【正文】 四、研究內(nèi)容 主要研究在工業(yè)過程中的得到大量應(yīng)用的 PID 控制、 Smith 預(yù)估控制和模糊控制在多變量時滯系統(tǒng)中的應(yīng)用 。模糊芯片也已研制成功且功能不斷加強，成本不斷下降。提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性 ,因此提出簡單，有效，實用的大時滯控制方法是很有意義的。但是它過分依賴于精確數(shù)學(xué)模型，工業(yè)過程中不可能獲得被控對象的精確數(shù)學(xué)模型，因此很難運用。任何實際系統(tǒng)的過去狀態(tài)不可避免地要對當(dāng)前的狀態(tài)產(chǎn)生影響，即系統(tǒng)的演化趨勢不僅依賴于系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)，也依賴于過去某一時刻的狀態(tài)，這類系統(tǒng)統(tǒng)稱時滯系統(tǒng)。 用 MATLAB 7 中的 Fuzzy Control 工具箱完成基于某大遲滯環(huán)節(jié)的模糊控制器的設(shè)計。 了解智能控制的基本概念，模糊數(shù)學(xué)的基本內(nèi)容以及模糊控制器設(shè)計的基本方法。） 工作基礎(chǔ)：了解時滯系統(tǒng)的基本概念，熟練使用 MATLAB 7 軟件。 研究條件： Smith 預(yù)估控制器的基本原理與模糊控制器的 MATLAB Fuzzy工具箱。 完成基于模糊 Smith 預(yù)估控制器 的仿真設(shè)計。 對比分析傳統(tǒng) PID、 Smith 預(yù)估控制器以及單純模糊控制 器的優(yōu)缺點。系統(tǒng) 時滯產(chǎn)生的原因很多：可能由測量元件或測量過程造成，也可能由控制元件和執(zhí)行元件造成，或者由它們共同造成。 1956年美國的 Zadeh首次提出模糊集合的概念， 1974年倫敦大學(xué)的 Mamdani成功地將模糊控制理論應(yīng)用于鍋爐和汽輪機的過程控制。 二、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 模糊控制技術(shù)是一項正在發(fā)展的技術(shù)，在短短 20 多年時間里，模糊控制得到長足發(fā)展。各種模糊產(chǎn)品充滿了日本、西北京理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 歐和美國市場，如模糊洗衣機、模糊吸塵器和模糊攝像機等等，模糊技術(shù)幾乎變得無所不能，各國都爭先開發(fā)模糊新技術(shù)和新產(chǎn)品。了解模糊控制系統(tǒng)的基本概念與原理；完成基于某大遲滯環(huán)節(jié)的模糊控制器的設(shè)計； 五、研究方法與手段 在充分了解模糊控制基本原理的基礎(chǔ)上， 針對一典型帶有大遲滯環(huán)節(jié)被控對象數(shù)學(xué)模型，利用 MATLAB 的 Simulink 以及 Fuzzy Control 工具箱對比完成采用傳統(tǒng) PID 調(diào)節(jié)器、單純采用模糊控制以及將模糊控制與 Smith 預(yù)估補償原理相結(jié)合的方法之間控制效果的優(yōu)劣。 — 完成基于模糊 Smith 預(yù)估控制器的仿 北京理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 真。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，各個領(lǐng)域?qū)ψ詣涌刂葡到y(tǒng)精度、響應(yīng)速度、系統(tǒng)穩(wěn)定性、自適應(yīng)能力的要求越來越高，所研究的系統(tǒng)也日益復(fù)雜多變。 具有時間滯后特性的控制對象是非常普遍的，由于時滯的存在嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的控制效果和穩(wěn)定性，導(dǎo)致系統(tǒng)的超調(diào)變大，調(diào)節(jié)時間變長，甚至出現(xiàn)振蕩和發(fā)散。了解模糊控制系統(tǒng)的基本概念與原理；完成基于某大遲滯環(huán)節(jié)的模糊控制器的設(shè)計。 Key words: Fuzzy Control； Long timedelay； Smith predictive control； MATLAB simulation 北京理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 目 錄 第一章 緒論 .................................... 1 智能控制的研究背景 .......................... 1 智能控制的主要形式 .......................... 2 智能控制的特點 .............................. 2 智能控制的應(yīng)用 .............................. 2 第二章 模糊控制 ................................ 4 模糊控制概況 ................................ 4 模糊控制的原理 .............................. 4 模糊控制的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 ..................... 5 模糊控制器的設(shè)計 ............................ 5 定義輸入輸出模糊集 ......................... 6 語言值隸屬函數(shù)的確定 ....................... 6 量化因子的精確化 .......................... 8 建立模糊控制規(guī)則 .......................... 9 建立模糊控制表 ............................ 9 模糊推理 .................................. 9 模糊控制的特點 ............................ 10 模糊控制的缺點 ............................. 11 模糊控制面臨的主要任務(wù) ...................... 11 第三章 時滯系統(tǒng) ............................... 12 北京理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 時滯系統(tǒng)控制理論及發(fā)展現(xiàn)狀 .................. 12 時滯的相關(guān)定義 ........................... 12 時滯的研究意義 ........................... 13 時滯系統(tǒng)的常規(guī)控制方法 ...................... 13 傳統(tǒng) PID 控制 ............................. 13 Smith 預(yù)估控制 ............................ 16 第四章 系統(tǒng)建模與算法仿真 ..................... 20 MATLAB 系統(tǒng)概述 ............................. 20 MATLAB 簡介 ............................... 20 MATLAB 系統(tǒng)構(gòu)成 ........................... 20 Simulink 仿真 ............................... 21 Simulink 仿真概述 ......................... 21 Simulink 基本操作 ......................... 21 使用 MATLAB 圖形界面工具建立模糊控制器 ........ 21 模糊控制系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖 ...................... 24 控制結(jié)果仿真圖 ............................. 24 第五章 總結(jié)與展望 ............................. 26 總結(jié) ....................................... 26 展望 ....................................... 26 參考文獻(xiàn) ......................................... 27 外文資料 中文翻譯 北京理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 致 謝 北京理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第一章 緒論 智能控制的研究背景 什么是智能控制？簡單地說，就是 “聰明的控制，靈巧的控制 ”。史密斯 (）首先采用性能模式識別器來學(xué)習(xí)最優(yōu)控制方法，試圖利用模式識別技術(shù)來解決復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題。 1967 年利昂茲等人首次正式使用 “智能控制 ”。 1974 年，英國工程師曼德尼將模糊集合和模糊語言用于鍋爐和蒸汽機的控制，通過實驗取得了良好的結(jié)果。 1983 年，薩里迪斯把智能控制應(yīng)用于機器人系統(tǒng)； 1987 年，美國 Foxboro 公司發(fā)表了新一代 IA 智能控制系統(tǒng)。模糊控制是智能控制的早期發(fā)展形勢，基于模糊邏輯推理和模仿人類思維具有模糊性的特點。 三、專家控制 專家控制是一種模擬人類專家解決問題的計算機軟件系統(tǒng)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有可以逼近任意非線性函數(shù)的能力，因此既可以用來建立非線性系統(tǒng)的動態(tài)模型也可以用于構(gòu)建 控制器。 三、智能控制的核心在高層控制，即組織級。 四、智能控制具有自組織特點。 智能控制的應(yīng)用 一、在機器人控制中的應(yīng)用 北京理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 由于機器人的工作經(jīng)常處于動態(tài)、不確定和非結(jié)構(gòu)化的環(huán)境中。雖然目前工業(yè)上 90%的機器人都不具有智能，但隨著智能技術(shù)的迅速發(fā)展，需要各種具有不同程度智能的機器人 二、軍事應(yīng)用 主要的應(yīng)用是進(jìn)行目標(biāo)的探測、跟蹤和識別，包括 C3I 系統(tǒng)、自動識別、遙感、戰(zhàn)場監(jiān)視和自動威脅識別系統(tǒng)等。此外，在航天飛機的檢測、發(fā)射、和應(yīng)用等過程中也大量采用了智能控制系統(tǒng)。 1957 年 首次提出預(yù)估控制器，這是一個時滯補償?shù)念A(yù)估算法。模糊控制主要是模擬人的思維，推理和判斷的一種方法，因其 能很好的避免傳統(tǒng) Smith 預(yù)測控制的缺點，所以 已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。 模糊控制系統(tǒng)是利用計算機控制技術(shù)構(gòu)成的一種具有反饋通道的閉環(huán)結(jié)構(gòu)的數(shù)字控制系統(tǒng)，基本原理框圖如圖 21 所示。（ R 表示模糊關(guān)系 ，u 表示模糊控制量） Reu *? 圖 21 模糊控制器原理框圖 模糊控制的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 在應(yīng)用方面，作為模糊控制理論的起源地美國已經(jīng)成功地將該技術(shù)應(yīng)用于人工智能、信 息工程、空間飛行、衛(wèi)星與導(dǎo)彈等控制系統(tǒng)中，并成為軍事工程的熱點。在我國，該技術(shù)也得到發(fā)展和應(yīng)用。多年來一直未解決的穩(wěn)定性分析問題正在逐步解決。最簡單的實現(xiàn)方法是將一系列的模糊控制規(guī)則離線轉(zhuǎn)化為一個查詢表（又稱為控制表），存儲在計算機中供在線控制時使用。 P 表示 “正 ”， Z 表示 “零 ”， N 表示 “負(fù) ”。 語言值隸屬函數(shù)的確定 誤差 e、誤差變化 ec 及控制量 u 的模糊集和論域確定后，需對模糊變量隸屬函數(shù)的確定，即對模糊變量賦值，確定論域內(nèi)元素對模糊變量的隸屬度。 假設(shè)系統(tǒng)誤差 E（或偏差變化語言能變量 EC，輸出語言變量 U）的模糊語言值取（ NB， NM， NS， Z， PS， PM， PB）七個值，并取模糊集合的論域為 [6,6]，其隸屬函數(shù)的定義如圖 23； 北京理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 圖 23 隸屬函數(shù)的圖形表示法 模糊控制器采用常規(guī)的模糊控制器，即輸入量為 E 和誤差變化率 EC，輸出量為控制量 U。 量化因子是很關(guān)鍵的，它不僅影響系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)，也影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度。根據(jù)人的直覺思維推理，由系統(tǒng)輸出的誤差及誤差變化趨勢來設(shè)計消除系統(tǒng)誤差的模糊控制規(guī)則。在條件語句中，誤差 e、誤 差變化 ec 及控制量 u 對于不同的被控對象有著不同的意義。 (1)如表 27 所示，標(biāo)準(zhǔn)共 49 條模糊規(guī)則，各個模糊語句之間是 “或 ”的關(guān)系，由第一條語句所確定的控制規(guī)則可以計算出 ，可以由其余各條語句分別求出控制量 u2， ...， u49，則控制量為模糊集合 U，可表示為： 表 27 模糊控制規(guī)則表 模糊推理 模糊推理是模糊控制的核心，它利用某種模糊推理算法和模糊規(guī)則進(jìn)行推北京理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 理，得出最終的控制量。 最大隸屬度法不考慮輸出隸屬度函數(shù)的形式，只考慮最大隸屬度處的輸出值。該方法的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： ?? ? m a x00m i n)()( zzzz ZCZC （ 2） 重心法： 這種方法也稱為質(zhì)心法或面積中心法，是所有解 模糊化方法中最為合理的方法。利用控制法則來描述系統(tǒng)變量間的關(guān)系。 模糊控制的缺點 一、模糊控制的設(shè)計尚缺乏系統(tǒng)性，這對復(fù)雜系統(tǒng)的控制是難以奏效的。 一、自學(xué)習(xí)模糊控制策略的實現(xiàn)。 五、模糊控制系統(tǒng)方法的研究。 時滯的傳遞函數(shù)表示： 若用 y（ t） 表示系統(tǒng)輸出， r（ t） 表示系統(tǒng)輸出 ， L 表示滯后時間，則： )()( Ltrty ?? (31) 對上邊兩式進(jìn)行 Laplace 變換可得：