智能控制大作業(yè)-遺傳算法

智能控制大作業(yè)-遺傳算法-標(biāo)準(zhǔn)化文件發(fā)布號：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII智能控制與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)報(bào)告遺傳算法控制器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容考慮一個單連桿機(jī)器人控制系統(tǒng)，其可以描述為：Mq+0.5mglsin（q）=tj=q其中M=0.5kgm2為桿的轉(zhuǎn)動慣量，m=1kg為桿的質(zhì)量，l=1m為桿長，g=9.8m/s2，q為桿的角位置，q為桿的角速度，q為桿的角加速度，t為系統(tǒng)的控制輸入。具體要求：.設(shè)計(jì)基于遺傳算法的模糊控制器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器或PID控制器（任選.分析采用遺傳算法前后的控制效果。.分析初始條件對尋優(yōu)及對控制效果的影響。.分析系統(tǒng)在遺傳算法作用下的抗干擾能力（加噪聲干擾、加參數(shù)不確定）、抗非線性能力（加死區(qū)和飽和特性）、抗時滯的能力。對象模型建立根據(jù)公式(1)，令狀態(tài)量\=q/2="1得到系統(tǒng)狀態(tài)方程為："="t-0.5*mgl*sin(%)"2 Mj="1 (1)由此建立單連桿機(jī)器人的模型如下：functiondy=robot(t,y,u)M=0.5;m=1.0;l=1.0;g=9.8;dy=zeros(2,1);dy(1)=(u-0.5*m*g*l*sin(y(2)))/M;dy(2)=y(1);三、 基于遺傳算法的PID控制器設(shè)計(jì)仿真的采樣時間為0.0卜，輸入指令為階躍信號。采用實(shí)數(shù)編碼方式，算法中使用的樣本為20個，交叉概率和變異概率分別為Pc=0.8,Pm=0.2,選擇遺傳進(jìn)化代數(shù)為30代。PID控制參數(shù)取值范圍分別為：Kp為［0,25］，Ki為［0,20］，Kd為［0,20］。為獲得滿意的過渡過程動態(tài)特性，采用誤差絕對值時間積分性能指標(biāo)作為參數(shù)選擇的最小目標(biāo)函數(shù)。同時，為了防止控制能量過大，在目標(biāo)函數(shù)中加入控制輸入的平方項(xiàng)，得到最優(yōu)指標(biāo)為：J二尸(3e(t)|+3u2(t))dt+3t，式中，e(t)為系統(tǒng)誤差，u(t)為控制器輸0 1 2 3u出，t為上升時間，3］,32,33為權(quán)值。取3］=0.99,3「0.01,33=2.5。遺傳進(jìn)化10代后，最優(yōu)指標(biāo)變化如圖1所示，最優(yōu)性能指標(biāo)J=51.9516，優(yōu)化后的PID參數(shù)為Kp=18.0976，Ki=16.8281，Kd=4.6012。751 23456789 10JtoaB圖1性能指標(biāo)將訓(xùn)練好的PID參數(shù)代入原系統(tǒng)并與與原來的PID參數(shù)控制效果進(jìn)行比較，得到圖2：圖2GA優(yōu)化后的PID控制與原PID控制比較系統(tǒng)原來的PID參數(shù)為：Kp=16,Ki=10,Kd=8。從圖2中可以看出，訓(xùn)練后的PID參數(shù)控制效果明顯原來的PID參數(shù)控制效果好。四、初始條件對尋優(yōu)及對控制效果的影響根據(jù)第一次優(yōu)化的結(jié)果，設(shè)定PID控制參數(shù)取值范圍分別為：Kp為［10,20］，Ki為［10,20］，Kd為［0,10］，得到第二次優(yōu)化的性能指標(biāo)J=48.6468，優(yōu)化后的PID參數(shù)為Kp=18.6980，Ki=13.5172，Kd=5.5317。得到的控制效果如圖3所示：

圖3第二次優(yōu)化后的控制效果圖從圖3中可以看出，第二次優(yōu)化后的控制效果較第一次有所提升。五、 加入非線性因素的影響系統(tǒng)的響應(yīng)特性分析.抗干擾能力系統(tǒng)在優(yōu)化后的PID控制器與原PID控制器中分別加入相同的隨機(jī)噪聲,系統(tǒng)響應(yīng)如圖4所示：1.41.2PIDGA-PID0.80.60.40.21.41.2PIDGA-PID0.80.60.40.210t/s圖4加入噪聲的系統(tǒng)響應(yīng)曲線從圖4中的響應(yīng)曲線可以看出，優(yōu)化后的PID控制比原PID控制的效果要好一些，但抗干擾效果相差不大.加入飽和飽和區(qū)間為[-0.5,0.5],得到的系統(tǒng)響應(yīng)曲線如圖5所示：

圖5加入飽和的系統(tǒng)響應(yīng)曲線從圖5中可以看出加入飽和特性后，優(yōu)化PID比原PID控制響應(yīng)速度要一些。.加入時滯在PID系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中分別加入相同的時滯后，系統(tǒng)的響應(yīng)曲線如圖6所示：

圖6加入時滯的系統(tǒng)響應(yīng)曲線從圖6中可以看出，加入時滯特性后優(yōu)化PID控制器的控制效果明顯比原PID控制效果要好一點(diǎn)，但差別不大六、總結(jié)PID/r/