第五章,模糊控制系统的MATLAB仿真

2 5模糊控制仿真应用实例 一 模糊控制系统的常用实现算法二 模糊控制系统的仿真实例三 模糊控制和传统PID控制的结合 5 1Simlink仿真入门 5 1 1Matlab中的仿真模块库 5 1 2仿真模型图的建立1 打开模型编辑器界面2 移入模块并予以合理布局 2 编修模块参数 名称和形状的方法1 模块参数的编修 3 连接各模块1 连接各模块方法连接模块的方法连接分支线的方法2 插入模块方法 4 小系统的封装1 封装方法选中被封装的模块进行封装2 自定义模块的编修 1 Icon 图标 对话框 2 Parameters 参数 对话框 3 Initialization 初始化 对话框 4 Documentation 文档 对话框3 自定义模块的查看 PID控制系统原理框图 PID控制系统仿真模型图 PID控制系统仿真模型封装图 5 1 3动态系统的Simulink仿真1 信号源 2 显示器 1 参数设置General菜单坐标系数目显示时间范围坐标系标签 Datahistory 2 视频自动缩放按钮3控制系统的Simulink仿真1 调整信号源的有关参数2 调出显示器的显示屏3 开始仿真 5 2模糊推理系统的设计与仿真 5 2 1模糊推理系统的图形用户界面简介 5 2 2模糊推理系统编辑器1 FIS编辑器界面简介菜单条和模框区FileEditView 模糊逻辑区和当前变量区2 FIS推理系统的编辑3 编辑FIS的维数4 编辑FIS输入 输出量的名称 5 编辑FIS的名称6 编辑模糊逻辑推理的具体算法在下部模糊逻辑区中 Sugeno型模糊推理系统编辑器的模糊逻辑算法与Mamdani型有所不同 5 2 3隶属函数编辑器1 MF编辑器界面简介 2 Mamdani型FIS中隶属函数 MF 的编辑1 编辑输入变量的论域和显示范围2 增加覆盖输入量模糊子集的数目编辑MF类型编辑隶属函数的数目3 编修隶属函数曲线MF的命名细化MF的类型非标准函数MF的编修 4 编修模糊子集位置5 删除模糊子集的方法单击删除 3 SUGeno型FIS隶属函数MF的编辑1 进入二维SUGeno型FIS编辑器2 调出Sugeno型MF编辑器 5 2 4模糊规则编辑器模糊规则编辑器界面简介1 Rule编辑器上的主菜单2 Rule编辑器上的显示区和编辑区3 Rule编辑器上的 显示带 4 Rule编辑器上的编辑功能按钮 2 表述模糊规则的语言和格式编辑1 语言型2 符号型3 索引型3 模糊规则的编辑方法1 编辑一条新模糊规则的方法2 修改模糊规则3 删除编好的模糊规则 例题 1 确定结构 2 编辑输入变量 level 和 rate 3 编辑输出量 valve 4 编辑模糊规则 5 保存液位FIS并退出FIS编辑系统 5 2 5模糊规则观测窗1 RuleViewer Mamdani 的界面2 Mamdani型和Sugeno型规则观测器比较例 5 2 6FIS输出量曲面观测窗1 输出量曲面观测窗界面简介2 利用输出量曲面观测窗进行分析研究 5 2 7用GUI设计Mamdani型模糊系统举例1 选择模糊控制器的结构及模糊逻辑算法2 定义覆盖输入 输出变量的模糊子集3 编辑模糊控制规则4 观测模糊推理过程 4 观测模糊推理过程5 观测清晰化方法对输出量的影响6 观测整个论域上输出量与输入变量间的关系 5 2 8用GUI设计Sugeno型模糊系统举例1 选择模糊系统的结构及逻辑算法2 定义输入 输出变量的模糊子集1 增加一个输出函数2 命名3 输入参数3 输入模糊控制规则4 观测模糊推理过程5 观测整个论域上输出量与输入量间的关系 5 3模糊控制系统的设计与仿真5 3 1FIS与Simulink的连接1 模糊逻辑工具箱简介2 把FIS嵌入模糊逻辑控制器的方法1 把FIS结构文件送入工作空间 1 在MAtlab主窗口中用指令readfis 2 在FIS编辑器中使用鼠标2 把FIS结构文件嵌入FuzzyLogicController 5 3 2构建模糊控制系统的仿真模型图例5 51 利用GUI编辑FIS结构文件 即构建模糊控制器2 在模型编辑器中构建模糊控制系统的仿真模型图3 利用模型图对系统进行仿真 按图5 80所示 调入并摆好各个模块的位置 液位模糊控制系统仿真模型图 在Comparision屏幕上出现信号源输出的方波经过模糊控制系统前 黄色 后 红 的两条波形曲线 如图5 85所示 5 3 3通过仿真对系统进行分析 1 Matlab中的模糊模型仿真示例2 用仿真模型图观察系统结构3 隶属函数对控制效果的影响4 模糊规则对控制效果的影响5 清晰化算法对控制效果影响6 Sltank中模糊控制和PID控制的比较 MATLAB中的模糊模型仿真示例列表 MATLAB中Sltank系统的详细结构框图 水位PID控制系统的方波及其响应曲线 一 模糊控制系统的常用实现算法 1 定义输入和输出变量及其个数2 定义所有变量的模糊化条件3 设计控制规则库4 设计模糊推理结构5 选择解模糊判决方法 设计模糊推理结构 Mamdani法Lorsen法Takagi Sugeno方法 1 Mamdani方法利用 极大 极小 合成规则定义模糊蕴含表达的关系 例如 表达的关系定义为 当为时 2 Lorsen方法采用乘积运算作为蕴含规则 当为时 3 Takagi Sugeno方法与其他模糊推理不同 Takagi Sugeno型模糊推理将去模糊化也结合到推理过程中 其输出为精确量 零阶系统 一阶系统 二 模糊控制系统控制器设计的仿真实例 Matlab环境的simulink工具箱 1 水位控制系统 控制目的 根据偏差调节阀门开度 以达到调整水位跟随设定信号 仿真实现步骤 1 分析对象 建立模型 2 确定输入变量和输出变量 3 总结控制器规则 4 建立模糊控制器 5 进行仿真 三条规则 五条规则 2 倒车实验 模糊控制器可以实现对于卡车倒车入位进行调控 输入变量选择校车与入位点之间的距离 输出变量选择转向角度 可以建立一个Sugeno型模糊系统 其输入变量为控制规则 当是 远 时 当是 近 时 3 单级倒立摆 控制目的 使得小车沿滑轨在水平方向运动 且倒立摆在垂直平面内稳定 三 模糊控制和传统PID控制的结合 例 被控对象为 采样时间为1ms 在第300个采样时刻加入1 0的干扰信号 采用模糊PID控制进行控制 模糊控制及其应用部分结束