1、2022-7-31Manlike 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仿人智能控制行为的特征变量9.1.3系统特性的模式识别9.2 几种仿人智能控制方案9.2.1仿人智能开关控制9.2.2仿人比例控制9.2.3仿人智能积分控制9.3 专家PID控制2022-7-31Manlike IC2智能控制的一个重要研究方向智能控制的一个重要研究方向 智能控制，根本上是要的智能行为进行决策和控制。必要的训练之后，人实现的控制方法。仿人智能控制不需要了解对象的结构、参数，即于对象的数学，而是根据积累的经验和知识进行在线的推理确定和变换控制策略。2
2、022-7-31Manlike IC3调节器参数的自动整定问题调节器参数的自动整定问题lPID需要试验加试凑方法整定。需要熟练的技巧，并且相当费时。l传统PID调节器无自适应能力。l研究专家PID或者智能PID十分必要。2022-7-31Manlike IC49.1.1 基本思想基本思想 PID 比例，积分和微分控制器反馈控制，按偏差调节 控制器作用人脑P:比例，线性放大缩小 I:积分，细调D:微分，变化趋势想象功能，具有非线性放大能力记忆功能，选择性记忆能力预见功能，远见卓识的预见能力PID控制作用是优良控制的必要条件，非充分条件。2022-7-31Manlike IC5PID的改进：1变增
3、益控制（增益适应）2.智能积分（非线性积分）3智能采样控制等等 2022-7-31Manlike IC6基本思想：利用计算机模拟人的控制行为功能，最大限度地识别过程特征信息，进行启发和自觉推理，对缺乏精确数学模型的对象实现有效的控制。2022-7-31Manlike IC79.1.2 仿人智能控制行为的特征变量仿人智能控制行为的特征变量 图9.1 二阶系统的单位阶跃相应曲线2022-7-31Manlike IC82022-7-31Manlike IC9几个不同点的分析几个不同点的分析l点a:系统偏差有平衡点的趋势；l点b:系统偏差有平衡点的趋势；l点F:系统偏差达到极值。2022-7-31Ma
4、nlike IC109.1.3 系统特性的模式识别系统特性的模式识别p根据输出以及它们的组合的特征变量，划分动态特征模式，特征模式作为智能控制决策的依据。偏差:en=r-yn 偏差变化:en=en en-1 2022-7-31Manlike IC113)e*ee*e的符号，表征动态偏差变化情况.0,平衡点 0000e0000en*en000 偏差加大,偏差的绝对值逐渐增大en*en0 无极值en*en-10 有极值lB点：en*en-10lC点：en*en-10;en*en0lB点之后，偏差趋于减小，C点之后，偏差逐渐加大。2022-7-31Manlike IC14l与en*en联合使用，细化
5、系统特征l例如，曲线BC(DE)中间一段，偏差变化较大且偏差较大。l具体数值满足len*en0且b 0 超调阶段 ABC段(e)0then u(k)=U,t0(k)=T（全开）(2)if|e(k)|M e(k)0then u(k)=U,t0(k)=0（全关）(3)if e(k)=0,e(k-1)0 then u(k)=U,t0(k)=t0(k-1)（5）if|e(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,
6、t0(k)=K4 t0(k-1)（8）if|e(k)|E,e(k)0 then u(k)=U,t0(k)=t0(k-1)2022-7-31Manlike IC26（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(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)2022-7-31Manli
7、ke IC27参数意义：E允许偏差的绝对值,ME给定常数，t0(k)，t0(k-1)分别为本次和上次控制量输出时间。Ki为依据经验整定的系数。2022-7-31Manlike IC28仿人智能开关控制（BANGBANG控制）(应用实例)根据偏差的大小来确定控制电压。在液位实际值远小于给定值时，输出一个较大的控制电压，提高液位的上升速率，减少上升时间；随着偏差的减小，逐步减少控制电压，以减小系统的超调量和稳定时间。经过多次实验，选择3V，2.25V,1.75V,0.05V四种控制电压。2022-7-31Manlike IC29 首先将标准化后的误差送入形参err，然后根据err的值，选择一个输出
8、电压，当液位上升后，m1的值分阶段减小，当液位超过了设定值，err成为负值，只输出一个很小的电压（0.05V），液位下降，从而达到控制液位的功能。2022-7-31Manlike IC30 智能开关控制实验结果及参数分析 实验取液位为50，其余参数都为零，电压分为三级加到伺服阀上，稳定以后电压迅速频繁地切换，曲线比较稳定，但是饲服阀的开口很小才能达到如此效果 2022-7-31Manlike IC319.2.2 仿人比例控制仿人比例控制 p常规控制，K小，系统稳定性好，静态误差大。p仿人控制，不断调整给定值，使系统输出不断逼近给定值，提高系统精度。K对象Reuy+-比例反馈控制系统2022-7
9、-31Manlike IC322022-7-31Manlike IC33控制原理：初始给定1，yss0系统稳态输出值，ess0静差。系统进入稳态后，增加给定值ess0-1ess0。第二级稳态输出为yss0+yss1,静差减小为ess1。第三级输入给定为1 ess0ess1。依此下去，有 输出 静差 01()nssiiyyRn 0()ssnen 2022-7-31Manlike IC34控制算法：积分开关只在满足稳态条件时才闭合，完成一次 运算后立即断开，此后不变.100nneee0neK对象Reuy+-仿人比例控制e0n积分开关2022-7-31Manlike IC35规则为：允许静差的2倍，
10、N正比于算法实质：比例加智能积分。未满足条件时，仅比例控制；稳态后，积分器每N个周期工作一次，避免传统积分带来的相位裕量减小。Kp可以较小，增大增益裕量。有效解决稳态精度和稳定裕量的关系。00100,()(1)nnif KKKN e ke kthen eee/T2022-7-31Manlike IC36仿人比例温度控制仿真曲线仿人比例温度控制仿真曲线 2022-7-31Manlike IC37仿真结果仿真结果12022-7-31Manlike IC38仿真结果仿真结果22022-7-31Manlike IC39 温度控制系统硬件框图温度控制系统硬件框图 PLCSCR电炉PCTgTc热电偶202
11、2-7-31Manlike IC40温度控制实际效果温度控制实际效果2022-7-31Manlike IC41 仿人智能比例液位控制实验结果及参数分析 l 第二次实验改取Kp为3，如右图所示，第一次判稳值明显增大，而且总的上升时间也相对还有所减少，最终的稳定效果也还不错 l实验设定液位为50，由于仿人比例控制中的Ki和Kd没有起到作用，故直接取Kp为1，可以看到第一次稳定值比较小，但最后的稳定效果很明显。如右图所示：2022-7-31Manlike IC42实验结果及参数分析(2)l 第三次实验改取Kp为8，则如左图所示，由于其值较大，还没有达到稳态值就达到了设定的值，产生超调，最后的稳定效果
12、虽然可以，但略低于设定的50，效果不如上两次的实验，所以Kp值大概应该在1至6之间取值 2022-7-31Manlike IC439.2.3 仿人智能积分控制仿人智能积分控制 常规积分的缺点：1)针对性不强，（处处积分起作用）2)积分饱和3)参数选择不当时，系统容易振荡 2022-7-31Manlike IC442022-7-31Manlike IC45分析：（a,b)和（b,c）中，控制器积分作用与有经验的操作人员的控制作用相反，导致系统出现超调。2022-7-31Manlike IC46仿人积分控制算法：仿人积分控制算法：只在区间(a,b)、(c,d)和(e,f)上进行积分，其它区间停止积
13、分。借助于惯性向稳态过渡。当e*e0或e=0且e0时，对偏差积分当e*e0或e=0时，不对偏差积分。p应用示例：l电炉温度控制l水轮机速度,励磁控制2022-7-31Manlike IC47仿人智能控制算法仿人智能控制算法 积分 不积分扩展：智能积分*0*0eeee*000,integration*00when eeoreand ewhen eeor eno action2022-7-31Manlike IC48仿人积分仿真仿人积分仿真2022-7-31Manlike IC49仿人积分仿真仿人积分仿真22022-7-31Manlike IC50仿人积分仿真仿人积分仿真3 抗扰动抗扰动2022-
14、7-31Manlike IC51仿人仿人PID控制算法仿真结果控制算法仿真结果 PK=0.0375,IK=0.0001,DK=1.1812.2022-7-31Manlike IC52仿人积分实际控制效果仿人积分实际控制效果2022-7-31Manlike IC53仿人智能积分(液位控制)实验结果及参数分析设定液位为50，Kp为4，Ki为0.6，Kd为0.1，此时曲线上升比较快，超调量很小，很快进入稳定并且稳定效果比较好。将Kp设为1，其余保持上次实验数据，液位50，Ki为0.6，Kd为0.2，实验效果如右图所示，超调量很大，伴有明显的振荡，稳定时间很久，结果很不理想 2022-7-31Manl
15、ike IC54l一、专家一、专家PIDPID控制原理控制原理2022-7-31Manlike IC55 PID专家控制的实质是，基于受控对专家控制的实质是，基于受控对象和控制规律的各种知识，无需知道被象和控制规律的各种知识，无需知道被控对象的精确模型，利用专家经验来设控对象的精确模型，利用专家经验来设计计PID参数。专家参数。专家PID控制是一种直接型控制是一种直接型专家控制器。专家控制器。典型的二阶系统单位阶跃响应误差曲典型的二阶系统单位阶跃响应误差曲线如图所示。对于典型的二阶系统阶跃线如图所示。对于典型的二阶系统阶跃响应过程作如下分析。响应过程作如下分析。2022-7-31Manlike
16、 IC562022-7-31Manlike IC57 2111kekekekekeke2022-7-31Manlike IC58 1Mke2022-7-31Manlike IC59 2Mke 0e ke k 0e k 21211dip1kekekekkekkekekkkuku2022-7-31Manlike IC60 21211dipkekekekkekkekekkuku2022-7-31Manlike IC61 0 keke 01 keke 0ke 0 keke 01 keke 2Mke kekkkukump11 2022-7-31Manlike IC62 2Mke kekkkukump21
17、)(ke2022-7-31Manlike IC632022-7-31Manlike IC64s 10470+s 87.35 523500)(23pssG2022-7-31Manlike IC65基于综合策略的智能基于综合策略的智能PIDPID算法程序设计流程图如下算法程序设计流程图如下：返回2022-7-31Manlike IC66用于控制封闭式电热炉，设定值为500时2022-7-31Manlike IC67用于控制普通式电炉，设定值为150时0 10002000300040005000600070008000020406080100120140160时 间/s温度/，控制量1 温 度2 控
18、 制 量 1 2 2022-7-31Manlike IC68本章小结本章小结l人的控制依赖于其丰富的经验，而不是对象的数学模型。人可以在线确定控制策略。l基本原理是模仿人的启发式自觉推理逻辑，通过特征辨识判断系统所处的特征状态，进行多模态控制。l本章介绍了仿人智能开关控制，仿人比例控制，仿人智能积分控制，仿人PID及专家PID控制等。l仿人智能控制研究的不是被控对象，而是如何设计控制器，模仿专家经验和知识结构，实现优化控制。激励学生学习的名言格言激励学生学习的名言格言220、每一个成功者都有一个开始。勇于开始，才能找到成功的路。221、世界会向那些有目标和远见的人让路（冯两努香港著名推销商）2
19、22、绊脚石乃是进身之阶。223、销售世界上第一号的产品不是汽车，而是自己。在你成功地把自己推销给别人之前，你必须百分之百的把自己推销给自己。224、即使爬到最高的山上，一次也只能脚踏实地地迈一步。225、积极思考造成积极人生，消极思考造成消极人生。226、人之所以有一张嘴，而有两只耳朵，原因是听的要比说的多一倍。227、别想一下造出大海，必须先由小河川开始。228、有事者，事竟成；破釜沉舟，百二秦关终归楚；苦心人，天不负；卧薪尝胆，三千越甲可吞吴。229、以诚感人者，人亦诚而应。230、积极的人在每一次忧患中都看到一个机会，而消极的人则在每个机会都看到某种忧患。231、出门走好路，出口说好话
20、，出手做好事。232、旁观者的姓名永远爬不到比赛的计分板上。233、怠惰是贫穷的制造厂。234、莫找借口失败，只找理由成功。（不为失败找理由，要为成功找方法）235、如果我们想要更多的玫瑰花，就必须种植更多的玫瑰树。236、伟人之所以伟大，是因为他与别人共处逆境时，别人失去了信心，他却下决心实现自己的目标。237、世上没有绝望的处境，只有对处境绝望的人。238、回避现实的人，未来将更不理想。239、当你感到悲哀痛苦时，最好是去学些什么东西。学习会使你永远立于不败之地。240、伟人所达到并保持着的高处，并不是一飞就到的，而是他们在同伴们都睡着的时候，一步步艰辛地向上爬241、世界上那些最容易的事情中，拖延时间最不费力。242、坚韧是成功的一大要素，只要在门上敲得够久、够大声，终会把人唤醒的。243、人之所以能，是相信能。244、没有口水与汗水，就没有成功的泪水。245、一个有信念者所开发出的力量，大于99个只有兴趣者。246、环境不会改变，解决之道在于改变自己。247、两粒种子，一片森林。248、每一发奋努力的背后，必有加倍的赏赐。249、如果你希望成功，以恒心为良友，以经验为参谋，以小心为兄弟，以希望为哨兵。250、大多数人想要改造这个世界，但却罕有人想改造自己。
