簡(jiǎn)易模糊控制器設(shè)計(jì)及MATLAB仿真

1、簡(jiǎn)易模糊控制器的設(shè)計(jì)及仿真摘要：模糊控制（Fuzzy Control）是以模糊集理論、模糊語(yǔ)言和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種控制方法，它從行為上模仿人的模糊推理和決策過程。本文利用MATLAB/SIMULINK與FUZZY TOOLBOX對(duì)給定的二階動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，確定模糊控制器的結(jié)構(gòu)，輸入和輸出語(yǔ)言變量、語(yǔ)言值及隸屬函數(shù)，模糊控制規(guī)則，比較其與常規(guī)控制器的控制效果，用MATLAB實(shí)現(xiàn)模糊控制的仿真。關(guān)鍵詞：模糊控制 參數(shù)整定 MATLAB仿真 二階動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型：采用simulink圖庫(kù)，實(shí)現(xiàn)常規(guī)PID和模糊自整定PID。一確定模糊控制器結(jié)構(gòu) 模糊自整定PID為2輸入3輸出的模糊控制器。在MATLAB的

2、命令窗口中鍵入fuzzy即可打開FIS編輯器，其界面如下圖所示。此時(shí)編輯器里面還沒有FIS系統(tǒng)，其文件名為Untitled，且被默認(rèn)為Mandani型系統(tǒng)。默認(rèn)的有一個(gè)輸入，一個(gè)輸出，還有中間的規(guī)則處理器。在FIS編輯器界面上需要做一下幾步工作。首先，模糊自整定PID為2輸入3輸出的模糊控制器，因此需要增加一個(gè)輸入兩個(gè)輸出，進(jìn)行的操作為：選擇Edit菜單下的Add Variable/Input菜單項(xiàng)。如下圖。其次，給輸入輸出變量命名。單擊各個(gè)輸入和輸出框，在Current Variable選項(xiàng)區(qū)域的Name文本框中修改變量名。如下圖最后，保存系統(tǒng)。單擊File菜單，選擇Export下的To D

3、isk項(xiàng)。這里將創(chuàng)建的系統(tǒng)命名為PID_auot.fi。二定義輸入、輸出模糊集及隸屬函數(shù) 語(yǔ)言變量值域的選?。狠斎胝Z(yǔ)言變量e和ec的值域取值“大”(B)、“中”(M)、“小”(s)和“零”(Z) 4種；輸出語(yǔ)言變量Kp、Ki、Kd的值域取值為“很大”(VB)、 “大”(B)、“中”(M)、“小”(s) 4種。 在FIS編輯器中雙擊輸入或輸出變量的圖框就能進(jìn)入隸屬度函數(shù)編輯器。在隸屬度函數(shù)編輯器中，需要對(duì)各個(gè)變量的論域范圍、隸屬度函數(shù)進(jìn)行編輯。該模糊控制器是以e和ec為輸入語(yǔ)言變量，Kp、Ki、Kd為輸出語(yǔ)言變量，其各語(yǔ)言變量的論域如下：誤差絕對(duì)值：e=0，3，6，10；誤差變化率絕對(duì)值：ec=

4、0，2，4，6；輸出Kp：Up=0，0.5，1.0，1.5；輸出Ki：Ui=0，0.002，0.004，0.006；輸出Kd：Ud=0，3，6，9。如圖是編輯完成后的隸屬度函數(shù)編輯器的GUI。圖中顯示的為對(duì)應(yīng)邊變量e的隸屬度函數(shù)。三建立模糊規(guī)則及模糊控制表 雙擊FIS編輯器圖標(biāo)部分中間的方框即可打開規(guī)則編輯器。規(guī)則的制定：根據(jù)PID參數(shù)整定原則及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，可列出輸出變量Kp、Ki、Kd的控制規(guī)則表。添加完成后的規(guī)則編輯器如下圖所示。四模糊推理規(guī)則及輸出特性 對(duì)于建好的FIS結(jié)構(gòu)，利用File菜單下的Export的子菜單To Disk，將FIS結(jié)構(gòu)保存到磁盤上。到此，利用FUZZYTOOLS的G

5、UI工具建立了模糊控制器(PID_auot.fis)?？捎肎UI工具查看該推理系統(tǒng)，在View菜單中選擇Rules命令，可打開規(guī)則觀測(cè)器，查看模糊推理規(guī)則。如下圖：在View菜單中選擇surface命令，可打開曲面觀測(cè)器，查看模糊推理輸出特性曲面： 五建模及仿真 在Simulink環(huán)境下，構(gòu)建模糊自整定PID和常規(guī)PID控制系統(tǒng)。在MATLAB的命令窗口直接鍵入“Sinmulink”并回車，即可運(yùn)行Sinmulink。運(yùn)行后顯示如下圖所示的Simulink模塊庫(kù)瀏覽器。然后單擊工具條左邊建立新模型的快捷方式，如下圖最后構(gòu)建的模糊自整定PID和常規(guī)PID控制仿真系統(tǒng)模型如下圖。 其中模糊邏輯控制器的推理系統(tǒng)用模糊邏輯推理GUI工具建立的FIS。先啟動(dòng)Fuzzy，導(dǎo)入PID_auot.fis，然后將其導(dǎo)出到workspace。然后運(yùn)行，運(yùn)行結(jié)果如下圖：6. 總結(jié)通過學(xué)習(xí)了智能控制這門課程并做了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，我對(duì)模糊控制有了一定的了解，比如模糊控制系統(tǒng)的原理，組成，分類以及簡(jiǎn)