式,形参,实际,实参 5.在MATLAB 中,函数文件中的变量是变量。定义变量是函数间 传递信息的一种手段用命令定义。局部,全局,global 6.应用程序的错误有两类,一类是错误,另一类是运行时的错误,即 2

最新智能控制基础期末考试题答案

2010级智能控制基础期末 复习思考题 一重要概念解释 1 智能控制 所谓的智能控制,即设计一个控制器(或系统),使之具有学习、抽象、推理、决策等功能,并能根据环境信息的变化做出适应性反应,从而实现由人来完成的任务。 2 专家系统与专家控制 专家系统是一类包含知识和推理的智能计算机程序,其内部包含某领域专家水平的知识和经验,具有解决专门问题的能力。 专家控制是智能控制的一个重要分支。所谓专家控制,是将专家系统的理论和技术同控制理论、方法与技术相结合,在未知环境下,仿效专家的经验,实现对系统的控制。它由知识库和推理机构构成主体框架,通过对控制领域知识的获取与组织,按某种策略及时的选用恰当的规则进行推理输出,实现对实际对象的控制 3 模糊集合与模糊关系,模糊推理模糊控制 ● 1)模糊集合:给定论域U 上的一个模糊集A %是指:对任何元素u U ∈ 都存在一个数()[] 0,1A u μ∈与之对应,表示元素u 属于集合A % 的程度,这个数称为元素u 对集合A %的隶属度,这个集合称为模糊集合。 ● 模糊关系:二元模糊关系:设A 、B 是两个非空集合,则直积(){},|,A B a b a A b B ?=∈∈中的一个 模糊集合 称为从A 到B 的一个模糊关系。模糊关系R %可由其隶属度(),R a b μ完全描述,隶属度 (),R a b μ 表明了元素a 与元素b 具有关系R %的程度。 ● 模糊推理:知道了语言控制规则中蕴含的模糊关系后,就可以根据模糊关系和输入情况,来确定输出 的情况,这就叫“模糊推理”。 4 神经网络? 答:人工神经网络是模拟人脑思维方式的数学模型。神经网络是在现代生物学研究人脑组织成果的基础上提出的,用来模拟人类大脑神经网络的结构和行为,对人脑进行抽象和简化,反映了人脑的基本特征,信息处理、学习、联想、模式分类、记忆等。 5 遗传算法 答:遗传算法将“优胜劣汰,适者生存”的生物进化原理引入优化参数形成的编码串联群体中,按所选择的适配置函数并通过遗传的复制、交叉及变异对个体进行筛选,使适配值高的个体被保留下来,组成新的群体,新的群体既继承了上一代的信息,又优于上一代。这样周而复始,群体中个体适应度不断提高,直到满足一定的条件。 一 专家控制部分 1. 专家系统的组成及各部分特点?

自动控制常见MATLAB函数的应用

自动控制常见MATLAB 函数的应用 1、在matlab 中采用roots 函数求解多项式的根,采用conv 函数实 现多项式的积,相互连接的模块的模型求解也相当简单(1)、串联连接命令G=G1*G2(2)、并联连接命令G=G 1±G2(3)、反馈连接命令G=feedback (G1,G2,Sign )(sign 用来表示系统是正反馈或负反馈,sign=-1为负反馈) 例如:① 程序如下: >>p=[1304]; >>roots(p) ans = -3.3553 0.1777+1.0773i 0.1777-1.0773i ②、用matlab 实现: 程序如下: >>p=[321];q=[14]; >>n=conv(p,q) n = 31494③、一个传递函数模型,可以由下面的命令输入:32()34p s s s =++2 ()(321)(4)n s s s s =+++325()345 s G s s s s +=+++

>>num=[15];den=[1345]; >>G=tf(num,den) Transfer function: s +5 --------------------- s^3+3s^2+4s +5 ④、如下图所示,前向传递函数为G (S ) ,反馈回路传递函数为H(S),利用feedback 计算系统的闭环传递函数 程序如下: >>numg=[1];deng=[50000]; >>numh=[11];denh=[12]; >>[num,den]=feedback(numg,deng,numb,denh,-1); >>[num,den]=feedback(numg,deng,numh,denh,-1); >>G=tf(num,den) () R S ???→

第4章matlab程序流程控制_习题答案

第4章 MATLAB程序流程控制 习题4 一、选择题 1.下列关于脚本文件和函数文件的描述中不正确的是()。 A A.函数文件可以在命令行窗口直接运行 B.去掉函数文件第一行的定义行可转变成脚本文件 C.脚本文件可以调用函数文件 D.函数文件中的第一行必须以function开始 2.下列程序的输出结果是()。D y=10; if y==10 y=20; elseif y>0 y=30 end disp(y) A.1 B.30 C.10 D.20 3.有以下语句: a=eye(5); for n=a(2:end,:) for循环的循环次数是()。C A.3 B.4 C.5 D.10 4.设有程序段 k=10; while k k=k-1 end 则下面描述中正确的是()。A A.while循环执行10次B.循环是无限循环C.循环体语句一次也不执行D.循环体语句执行一次5.有以下程序段: x=reshape(1:12,3,4); m=0;

n=0; for k=1:4 if x(:,k)<=6 m=m+1; else n=n+1; end end 则m和n的值分别是()。C A.6 6 B.2 1 C.2 2 D.1 2 6.调用函数时,如果函数文件名与函数名不一致,则使用()。A A.函数文件名 B.函数名 C.函数文件名或函数名均可 D.@函数名 7.如果有函数声明行为“function [x,y,z]=f1(a,b,c)”,则下述函数调用格式中错误的是()。B A.x=f1(a,b,c) B.[x,y,z,w]=f1(a,b,c) C.[x,b,z]=f1(a,y,c) D.[a,b]=f1(x,y,z) 8.执行语句“fn=@(x) 10*x;”,则 fn是()。A A.匿名函数 B.函数句柄 C.字符串 D.普通函数 9.执行下列语句后,变量A的值是()。D >> f=@(x,y) log(exp(x+y)); >> A=f(22,3); A.22,3 B.22 C.3 D.25 10.程序调试时用于设置断点的函数是()。A A.dbstop B.dbclear C.dbcont D.dbstack 二、填空题 1.将有关MATLAB命令编成程序存储在一个扩展名为.m的文件中,该文件称为。M文件 2.有语句“for k=[12;34]”引导的循环结构,其循环体执行的次数为。1 3.MATLAB中用于控制不确定重复次数的循环语句为,若在循环执行过程中需要终止该循环时采用的语句为。while…end,break 4.函数文件由语句引导。在函数定义时,函数的输入输出参数称为参数,简称。在调用函数时,输入输出参数称为参数,简称。 function,形式,形参,实际,实参 5.在MATLAB中,函数文件中的变量是变量。定义变量是函数间传递信息的一种手段,可以用命令定义。局部,全局,global 6.应用程序的错误有两类,一类是错误,另一类是运行时的错误,即错

智能控制大作业-神经网络

智能控制与应用实验报告神经网络控制器设计

一、 实验内容 考虑一个单连杆机器人控制系统,其可以描述为: 0.5sin()Mq mgl q y q τ+== 其中20.5M kgm =为杆的转动惯量,1m kg =为杆的质量,1l m =为杆长, 29.8/g m s =,q 为杆的角位置,q 为杆的角速度,q 为杆的角加速度, τ为系统的控制输入。具体要求: 1、设计神经网络控制器,对期望角度进行跟踪。 2、分析神经网络层数和神经元个数对控制性能的影响。 3、分析系统在神经网络控制和PID 控制作用下的抗干扰能力(加噪声干扰、加参数不确定)、抗非线性能力(加死区和饱和特性)、抗时滞的能力(对时滞大小加以改变)。 4、为系统设计神经网络PID 控制器(选作)。 二、 对象模型建立 根据公式(1),令状态量121=,x q x x = 得到系统状态方程为: 12121 0.5**sin() x x mgl x x M y x τ=-= = (1) 由此建立单连杆机器人的模型如图1所示。

图1 单连杆机器人模型 三、系统结构搭建及神经网络训练 1.系统PID结构如图2所示: 图2 系统PID结构图 PID参数设置为Kp=16,Ki=10,Kd=8得到响应曲线如图3所示:

01234 5678910 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 t/s a n g l e /r a d 图3 PID 控制响应曲线 采样PID 控制器的输入和输出进行神经网络训练 p=[a1';a2';a3']; t=b'; net=newff([-1 1;-1 1;-1 1],[3 8 16 8 1],{'tansig' 'tansig' 'tansig' 'logsig' 'purelin'}); net.trainparam.epochs=2500; net.trainparam.goal=0.00001; net=train(net,p,t); gensim(net,-1) 产生的神经网络控制器如图4所示:

人工智能大作业

人工智能大作业 人工智能课程 考查论文 学号 姓名 系别 年级 专业 人工智能大作业 (1)什么是人工智能, 人工智能(Artificial Intelligence) ,英文缩写为AI。它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支,它企图了解智能的实质,并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器,该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。 人工智能的定义可以分为两部分,即“人工”和“智能”。“人工”比较好理解,争议性也不大。有时我们会要考虑什么是人力所能及制造的,或者人自身的智能程度有没有高到可以创造人工智能的地步,等等。但总的来说,“人工系统”就是通常意义下的人工系统。 人工智能是计算机学科的一个分支,二十世纪七十年代以来被称为世界三大尖端技术之一(空间技术、能源技术、人工智能)。也被认为是二十一世纪(基因工程、纳米科学、人工智能)三大尖端技术之一。这是因为近三十年来它获得了迅速

的发展,在很多学科领域都获得了广泛应用,并取得了丰硕的成果,人工智能已逐步成为一个独立的分支,无论在理论和实践上都已自成一个系统。 人工智能(Artificial Intelligence,AI)是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能从诞生以来,理论和技术日益成熟,应用领域也不断扩大,但没有一个统一的定义。 (2)简述人工智能的研究内容与研究目标、人工智能的研究途径和 方法、人工智能的研究领域。 A. 人工智能的研究内容: 1、搜索与求解: 为了达到某一目标而多次地进行某种操作、运算、推理或计算的过程。事实上,搜索是人在求解问题时而不知现成解法的情况下所采用的一种普遍方法。许多问题(包括智力问题和实际工程问题)的求解都可以描述为或归结为对某种图或空间的搜索问题。搜索技术就成为人工智能最基本的研究内容 2、学习与发现: 学习与发现是指机器的知识学习和规律发现。事实上,经验积累能力、规律发现能力和知识学习能力都是智能的表现 3、知识与推理: 知识就是力量,知识就是智能,发现客观规律,运用知识解决问题都是有智能的表现,而且是最为基本的一种表现。发现规律和运用知识本身还需要知识,因此知识是智能的基础和源泉。研究面向机器的知识表示形式和基于各种表示的机器推理技术:知识表示要求便于计算机的接受、存储、处理和运用,机器的推理方式与知识的表示又息息相关 4、发明与创造:

《智能控制技术大作业》(神经网络控制部分)

基于神经模糊控制的洗衣机设计 20世纪90年代初期,日本松下电器公司推出了神经模糊控制全自动洗衣机。这种洗衣机能够自动判断衣物的质地软硬程度、洗衣量、脏污程度和性质等,应用神经模糊控制技术,自动生成模糊控制规则和隶属度函数,预设洗衣水位、水流强度和洗涤时间,在整个洗衣过程中实时调整这些参数,以达到最佳的洗衣效果。 一、洗衣机的模糊控制 洗衣机的主要被控变量为洗涤时间和洗涤时的水流强度,而影响输出变量的主要因子是被洗涤物的浑浊程度和浑浊性质,后者可用浑浊度的变化率来描述。在洗涤过程中,油污的浑浊度变化率小,泥污的浑浊度变化率大。因此,浑浊度及其变化率可以作为控制系统的输入变量,而洗涤时间和水流强度可作为控制量,即系统的输出。实际上,洗衣过程中的这类输入和输出之间很难用数学模型进行描述。系统运行过程中具有较大的不确定性,控制过程在很大程度上依赖操作者的经验,这样一来,利用常规的方法进行控制难以奏效。然而,如果利用专家知识进行控制决策,往往容易实现优化控制,这就是在洗衣机中引入模糊控制技术的主要原因之一。 根据上述的洗衣机模糊控制基本原理,可得出确定洗涤时间的模糊推理框图如下: 其中,模糊控制器的输入变量为洗涤水的浑浊度及其变化率,输出变量为洗涤时间。考虑到适当的控制性能需要和简化程序,定义输入量浑浊度的取值为: 浑浊度={清,较浊,浊,很浊} 定义输入量浑浊度变化率的取值为: 浑浊度变化率={零,小,中,大} 定义输出量洗涤时间的取值为: 洗涤时间={短,较短,标准,长} 显然,描述输入/输出变量的词集都具有模糊性,可以用模糊集合来表示。因此,模糊概念的确定问题就直接转化为求取模糊集合的隶属函数问题。 暂不考虑模糊控制系统的量化因子和比例因子。对于洗衣机的模糊控制问题,设其模糊控制器的输入变量(浑浊度和浑浊度变化率)隶属函数的论域均为

自动控制MATLAB仿真作业

XXXXXXX 大学 《自动控制原理》MATLAB分析与设计 仿真实验报告 院系:电气工程与信息工程学院 班级: 姓名: 学号: 时间:20 年月日 电气工程与信息工程学院

《自动控制原理》MATLAB 分析与设计仿真实验任务书(2013) 一、仿真实验内容及要求 1.MATLAB 软件 要求学生通过课余时间自学掌握MA TLAB 软件的基本数值运算、基本符号运算、基本程序设计方法及常用的图形命令操作;熟悉MA TLAB 仿真集成环境Simulink 的使用。 2.各章节实验内容及要求 1)第三章 线性系统的时域分析法 ? 对教材P136.3-5系统进行动态性能仿真,并与忽略闭环零点的系统动态性能进行比 较,分析仿真结果; ? 对教材P136.3-9系统的动态性能及稳态性能通过的仿真进行分析,说明不同控制器 的作用; ? 在MATLAB 环境下完成英文讲义P153.E3.3。 ? 对英文讲义中的循序渐进实例“Disk Drive Read System”,在100=a K 时,试采用 微分反馈使系统性能满足%5%,σ<3250,510s ss t ms d -≤

MATLAB在自动控制原理中的应用

本论文主要研究如何根据用户要求的性能指标进行自动控制系统的串联校正设计,而此设计又具有很重要的现实意义。对于给定的线性定常系统,我们通常通过加入串联超前、滞后或超前滞后综合校正装置,以达到提高系统的精度和稳定性的目的。本文将给出基于频率特性法串联校正的具体设计方法,同时对该课题中的控制系统模型进行仿真。本设计可实现如下功能:对一个线性定常系统,根据需求的性能指标,通过本设计可给出系统的串联校正网络,从绘制出的各种响应曲线可以直观地将校正前后的系统进行比较,而仿真实例结果也进一步表明了此设计方法有效性和实用性。 关键词:串联校正;根轨迹;频率特性法;MATLAB 1.1研究目的 在实际工程控制中,往往需要设计一个系统并选择适当的参数以满足性能 指标的要求,或对原有系统增加某些必要的元件或环节,使系统能够全面满足 性能指标要求,此类问题就称为系统校正与综合,或称为系统设计。 当被控对象给定后,按照被控对象的工作条件,被控信号应具有的最大速 度和加速度要求等,可以初步选定执行元件的形式、特性和参数。然后,根据 测量精度、抗扰能力、被测信号的物理性质、测量过程中的惯性及非线性度等 因素,选择合适的测量变送元件。在此基础上,设计增益可调的前置放大器与 功率放大器。这些初步选定的元件以及被控对象适当组合起来,使之满足表征 控制精度、阻尼程度和响应速度的性能指标要求。如果通过调整放大器增益后 仍然不能全面满足设计要求的性能指标,就需要在系统中增加一些参数及特性 可按需要改变的校正装置,使系统能够全面满足设计要求,这就是控制系统设 计中的校正问题。系统设计过程是一个反复试探的过程,需要很多经验的积累。MATLAB为系统设计提供了有效手段。 1.2相关研究现状 系统仿真作为一种特殊的实验技术,在20世纪30-90年代的半个多世纪中经历了飞速发展,到今天已经发展成为一种真正的、系统的实验科学。自动控制系统仿真是系统仿真的一个重要分支,它是一门设计自动控制理论、计算机数学、计算机技术、系统辩识以及系统科学的综合性新型学科。它为控制系统的分析、计算、研究、综合设计以及自动控制系统的计算机辅助教学等提供了快速、经济、

用matlab实现自动控制系统的分析与设计

使用MATLAB对控制系统进行计算机仿真的主要方法是:以控制系统的传递函数为基础,使用MATLAB的Simulink工具箱对其进行计算机仿真研究。 1.时域分析中性能指标 为了保证电力生产设备的安全经济运行,在设计电力自动控制系统时,必须给出明确的系统性能指标,即控制系统的稳定性、准确性和快速性指标。通常用这三项技术指标来综合评价一个系统的控制水平。对于一个稳定的控制系统,定量衡量性能的好坏有以下几个性能指标:(1)峰值时间tp;(2)调节时间ts;(3)上升时间tr;(4)超调量Mp%。 怎样确定控制系统的性能指标是控制系统的分析问题;怎样使自动控制系统的性能指标满足设计要求是控制系统的设计与改造问题。在以往进行设计时,都需要通过性能指标的定义徒手进行大量、复杂的计算,如今运用MATLAB可以快速、准确的直接根据响应曲线得出性能指标。例如:求如下二阶系统的性能指标: 首先用MATLAB在命令窗口编写如下几条简单命令: num=[3]; %传递函数的分子多项式系数矩阵 den=[1 1.5 3]; %传递函数的分母多项式系数矩阵 G=tf(num,den); %建立传递函数 grid on; %图形上出现表格 step(G) %绘制单位阶跃响应曲线 通过以上命令得到单位阶跃响应曲线如图1,同时在曲线上根据性能指标的定义单击右键,则分别可以得到此系统的性能指标:峰值时间tp=1.22s;调节时间ts=4.84s;上升时间tr=0.878s;超调量Mp%=22.1%。 图1 二阶系统阶跃响应及性能指标 2.具有延迟环节的时域分析 在许多实际的电力控制系统中,有不少的过程特性(对象特性)具有较大的延迟,例如多容水箱。对于具有延迟过程的电力控制无法保证系统的控制质量,因此进行设计时必须考虑实际系统存在迟延的问题,不能忽略。所以设计的首要问题是在设计系统中建立迟延环节的数学模型。 在MATLAB环境下建立具有延迟环节的数学模型有两种方法。 例:试仿真下述具有延迟环节多容水箱的数学模型的单位阶跃响应曲线: 方法一:在MATLAB命令窗口中用函数pade(n,T) num1=1;den1=conv([10,1],[5,1]);g1=tf(num1,den1); [num2,den2]=pade(1,10);g2=tf(num2,den2); g12=g1*g2; step(g12) 图2 延迟系统阶跃响应曲线 方法二:用Simulink模型窗口中的Transport Delay(对输入信号进行给定的延迟)模块 首先在Simulink模型窗口中绘制动态结构图,如图3所示。 图3 迟延系统的SIMULINK实现

(完整版)智能控制习题参考答案.doc

1.递阶智能控制系统的主要结构特点有哪些。 答:递阶智能控制是在研究早期学习控制系统的基础上,从工程控制论角度总结人工 智能与自适应控制、自学习控制和自组织控制的关系后逐渐形成的。 递阶智能控制系统是由三个基本控制级(组织级、协调级、执行级)构成的。如下所 示: 1.组织级 组织级代表控制系统的主导思想,并由人工智能起控制作用。根据贮存在长期存储交换单元内的本原数据集合,组织器能够组织绝对动作、一般任务和规则的序列。 其结构如下: 2.协调级 协调级是组织级和执行级间的接口,承上启下,并由人工智能和运筹学共同作用。协

调级借助于产生一个适当的子任务序列来执行原指令,处理实时信息。 它是由不同的协调器组成,每个协调器由计算机来实现。下图是一个协调级结构的候选框图。该结构在横向上能够通过分配器实现各协调器之间的数据共享。 3.执行级 执行级是递阶智能控制的最底层,要求具有较高的精度但较低的智能;它按控制论进 行控制,对相关过程执行适当的控制作用。 其结构模型如下:

2.信息特征,获取方式,分层方式有哪些? 答:一、信息的特征 1,空间性:空间星系的主要特征是确定和不确定的(模糊)、全空间和子空间、同步和 非同步、同类型和不同类型、数字的和非数字的信息,比传统系统更为复杂的多源多维信 息。 2,复杂性:复杂生产制造过程的信息往往是一类具有大滞后、多模态、时变性、强干 扰性等特性的复杂被控对象,要求系统具有下层的实时性和上层的多因素综合判断决策能 力,以保证现场设备局部的稳定运行和在复杂多变的各种不确定因素存在的动态环境下, 获得整个系统的综合指标最优。 3,污染性:复杂生产制造过程的信息都会受到污染,但在不同层次的信息受干扰程度 不同,层次较低的信号受污染程度较大。 二、获取方式 信息主要是通过传感器获得,但经过传感器后要经过一定的处理来得到有效的信息, 具体处理方法如下: 1,选取特征变量 可分为选择特征变量和抽取特征变量。选择特征变量直接从采集样本的全体原始工艺参数 中选择一部分作为特征变量。抽取特征变量对所选取出来的原始变量进行线性或非线性 组合,形成新的变量,然后去其中一部分作为特征变量。 2,滤波的方法 提高信噪数字滤波用计算机软件滤波,通过一定的计算程序对采样信号进行平滑加工, 比,消除和减少干扰信号,以保证计算机数据采集和控制系统的可靠性。模拟滤波用硬件 滤波。 3,剔除迷途样本 使用计算机在任意维空间自动识别删除迷途样本。 三、分层方式 1,通过计算机系统进行信号分层 2,人工指令分层 3,通过仪器设备进行测量,将数据进行分层 4,先归类,后按照一定的规则集合分层 3.详细描述数据融合的流程和方法 答:数据融合是指利用计算机对按时序获得的若干观测信息,在一定准则下加以自动分析、综合,以完成所需的决策和评估任务而进行的信息处理。 一、数据融合的流程: 分析数据融合目的和融合层次→→智能地选择合适的融合算法→→将空间配准的数据 (或提取数据的特征或模式识别的属性说明)进行有机合成→→准确表示或估计。有时还 需要做进一步的处理,如"匹配处理 "和 "类型变换 "等,以便得到目标的更准确表示或估计。 具体可分为: 1,特征级融合 经过预处理的数据→→特征提取→→特征级融合→→融合属性说明 2,像元级融合

基于Matlab的自动控制系统设计与校正

自动控制原理课程设计 设计题目:基于Matlab的自动控制系统设计与校正

目录 目录 第一章课程设计内容与要求分析 (1) 1.1设计内容 (1) 1.2 设计要求 (1) 1.3 Matlab软件 (2) 1.3.1基本功能 (2) 1.3.2应用 (3) 第二章控制系统程序设计 (4) 2.1 校正装置计算方法 (4) 2.2 课程设计要求计算 (4) 第三章利用Matlab仿真软件进行辅助分析 (6) 3.1校正系统的传递函数 (6) 3.2用Matlab仿真 (6) 3.3利用Matlab/Simulink求系统单位阶跃响应 (10) 3.2.1原系统单位阶跃响应 (10) 3.2.2校正后系统单位阶跃响应 (11) 3.2.3校正前、后系统单位阶跃响应比较 (12) 3.4硬件设计 (13) 3.4.1在计算机上运行出硬件仿真波形图 (14) 课程设计心得体会 (16) 参考文献 (18)

第一章 课程设计内容与要求分析 1.1设计内容 针对二阶系统 )1()(+= s s K s W , 利用有源串联超前校正网络(如图所示)进行系统校正。当开关S 接通时为超前校正装置,其传递函数 11 )(++-=Ts Ts K s W c c α, 其中 132R R R K c += ,1 )(13243 2>++=αR R R R R ,C R T 4=, “-”号表示反向输入端。若Kc=1,且开关S 断开,该装置相当于一个放 大系数为1的放大器(对原系统没有校正作用)。 1.2 设计要求 1)引入该校正装置后,单位斜坡输入信号作用时稳态误差1.0)(≤∞e ,开环截止频率ωc’≥4.4弧度/秒,相位裕量γ’≥45°; 2)根据性能指标要求,确定串联超前校正装置传递函数; 3)利用对数坐标纸手工绘制校正前、后及校正装置对数频率特性曲线; c R R

自动化智能控制大作业

《智能控制》大作业 1、简答题: 1.1.根据目前智能控制系统的研究和发展,智能控制系统有哪些类型以及智能控制系统主要有哪些方面的工作可做进一步的探索和开展? 答: 智能控制系统的类型: ①基于信息论的分级递阶智能控制 ②以模糊系统理论为基础的模糊逻辑控制 ③基于脑模型的神经网络控制 ④基于知识工程的专家控制 ⑤基于规则的仿人智能控制 ⑥各种方法的综合集成 智能控制系统的探索和开展: ①离散事件和连续时间混杂系统的分析与设计; ②基于故障诊断的系统组态理论和容错控制方法; ③基于实时信息学习的规则自动生成与修改方法; ④基于模糊逻辑和神经网络以及软计算的智能控制方法; ⑤基于推理的系统优化方法; ⑥在一定结构模式条件下,系统有关性质(如稳定性等)的分析方法等。 1.2.比较智能控制与传统控制的特点? 答:智能控制与传统控制的特点。 传统控制:经典反馈控制和现代理论控制。它们的主要特征是基于精确的系统数学模型的控制。适于解决线性、时不变等相对简单的控制问题。 智能控制:以上问题用智能的方法同样可以解决。智能控制是对传统控制理论的发展,传统控制是智能控制的一个组成部分,在这个意义下,两者可以统一在智能控制的框架下。 1.3.简述模糊集合的基本定义以及与隶属函数之间的相互关系。

答:模糊集合:模糊集合是用从0 到1 之间连续变化的值描述某元素属于特定集合的程度,是描述和处理概念模糊或界限不清事物的数学工具。 相互关系:表示隶属度函数的模糊集合必须是凸模糊集合;模糊集合是由其隶属函数刻画的 1.4.画出模糊控制系统的基本结构图,并简述模糊控制器各组成部分所表示的意思? 答:基本结构图: (1) 模糊化接口:模糊化接口就是通过在控制器的输入、输出论域上定义语言变量,来将精确的输入、输出值转换为模糊的语言值。 (2) 规则库:由数据库和语言(模糊)控制规则库组成。数据库为语言控制规则的论域离散化和隶属函数提供必要的定义。语言控制规则标记控制目标和领域专家的控制策略。 (3) 模糊推理:是模糊控制系统的核心。根据模糊输入和模糊控制规则,获得模糊输出。 (4) 清晰化接口:由模糊推理得到的模糊输出值,只有其转化为精确控制量,才能施加于对象。实行这种转化的方法叫做清晰化/去模糊化/模糊判决 1.5.模糊控制规则的生成方法通常有哪几种,且模糊控制规则的总结要注意哪些问题?

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