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模糊控制大作业

模糊控制大作业实验报告

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模糊控制大作业

一、设计任务：

被控对象的传递函数为：0.52

()(1)s

e G s s -=

(1) 首先设计常规PD 控制器，尽量满足参考指标；

(2) 将PD 控制器输入输出数据作为专家操作试验数据，分别设计Mamdani 型和T-S 型模糊控制器，进行仿真计算；

对模糊控制器，考虑以下因素对系统性能的影响

①糊控制器方案的选择； ②语言变量取法；

③论域的划分； ④模糊子集（隶属函数）的形状和分布。 (3) 比较PD 、Mamdany 型和T-S 型模糊控制器下系统的性能。 II. 参考性能指标:

(1) r(t)=1(t) 时稳态误差为0 ; (2) 超调量不超过5 % ; (3) 调节时间不超过2秒.

确定控制方案, 设计模糊控制器.

要求: 设计仿真框图, 编制程序, 给出计算结果及曲线。

（1）仿真框图

（2）输入输出语言变量的语言值分布图（3）模糊控制规则表面图（4）阶跃响应曲线

（5）性能指标值（稳态误差，超调量，调节时间）

二、设计内容 1.PD 控制器的设计

如下图所示搭建simulink 仿真图，对PID 参数进行优化。

图2 PID控制系统参数优化仿真图得到阶跃响应曲线如下图

基本满足性能指标，优化得到的参数值为kp=2.3，kd=1.3，ki=0.8。搭建如下的PID控制仿真图，并得到阶跃响应曲线

图2 PID控制器仿真图

图3 PID控制器阶跃响应曲线

局部放大后可以看出，超调量约为4%，调节时间约1.9s，稳态误差为0，满足性能指标要求。

为了设计mandani型模糊控制器，同时观测偏差e、偏差变化率ec和输出u的变化情况，曲线如下：

图4 三个语言变量的变化曲线

2.mandani型模糊控制器的设计

（1）．由语言变量的变化曲线可得偏差e的基本论域为：[-1,1]，偏差变化率ec的基本论域为[-1,1]，输出u的论域为[-3，3]。对输入和输出语言变量进行量化，输入语言变量分为5档，用NB、NS、ZO、PS、PB分别表示三语言量的负大，负小、零、正小、正大；输出语言变量分为9档，用NL、NB、NS、ZO、PS、PB、PL分别表示三语言量的负大大，负大，负中、负小、零、正小、正中、正大、正大大，隶属度函数

均取为高斯型。

（2）．根据经验公式得到模糊控制规则表如下：

（3）.在matlab中输入输出语言变量的语言值分布图为：

（4）.模糊控制规则表面图为：

（5）.模糊控制单位阶跃响应曲线为：

8．系统的性能指标为：（1）系统超调量：σ=4%，（2）调节时间： ts=1.9s, （3）稳态误差：ess=0;

3．T —S 模糊控制器的设计

（1）.首先，借助

PD 控制器对被控对象进行控制，得到控制器的参数，将PD

控制器的控制效果作为模糊控制规则的经验值。其控制框图与mandani 模型一致，此处不再详述。

（2）.由PD 控制器可得偏差e 的基本领域为：[-1,1]，语言值为{E1,E2,E3},偏差变化率的基本领域为[-1,1],语言值为{EC1,EC2,EC3}，且有

(2.3 1.3)c e e u K K =-+通过PD 控制器得到模糊控制规则表为：

（3）.在matlab中输入输出语言变量的语言值分布图为：

（4）. 模糊控制规则表面图为：

(5).模糊控制单位阶跃响应曲线为：

(6).系统的性能指标为：

（1）系统超调量： =5%，

（2）调节时间：ts=1.7s,

（3）稳态误差：ess=0;

三．收获与总结

（1）通过本次大作业熟悉了模糊控制器的设计思想及流程，加深了对该课程的理解，同时掌握了在matlab中用模糊控制工具箱设计简单的模糊控制器。

（2）在设计PD控制器时，进一步熟悉了PID参数的调节，加深了对PID 各个参数对阶跃曲线的影响规律的理解。

（３）在模糊控制器的设计过程中，对“模糊”的概念有了充分的理解，通过PD控制器得到的控制规律，只是大概的参考规律，最终的控制规律还要在隶属度函数图形上进行调节，因此，最终的控制规律往往和参考规律相差很大。

计算机控制技术复习大作业及答案

2014年上学期《计算机控制技术》复习大作业及参考答案========================================================== 一、选择题（共20题） 1.由于计算机只能接收数字量，所以在模拟量输入时需经（ A ）转换。 A．A/D转换器B．双向可控硅 C．D/A转换器D．光电隔离器 2.若系统欲将一个D/A转换器输出的模拟量参数分配至几个执行机构，需要接入（ D ）器件完成控制量的切换工作。 A．锁存器锁存B．多路开关 C．A/D转换器转换D．反多路开关 3.某控制系统中，希望快速采样，保持器的保持电容CH应取值（ A ）。 A．比较小B．比较大C．取零值D．取负值 4. 在LED显示系统中，若采用共阳极显示器，则将段选模型送至（ B ）。 A．阳极B．阴极 C．阴极或阳极D．先送阴极再送阳极 5. 电机控制意味着对其转向和转速的控制，微型机控制系统的作法是通过（B ）实现的。 A．改变定子的通电方向和通电占空比 B．改变转子的通电方向和通电占空比 C．改变定子的通电电压幅值 D．改变转子的通电电压幅值 6.计算机监督系统（SCC）中，SCC计算机的作用是（B） A．接收测量值和管理命令并提供给DDC计算机 B．按照一定的数学模型计算给定植并提供给DDC计算机 C．当DDC计算机出现故障时，SCC计算机也无法工作 D．SCC计算机与控制无关 7. 键盘锁定技术可以通过（C）实现。 A．设置标志位 B．控制键值锁存器的选通信号 C．A和B都行 D．定时读键值 8. RS-232-C串行总线电气特性规定逻辑“1”的电平是（C）。 A．0．3 伏以下B．0．7伏以上 C．-3伏以下D．+3伏以上 9. 在工业过程控制系统中采集的数据常搀杂有干扰信号，（D）提高信/躁比。 A．只能通过模拟滤波电路 B.只能通过数字滤波程序 C.可以通过数字滤波程序/模拟滤波电路 D.可以通过数字滤波程序和模拟滤波电路 10．步进电机常被用于准确定位系统，在下列说法中错误的是（B ）。 A．步进电机可以直接接受数字量 B．步进电机可以直接接受模拟量 C．步进电机可实现转角和直线定位 D．步进电机可实现顺时针、逆时针转动

优化设计作业

作业 1. 阐述优化设计数学模型的三要素。写出一般形式的数学模型。答：建立最优化问题数学模型的三要素：（1）决策变量和参数。决策变量是由数学模型的解确定的未知数。参数表示系统的控制变量，有确定性的也有随机性的。（2）约束或限制条件。由于现实系统的客观物质条件限制，模型必须包括把决策变量限制在它们可行值之内的约束条件，而这通常是用约束的数学函数形式来表示的。（3）目标函数。这是作为系统决策变量的一个数学函数来衡量系统的效率，即系统追求的目标。 2. 阐述设计可行域和不可行域的基本概念答：约束对设计点在设计空间的活动范围有所限制。凡满足所有约束条件的设计点，它在设计空间中的可能活动范围，称可行设计区域(可行域)。不能满足所有约束条件的设计空间便是不可行设计区域(不可行域)。 3、无约束局部最优解的必要条件？答：（1）一元函数(即单变量函数) 极值点存在的必要条件如果函数f (x )的一阶导数f’(x )存在的话，则欲使x *为极值点的必要条件为： f’(x *)=0 但使f’(x *)=0的点并不一定部是极值点；使函数f (x )的一阶导数f’(x )=0的点称为函数f (x ) 的驻点；极值点(对存在导数的函数)必为驻点，但驻点不一定是极值点。至于驻点是否为极值点可以通过二阶导数f’’(x )=0来判断。（2）n 元函数在定义域内极值点X *存在的必要条件为即对每一个变量的一阶偏导数值必须为零，或者说梯度为零(n 维零向量)。 ▽f (X*)=0是多元函数极值点存在的必要条件，而并非充分条件；满足▽f (X*)=0的点X *称为驻点，至于驻点是否为极值点，尚须通过二阶偏导数矩阵来判断。 3. 阐述约束优化问题最优解的K-T 条件。答：K-T 条件可阐述为：如果X (k)是一个局部极小点，则该点的目标函数梯度▽f (X (k))可表示成该点诸约束面梯度为▽ g u (X (k))、▽h v (X (k))的如下线性组合： ()()()()0****21=????????????=?T n x X f x X f x X f X f

模糊控制期末作业

机械工程学院2015－2015学年第二学期 2014级研究生《模糊控制》试题姓名王浦舟成绩一、综述模糊控制技术的发展概况和发展趋势（从任何一个方面论述均可）。（10分）答：模糊控制技术的发展概况：模糊控制系统已经应用于各个行业和各类实际应用中，同时也出现广不少开发模糊控制系统的软件工具，甚至应用于社会科学领域。模糊控制在各种过程控制中都有应用，工业炉方面，退火炉、电弧炉、水泥窑、热风炉、煤粉炉一般采用模糊控制；石化方面，蒸馏塔、废水pH值、污水处理等也采用计算机进行模糊控制；煤矿行业，选矿破晬过程、煤矿供水等也是进行模糊控制。模糊控制的控制系统的优点有：①模糊控制是一种基于规则的控制，在设计中不需要建立被控对象的精确数学模型，对于具有一定操作经验而非控制专业的工作者，模湖控制方法易于掌握，系统机观和策略易于接受与理解，设计简单，便于应用。②模糊控制座接采用语言型控制规则，在工业过程从定性认识出发，比较容易建立语言控制规则，而模糊控制对那些数学模型难以获取、动态特性不易掌握或变化显著的对象非常适用。③模糊控制系统的鲁棒性强，干扰和参数变化对控制效果的影响被大大减弱，允其适合于非线性、时变及纯滞后系统的控制。④基于模型的控制箅法及系统设计方法，由于出发点和性能指标的不同、容易导致较大差异，但一个系统的语言控制规则却具有相对的独立性，利用这些控制规律间的模糊连接，容易找到折中的选择，采用模糊控制设计的系统动态响应品质优于常规的P1D控制，并且过程参数的变化具奋较强的适应性。 ⑤模糊控制算法是基于启发性的知识及语言决策规则设计的，这使得操作人员易于通过人的自然语言进行人机界面联系，这些模糊条件语言很容易加入到过程控制环节上。通过模拟人工控制的过程和方法，增强控制系统的适应能力，使之具有一定的智能水平。模糊控制的缺点有：①信息简单的模糊处理将导致系统的控制精度降低和动态品质变差。②模糊控制的设计尚缺乏系统性，这对复杂系统的控制是难以奏效的。③获得模糊规则及隶属函数的方法即为系统的设计办法，在目前完全凭经验进行。糊控制理论需解决的问题主要是尽管模糊控制理论已经取得了可观的进展，但与常

现代控制理论大作业倒立摆

摘要倒立摆系统是一个复杂的、高度非线性的、不稳定的高阶系统，是学习和研究现代控制理论最合适的实验装置。倒立摆的控制是控制理论应用的一个典型范例，一个稳定的倒立摆系统对于证实状态空间理论的实用性是非常有用的。本文主要研究的是二级倒立摆的极点配置方法，首先用Lagrange方程建立了二级倒立摆的数学模型，然后对二级倒立摆系统的稳定性进行了分析和研究，并给出了系统能控能观性的判别。基于现代控制理论中的极点配置理论，根据超调量和调整时间来配置极点，求出反馈矩阵并利用Simulink对其进行仿真，得到二级倒立摆的变化曲线，实现了对闭环系统的稳定控制。关键词：二级倒立摆；极点配置；Simulink 目录 1.绪论.............................................................. 2 数学模型的建立和分析.............................................. 2.1 数学建模的方法.................................................. 2.2 二级倒立摆的结构和工作原理...................................... 2.3 拉格朗日运动方程................................................ 2.4推导建立数学模型................................................. 3 二级倒立摆系统性能分析............................................ 3.1 稳定性分析.................................................... 3.2 能控性能观性分析.............................................. 4 状态反馈极点配置.................................................. 4.1 二级倒立摆的最优极点配置1..................................... 4.2 二级倒立摆最优极点配置2......................................... 5. 二级倒立摆matlab仿真............................................ 5.1 Simulink搭建开环系统............................................ 5.2 开环系统Simulink仿真结果....................................... 5.3 Simulink搭建极点配置后的闭环系统................................ 5.4极点配置Simulink仿真结果........................................ 5.4.1 第一组极点配置仿真结果........................................ 5.4.2 第二组极点配置仿真结果........................................ 6.结论.............................................................. 7.参考文献.......................................................... 附录一..............................................................

模糊控制大作业讲解

基于模糊控制的PID 温度控制器的设计 1、引言常规PID 控制由于具有原理结构简单、鲁棒性好，可靠性高，容易实现的特点，成为迄今为止应用最广泛的控制算法，并且取得了良好的效果。然而在温度控制系统中，由于被控对象具有非线性、时变、大滞后等特点，且受环境温度等外界诸多因素影响较大，导致难以建立精确的数学模型，难以确定最佳的控制器参数。此时，传统的PID 控制对进一步提高控制对象的质量和精度遇到了极大的困难，难以获得良好的效果。为了克服常规PID 调节器的不足，提高其性能，人们进行了进一步的研究。模糊控制是智能控制理论的一个分支，近十年来正以它全新的控制方式在控制界受到了极大的重视并得到了迅速发展。与传统的PID 控制方式相比，它具有特别适合于那些难以建立精确数学模型、非线性和大滞后的过程等特点。但是经过深入研究，也会发现基本模糊控制存在着其控制品质粗糙和精度不高等弊病。因此，本文提出一种将模糊控制和PID 控制相结合起来，通过模糊控制实现PID 参数自适应的方法来控制系统温度。这种Fuzzy- PID 策略，模糊控制的采用不是代替PID 控制，而是对传统控制方式的改进和扩展，它既保持了常规PID 控制系统结构简单、使用方便、鲁棒性强、控制精度高的优点，又采用模糊推理的方法实现了PID 参数P K 、I K 、D K 的在线自整定，兼具了模糊控制灵活性、适应性强的特点，相比单纯的任一种控制效果都要好[6-10]。 2、模糊控制基本理论模糊控制是利用模糊数学的基本思想和理论的控制方法。在传统的控制领域里，控制系统动态模式的精确与否是影响控制优劣的最主要关键，系统动态的信息越详细，则越能达到精确控制的目的。然而，对于复杂的系统，由于变量太多，往往难以正确的描述系统的动态，于是工程师便利用各种方法来简化系统动态，以达成控制的目的，但却不尽理想。换言之，传统的控制理论对于明确系统有强

模糊逻辑控制作业

《智能控制技术》平时作业题 2016年4月1日学号______________ 姓名题一：设被控对象的传递函数为 21()1000441) G s s s =++ （1）针对阶跃输入()5/R s s =，设计模糊监督PID 控制系统，使得系统输出的超调量2%δ≤，进行系统仿真。（2）已知条件和性能指标同（1），设计模糊监督模糊控制系统，进行系统仿真，同（1）的仿真结果进行比较。题二：设被控对象的传递函数为 p 22p p p ()2K G s s s ζωω=++ 式中，P 1K =，P 0.707ζ=，P 1ω=。参考模型为一阶系统 r r ()K M s s a =+，r 1K =，r 1a =。系统参考输入为()sin(0.6)r t t =。（1）针对()G s 设计一个直接模糊控制器（非自适应），使得对象的输出尽可能接近参考模型的性能指标。模糊控制器为二维模糊控制器，其输入变量为偏差e r y =-，r 为系统参考输入，y 为被控对象输出；偏差变化()()()e kT e kT T e kT T --= （用一阶后向差分近似）。（2）针对()G s 设计模糊模型参考学习自适应控制系统，使得对

象输出跟踪参考模型输出并尽可能地靠近它。将（1）中所设计的模糊控制器作为初始模糊控制器并为FMRLC（模糊模型参考学习控制）所调整，进行系统仿真。题三：使用模糊逻辑工具箱建立以下模糊推理系统。（1）单输入单输出模糊推理系统：输入、输出变量分别为e和u，其模糊集论域均为[-1，1]，语言变量取值[N，ZO，P]，隶属函数为对称三角形，规则为 If e is N Then u is N If e is ZO Then u is ZO If e is P Then u is P 画出该模糊推理系统输入输出关系曲线。（2）两输入一输出模糊推理系统：输入变量e和e ，输出变量为u，其模糊集论域均为[-6，6]，语言变量取值[NL，NS，ZO，PS，PL]，隶属函数为对称三角形；规则前件及蕴涵均采用“取小”运算。设计25条控制规则；求出该推理系统的控制面。（3）采用高斯形隶属函数，重复上述（2）。题四：已知某被控对象的传递函数为 2.5 () (101) G s s s = +。（1）采用二维PD模糊控制器，输入变量e和e ，输出变量为u，其模糊集论域均为[-6，6]，语言变量取值[NL，NM，NS，ZO，PS，PM，PL]，隶属函数为对称三角形；规则前件及蕴涵均采用“取小”运算，采用COG反模糊化方法。用Simulink建立单位

09-10机械优化设计试卷期末考试及答案

第一、填空题 1.组成优化设计数学模型的三要素是设计变量、目标函数、约束条件。 2.函数()2 2 121 212,45f x x x x x x =+-+在024X ??=????点处的梯度为120-?? ???? ，海赛矩阵为2442-????-?? 3.目标函数是一项设计所追求的指标的数学反映，因此对它最基本的要求是能用来评价设计的优劣，，同时必须是设计变量的可计算函数。 4.建立优化设计数学模型的基本原则是确切反映工程实际问题，的基础上力求简洁。 5.约束条件的尺度变换常称规格化，这是为改善数学模型性态常用的一种方法。 6.随机方向法所用的步长一般按加速步长法来确定，此法是指依次迭代的步长按一定的比例递增的方法。 7.最速下降法以负梯度方向作为搜索方向，因此最速下降法又称为梯度法，其收敛速度较慢。 8.二元函数在某点处取得极值的充分条件是()00f X ?=必要条件是该点处的海赛矩阵正定 9.拉格朗日乘子法的基本思想是通过增加变量将等式约束优化问题变成无约束优化问题，这种方法又被称为升维法。 10改变复合形形状的搜索方法主要有反射，扩张，收缩，压缩 11坐标轮换法的基本思想是把多变量的优化问题转化为单变量的优化问题 12．在选择约束条件时应特别注意避免出现相互矛盾的约束，，另外应当尽量减少不必要的约束。 13．目标函数是n 维变量的函数，它的函数图像只能在n+1, 空间中描述出来，为了在n 维空间中反映目标函数的变化情况，常采用目标函数等值面的方法。 14.数学规划法的迭代公式是 1k k k k X X d α+=+ ，其核心是建立搜索方向，和计算最佳步长 15协调曲线法是用来解决设计目标互相矛盾的多目标优化设计问题的。

matlab大作业(控制系统仿真)

河南工业大学控制系统仿真姓名：宋伯伦班级：自动化1501 学号：201523020128 成绩： 2017年6月16 日

设计题目基于MATLAB的皮带配料控制系统的仿真设计内容和要求阐述皮带配料控制系统的工作原理、物料流量特点，建立系统模型，通过Matlab进行控制系统仿真，达到适应系统工作过程各参数变化的目的。

报告主要章节第一章概述与引言随着科学技术的不断发展，电子皮带秤配料系统已在煤炭、化工、烟草、冶金、建材等行业中广泛应用。目前大多数皮带秤配料系统仍然是采用传统的PID控制算法，灵敏度较高，可以说在理论上调节是能做到无误差的，或者说在误差较小的范围内的确很有优势，但是出现较大误差时，其动态特性并不是很理想，超调量一般较大。所以，本课题设计了一套更为合理高效的电子皮带秤配料系统，本设计主要针对皮带秤配料系统中配料这一环节，采用模糊PID和传统PID控制相结合的方法。本课题主要内容包括皮带秤的原理与组成，系统的总体设计，模糊控制算法结合本系统的分析以及采用MATILAB进行模糊PID控制仿真。第二章各部分设计方案及工作原理皮带秤配料系统中配料皮带秤作为在线测量的动态称量衡器，有着重要的作用，目前已广泛用于冶金、煤炭、烟草、化工、建材等行业中，是集输送、称量、配料于一体的设备。皮带秤仪表除了显示瞬时流量和累积流量外，还能根据由接线盒传过来的数据与给定值的偏差来控制给料机的给料，从而保证瞬时流量的恒定。这样就构成了一个闭环控制系统。 2.1皮带秤配料系统组成及工作原理 2.1.1皮带秤配料系统组成配料皮带秤系统结构如图2.1所示，由三大部分组成，分别是料斗、给料设备和皮带秤。

模糊控制习题一

一、完成下述模糊集合的基本运算： 1、设论域为 12345678{x ,x ,x ,x ,x ,x ,x ,x }X =A 和B 为论域X 上的两个模糊集合已知： 12345678 1 2 4 5 6 7 8 0.20.40.60.8 1.00.80.50.2A x x x x x x x x 0.50.7 1.00.80.60.40.2B x x x x x x x = +++++++= ++++++ 试计算：A B, A B, A (B A) 。解： = B A 8 76543212.05.08.00.10.16.07.05.0X X X X X X X X +++++++； 8765421 2.04.06.08.08.04.02.0X X X X X X X + +++++= B A ; 8 7 6 5 4 3 2 1 8.05.08.00.18.06.04.05.0)(X X X X X X X X A B + ++++++= A ; 2、设X 、Y 、Z 为论域，X 到Y 的模糊关系为R ，Y 到Z 的模糊关系为S 。已知模糊关系矩阵为： 0.30.60.80.10.50.30.80.5 0.20.70.4 0.90.70.2R , S=0.90.10.80.50.10.40.50.3 0.4 0.2 0.60.4 0.1 0.9????????? ??? =?????????? ?? ，试求：X 到Z 的模糊关系。分析：由于R 是X →Y 上的模糊关系，S 是Y →Z 上的模糊关系。则X →Z 上的模糊关系为R 与S 的模糊合成。解：编程实现本题的运算程序如下： #include void main() { float d[4]={0}; float a[4][4]={{0.3,0.6,0.8,0.1},{0.5,0.2,0.7,0.4}, {0.9,0.1,0.8,0.5},{0.3,0.4,0.2,0.6}}; floatb[4][3]={{0.5,0.3,0.8},{0.9,0.7,0.2}, {0.1,0.4,0.5},{0.4,0.1,0.9}}; float c[4][3]={0}; int i,j,k; for (i=0;i<4;i++) for (k=0;k<3;k++) { for (j=0;j<4;j++) {

大学优化设计试卷期末考试及答案

一、填空题 1.组成优化设计数学模型的三要素是设计变量、目标函数、约束条件。 2.函数()2 2 121 212,45f x x x x x x =+-+在024X ??=????点处的梯度为120-?? ???? ，海赛矩阵为2442-????-?? 3.目标函数是一项设计所追求的指标的数学反映，因此对它最基本的要求是能用来评价设计的优劣，，同时必须是设计变量的可计算函数。 4.建立优化设计数学模型的基本原则是确切反映工程实际问题，的基础上力求简洁。 5.约束条件的尺度变换常称规格化，这是为改善数学模型性态常用的一种方法。 6.随机方向法所用的步长一般按加速步长法来确定，此法是指依次迭代的步长按一定的比例递增的方法。 7.最速下降法以负梯度方向作为搜索方向，因此最速下降法又称为梯度法，其收敛速度较慢。 8.二元函数在某点处取得极值的充分条件是()00f X ?=必要条件是该点处的海赛矩阵正定 9.拉格朗日乘子法的基本思想是通过增加变量将等式约束优化问题变成无约束优化问题，这种方法又被称为升维法。 10改变复合形形状的搜索方法主要有反射，扩张，收缩，压缩 11坐标轮换法的基本思想是把多变量的优化问题转化为单变量的优化问题 12．在选择约束条件时应特别注意避免出现相互矛盾的约束，，另外应当尽量减少不必要的约束。 13．目标函数是n 维变量的函数，它的函数图像只能在n+1, 空间中描述出来，为了在n 维空间中反映目标函数的变化情况，常采用目标函数等值面的方法。 14.数学规划法的迭代公式是 1k k k k X X d α+=+ ，其核心是建立搜索方向，和计算最佳步长 15协调曲线法是用来解决设计目标互相矛盾的多目标优化设计问题的。

模糊控制大作业_南航_智能控制

模糊控制器大作业一、题目要求考虑如下某水下航行器的水下直航运动非线性模型： ()||a m m v k v v u y v ++== 其中v R ∈为水下航行器的前进速度， u R ∈为水下航行器的推进器推力，y R ∈为水下航行器的输出，航行器本体质量、附加质量以及非线性运动阻尼系数分别为 100,15,10a m m k ===。作业具体要求： 1、分别采用fuzzy 工具箱设计模糊控制器使得系统稳定或跟踪期望指令信号。 2、分析量化因子和比例因子对模糊控制器控制性能的影响。 3、比较分析系统在模糊控制和PID 控制作用下的抗干扰能力(加噪声干扰)和抗非线性能力(加死区和饱和特性)。二、构建模糊控制Simulink 仿真模型 1.模糊控制器的设计（1）观测量：输入量、输出量（控制量）由题目要求分析可知，在这个水下航行器的水下直航运动非线性模型中，输入量是水下航行器的推进器推力u R ∈，输出是水下航行器的前进速度v R ∈。（2）根据系统实际情况，选择误差e ，误差变化ec 和控制量u 的论域 e range : [-6 6] ec range: [-6 6] u range: [-6 6] （3）e ，de 和u 语言变量的选取 e 7个：NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB ec 7个：NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB u 7个：NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB

（4）模糊控制规则确定表1 模糊规则表图1 模糊控制规则的添加在模糊控制器的设置中，分别对控制器中的E、EC、U进行设置，按照（2）中的选择确定论域范围，均为[-6 6]，选择的隶属函数为高斯函数分布。

智能控制作业

1、已知某一炉温控制系统，要求温度保持在600度恒定。针对该控制系统有以下控制经验：（1）若炉温低于600度，则升压；低的越多升压越高。（2）若炉温高于600度，则降压；高的越多降压越低。（3）若炉温等于600度，则保持电压不变。设模糊控制器为一维控制器，输入语言变量为误差，输出为控制电压。输入、输出变量的量化等级为7级，取5个模糊集。试设计隶属度函数误差变化划分表、控制电压变化划分表和模糊控制规则表。解：1）确定变量定义理想温度为600℃，实际温度为T，则温度误差为E=600-T。将温度误差E作为输入变量 2）输入量和输出量的模糊化将偏差E分为5个模糊集：NB、NS、ZO、PS、PB，分别为负小、负大、零、正小、正大。将偏差E的变化分为7个等级：-3 -2 -1 0 1 2 3，从而得到温度模糊表如表1所示。

表1 温度变化E划分表控制电压u也分为5个模糊集：NB、NS、ZO、PS、PB，分别为负小、负大、零、正小、正大。将电压u的变化分为7个等级：-3 -2 -1 0 1 2 3，从而得到电压变化模糊表如表2所示。表2 电压变化u划分表

表3 模糊控制规则表

2、利用MATLAB,为下列两个系统设计模糊控制器使其稳态误差为零，超调量不大于1%，输出上升时间≤0.3s 。假定被控对象的传递函数分别为： 2 55.01)1()(+= -s e s G s ) 456.864.1)(5.0(228 .4)(2+++= s s s s G 解：在matlab 窗口命令中键入fuzzy ，得到如下键面：设e 的论域范围为[-1 1]，de 的论域范围为[-0.1 0.1]，u 的论域范围为[0 2]。将e 分为8个模糊集，分别为NB ,NM, NS, NZ, PZ, PS, PM, PB; de 分为7个模糊集，分别为NB ,NM ,NS, Z ,PS ,PM ,PB; u 分为7个模糊集，分别为 NB ,NM ,NS, Z ,PS ,PM ,PB;

小学生作业优化设计

小学生作业优化设计作者：竺传新 (小学语文2010年湖南岳阳小学语文一班) 评论数/浏览数： 1 / 308 发表日期： 2010-08-11 12:05:14 我们的课题，大家给点意见！一（一）问题的提出如何以新课程标准为依据，设计新型作业，利用作业来关注学生的发展，现行大部分教师在作业设计和操作中存在以下几方面的不足：一是作业设计训练的目标单一，缺乏系统，多学科的整合，教师追求的是正确率。二是作业设计中的单向性，在作业训练中，教师出示给学生的作业题型都是课本（或教师）提供的，而不是学生自选的，缺乏多样化，对学生的能力培养是无所作为的。三是作业设计中的绝对性，这样的作业过于强调作业的甄别和选择功能，对作业质量的评价只是与标准答案比较对错，这就抹杀了学生的创造性，并造成学生思维的僵化。四是作业设计中完成的封闭性，这样的作业过于强调独立思考，从来不把合作当作一项必要的素质进行培养，唯一像合作的也仅限于偶尔的非组织形式的课堂讨论。鉴于上述认识，我们开始对“小学生作业优化设计”进行探索，希望通过研究，使学生作业成为学生自主探究、合作学习的活动过程，成为培养学生良好学习习惯，提高学生自主学习能力的重要途径，通过研究，促使我校教师在提高课堂教学上下功夫，进一步推进课堂教学改革，通过研究切实减轻学生的课业负担，真正给学生以自主选择，自主发展的时间和空间。（二）课题的界定本研究所涉及的“作业”是教学过程中一个重要的环节，是教师在完成课堂教学后，为了使学生巩固、深化课堂教学内容，系统地理解、掌握知识体系，依托所学过的知识、技能达到提高能力的目的，让学生在课内或课后进行的练习。本研究所涉及的“设计”，则是指对小学生作业的设计。具体地说，就是对小学生在课堂内外所需完成的作业，包括朗读、背诵、抄写、写作、计算、调查、收集、动手操作等口头、笔头练习的一种符合教学理念和规范的设计。“作业设计”就是指为了解决作业中的问题，根据作业本身的特点和新课程标准进行科学的规划，是教师备课的重要一环。可见，作业的设计又是一次创造的过程，好的作业设计，不仅可以巩固一堂课所要求掌握的知识，而且可以激发学习兴趣，开发智力，拓展知识面，点燃创造思维的火花，培养独立分析问题和解决问题的能力。 “作业优化设计”不是一种特定的作业形态，而是在新课程观念下，对常规作业模式的改革、突破和创新。它的设计可以由科任老师自行设计，也可以是各科老师相互协调、合作，它可以是学生自己设计，也可以是家长提出。本课题旨在通过研究，使学生作业成为学生自主探究、合作学习的活动过程，成为培养学生良好学习习惯、提高学生自主学习能力的重要途径，同时也是减轻学生作业负担的重要途径。（三）国内外研究的现状西方一些教育先进国家的作业形式改革，对我们很有启发意义。英国小学生课程作业主要有四种类型：（1）实践作业。即指有教师指导的各种实验、独立观察、独立完成美术作品及各种动手能力的测试；（2）书面作业。即指客观性测试，其形式有简答题、抢答题、写随笔、调查报告等；（3）口头、听力作业；（4）表演作业。美国的小学教师是以很宽广的视野从多方面、多层次来定位课程作业目的的。教师不仅从课外作业与学生的知识掌握和能力培养的关系，而且从课外作业与学生个性发展的关系定位课外作业的目的。国内，特别是新课程标准实施后，有不少的教师进行过有关课外作业的设计研究，取得了一定的成效。虽然目前国内有一些学校和教师进行了设计新型课外作业形式的尝试，但只属于局部、零散的研究，尚没有形成一定的体系。教师和学生对待新型课外作业的态度又重新回到传统的作业态度观中，认为作业一定要

智能控制大作业-模糊控制

智能控制与应用实验报告模糊控制器设计

对象模型建立实验内容考虑一个单连杆机器人控制系统，其可以描述为: 岬 0.5mgl sin(q) y q 2 其中M 0.5k gm 为杆的转动惯量，m 1kg 为杆的质量，l 1m 为杆长, g 9.8m/s 2，q 为杆的角位置，q 为杆的角速度, 为杆的角加速度，为系统的控制输入。实验具体要求: 1. 2. 分别采用fuzzy 工具箱设计模糊控制器跟踪期望的角位置信号。分析量化因子和比例因子对模糊控制器控制性能的影响。 3. 分析系统在模糊控制和PID 控制作用下的抗干扰能力（加噪声干扰）和抗非线性能力（加死区和饱和特性） 4. 为系统设计模糊PID 控制器。根据公式（1），令状态量Xi =q ，x 2 X1 得到系统状态方程为: X i X 2 X 2 0.5* mgl*sin( xj X i 由此建立单连杆机器人的模型如图 1所示。 0.5*mgl

图1单连杆机器人模型

三、模糊控制算法实现及仿真本次实验设计一个二维模糊控制器，令误差 E q* q，误差变化 EC E，模糊控制器输出语言变量为U。 1）三个变量E、EC和U的模糊词集为： { NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB 模糊论域为： E 和EC {-6,-5,-4,-3,-2,-1,0, 1,2, 3, 4, 5, 6} U:{-7,-6,-5,-4,-3,-2,-1,0, 1,2, 3, 4, 5, 6, 7} 2）模糊控制规则为：表表 3）确定E,EC和U的控制表 4）建立模糊控制表 5）建立SIMULINK模型在Matlab/Simulink 中建立单连杆机器人模糊控制系统模型如图2所示:

北航智能控制模糊控制作业

智能控制及应用大作业一 ——双输入—单输出系统的模糊控制姓名：学号： 2011-10-14

题目要求以双输入—单输出系统为例，画出模糊控制算法程序流程图，计算出模糊控制器的查询表。假设控制器输入为误差e和误差变化率ec,输出为控制量u，其基本论域分别为[e min，e max]，[ec min，ec max]，[u min，u max]，对应的语言变量E、EC和U的论域为{-6,-5,…,-1,0,1,…,5,6}，E、EC和U都选7个语言值{NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB}，各语言值的隶属函数采用三角函数，其分布可用表1表示，控制规则如表2所示。注意：u的去模糊化要采用与你的学号ID的奇偶性对应的方法，设ID=奇数者用最大隶属度法，ID=偶数者用重心法；要有计算查询表时的必要计算步骤，不能只给出最后结果。表2模糊控制规则表

程序设计与程序流程图 1、模糊算法的选择模糊蕴含用求交法，输出量的清晰化计算用最大隶属度法。于是有输出量的模糊集合'U 为： 49 1 '49 1' ' 491' ' 49 1' '49 1 ' '''')] ([)]([] )[()()()(====== =→→=→??=?=?=i i i iEC iE i i i i i i i i i i i C U U U EC EC U E E U EC E EC E R EC E R EC E U 2、程序结构说明利用Matlab 编写该模糊算法，并且计算出模糊控制器的查询表。程序按照上面的控制算法，先计算模糊关系隶属度矩阵R 。通过上面的式子，根据每一条控制规则，查找相对应的赋值表当中的向量值。如第一条法则: If E=NB and EC=NB, then U=NB. 则找到E 中NB 对应的行向量和EC 中NB 对应的行向量，然后将第一个行向量转置后与第二个行向量按照乘法法则对应取小值，生成新的矩阵。然后将该矩阵转换成列向量，并与U 中NB 对应的项对应取小值，生成新的矩阵R1。然后利用循环依次算出每个Ri ，没求出一个Ri 就去前面一个Ri-1求并（模糊算法中，取大值）。循环49次后，得到R 矩阵。这样再利用新的关系中的A1，B1，与R 的模糊蕴含用求交法，求出新的控制向量，再利用最大隶属度法就可求出控制量U 的量化值。然后制成表格。

过程控制期末试题及其答案

1.控制系统对检测变送的基本要求是___准确___、__迅速__和可靠 2.从理论上讲，干扰通道存在纯滞后不影响系统的控制质量。 3.离心泵的控制方案有直流节流法、改变泵的转速n改变旁路回流量。效率最差的是改变旁路回流量。 4.随着控制通道的增益K o的增加，控制作用___增强_______，克服干扰能力___最大______,最大偏差_____减小_____系统的余差减小 5.控制器的选择包括结构材质的选择、口径的选择、流量特性的选择和正反作用的选择。? 6.防积分饱和的措施有对控制器的输出限幅?、限制控制器积分部分的输出和?积分切除法。 7.如果对象扰动通道增益K f增加，扰动作用__增强__,系统的余差__增大__,最大偏差_增大___。8. 9. 10. 11. 12. 13.*临界比 14. 15. 实验建模步骤：1确定输入变量与输出变量信号；2测试；3对数据进行回归分析。 16.简述被控量与操纵量的选择原则。. 答：一、(1)?被控量的选择原则:?? ①必须尽可能选择表征生产过程的质量指标作为被控变量; ②当没有合适的质量指标时,应选择与质量指标由单质对应关系的间接指标作为被控量;? ③间接指标必须有足够的灵敏度; ④被控变量的选择还应考虑工艺过程的合理性及所用测量仪表的性能、价格等因素.??? (2)?操纵变量选择的原则? ①操纵变量应是控制通道放大系数K0较大者;

②应使扰动通道的时间常数越大越好，而控制通道的时间常数适当小一些。 ③控制通道纯滞后时间则越小越好，并尽量使扰动远离被控变量而靠近调节阀;④当广义过程的控制通道由几个一阶滞后环节组成时，要避免各个时间常数相等或相接近的情况; ⑤工艺上的合理性和方便性。二、被控变量的正确选择是关系到系统能否达到预期控制效果的重要因素，它选择的一般原则是：? （1）被控变量应能代表一定的工艺操作指标或是反映工艺操作状态重要变量；? （2）被控变量应是工艺生产过程中经常变化，因而需要频繁加以控制的变量；? （3）被控变量应尽可能选择工艺生产过程的直接控制指标，当无法获得直接控制指标信号，或其测量或传送滞后很大时，可选择与直接控制指标有单值对应关系的间接控制指标；? （4）被控变量应是能测量的，并具有较大灵敏度的变量；? （5）被控变量应是独立可控的；? 16mA ，温度问多少度？ 4 16420100200-=--T T=175C ? 19. 设置均匀控制系统的目的和其特点是什么？目的是:对表征前后设备供求矛盾的两个变量均匀协调,统筹兼顾.? ?特点是:表征前后供求矛盾的两个变量都应该是缓慢变化的;前后互相联系又?互相矛盾的两个变量都应保持在工艺操作所允许的范围内.? 把比例度和积分时间都整定得比较大，控制作用弱，从而达到均匀控制的目的?使前后设备在物料供求上相互均匀、协调

吉大17春学期《机械优化设计》在线作业二

吉大17春学期《机械优化设计》在线作业二一、单选题（共10 道试题，共40 分。） 1. 下列说法正确的一项是（）。 A. 若目标函数的海森矩阵H(X)对应的行列式的顺序主子式的值都小于零，则此海森矩阵H(X)为正定矩阵 B. 牛顿法寻优时的搜索方向是向量表示的方向 C. 利用复合形法进行优化设计时，每一轮迭代中求出的映射点只要满足可行性条件就可以作为一个寻优点 D. 机械优化设计中的可行域必须是一个有界的闭域。正确答案： 2. （）是在利用多维设计空间中的几何图形不断向好点移动迭代的一种算法，可通过反射、收缩、扩展三种运算来解决。 A. 单钝形法 B. 内点法 C. 外点法 D. 混合法正确答案： 3. 关于机械优化设计的设计空间的描述，不正确的一项是（）。 A. 设计空间是一个优化设计问题所有设计方案的集合 B. 一个优化设计问题中，设计变量的个数，就是它的设计空间的维数 C. 设计空间就是设计变量的可行域 D. 每个优化设计方案都可用一个从设计空间原点出发的向量表示正确答案： 4. 非线性问题分为一维问题和（）两种。 A. 静态问题 B. n维性问题 C. 无约束问题 D. 约束问题正确答案： 5. 黄金分割的数值为（）。 A. 0.618 B. 0.318 C. 0.218 D. 0.118 正确答案：

6. 有n个设计变量为坐标所组成的实空间称为（）。 A. 设计空间 B. 行向量 C. 列向量 D. 集正确答案： 7. 下列说法不正确的一项是（）。 A. 变量轮换法的方法是依次沿相应的坐标轴方向进行的一维优化，收敛速度较慢 B. 二维正定二次函数的等值线是同心的椭圆族，且椭圆中心就是以该函数为目标函数的极小点 C. 用梯度法寻求目标函数的最小值时，就是沿目标函数方向上的一维搜索寻优法 D. 利用复合形法进行优化设计时，构造初始复合形的全部顶点都必须在可行城内选取。正确答案： 8. 下列优化设计的算法中，不属于无约束优化设计算法的一项是（）。 A. 牛顿法 B. 鲍威尔法 C. 罚函数法 D. 变尺度法正确答案： 9. 下列约束中不属于性能约束的一项是（）。 A. 齿轮齿面接触疲劳强度条件 B. 梁的刚度条件 C. 斜齿轮螺旋角取值范围的限制条件 D. 转子旋转的平衡条件。正确答案： 10. （）是从可行域的外部构造一个点序列去逼近原约束问题的最优解。 A. 外点法 B. 内点法 C. 混合法 D. 抛物线法正确答案：吉大17春学期《机械优化设计》在线作业二二、多选题（共5 道试题，共20 分。） 1. 惩罚函数法有（）三种方法。 A. 迭代法

二维模糊控制器设计分析报告

模糊控制大作业 1.基于Matlab平台设计Fuzzy控制器，其结构如下: 1.1被控对象： G(S)= . 1.2建立模糊推理系统如下：图1.模糊推理机

图2. 输入的隶属函数图3. 输出的隶属函数

图4.规则观测器的GUI 1.3Simulink仿真

图6 仿真连线图图7 仿真结果 2.分析模糊规则数量对控制效果的影响；模糊控制器的规则基于专家知识或熟练操作人员长期积累的经验，它是按人的知觉推理的一种语言表示形式。规则由前件和结论组成，均由语言变量表示，规则条数与语言变量取值的多少有关，取值越多，规则条数越多，但不意味着规则知识库的准确程度越高，规则库的“准确性”还与专家的知识准确度有关，而规则库的“准确性”影响控制效果的好坏，故模糊规则的数量过少会导致控制的不准确，但数量多并不意味着控制效果越好，规则过于复杂时，基于模糊合成推理的控制算法的计算机实现越困难。

3.分析量化因子、比例因子对控制效果的影响；量化因子的提出是为了进行模糊化处理，必须将输入变量从基本论域转换到相应的模糊集合论域，输入变量乘以量化因子从而的到需要的变量。比例因子Ke对控制效果的影响：对系统的动态性能影响很大。Ke较大时系统上升较快，超调量也较大，过渡时间长。 Kc的影响：KC越大，d e（t）/dt范围压缩，控制作用增强。因此K c选择较大时系统超调量减小，系统相应速度变慢。对超调的遏制作用很明显。 Ku的影响：Ku不同，在模糊输出相同的情况下，加到被控对象上的实际控制量不同。Ku 选择得小，会使系统动态响应过程变长；而Ku过大，则控制器的控制作用就越强，系统响应就快，易超调，Ku选择过大会导致系统振荡。 4.对比PID控制器与模糊控制器在抗干扰的能力经计算机仿真试验表明:模糊控制系统在抑制超调、加速响应、消除稳态误差、减少震荡周期等方面都得到了提高,使系统的稳定性、抗干扰性、鲁棒性能均优于常规 PID控制,能很好地满足系统控制性能的要求.而且, 这种控制器具有结构简单、待整定参数少、控制规则简便、易实现、调试方便、适应性强等特点,在换热器出口温度控制中是一种很好的控制方法. 常规的PID 控制器对这种大惯性、时间滞后、非线性的系统的适应性差、控制精度低,不仅影响产品质量而且往往造成能源浪费,难以保证理想的控制效果

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