模糊逻辑控制实验指导书模板.docVIP

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2024-03-16 发布于广西
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模糊逻辑控制实验指导书模板.doc

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模糊逻辑控制MATLAB实验指导书

一、实验目的

1、本实验要求在学生掌握模糊控制器基本工作原理和设计方法基础上，熟悉MALAB中的模糊控制工具箱，能针对实际问题设计模糊控制器，建立模糊控制系统，训练学生综合运用计算机来解决一些实际问题的能力。

2、通过仿真分析模糊控制器的参数的变化（主要讨论控制器解模方法和量化因子的变化）对系统性能的影响。

3、在控制器参数一定的情况下改变被控对象的参数，分析对象参数变化时fuzzycontroller的适应能力。

二、实验设备

微型计算机一台

MATLAB软件

三、实验要求

设计一个二维模糊控制器控制一个二一阶被控对象，分别改变控制器和控制对象参数的大小，观察模糊控制的鲁棒性。

四、实验分析

完成以上要求分两步：一是在fuzzylogic工具箱中建立模糊推理系统（FIS），二是在simulink中建立完整的模糊控制系统并进行仿真分析。

（一）、模糊控制器的设计

模糊控制器的设计步骤为：

1、选择控制器的输入输出：选择误差e及误差变化量ec为输入，u作为输出用于控制对象，这样模糊控制器具有二输入一输出的结构。

2、模糊集及论域的定义：

输入e的模糊子集为{NBNMNSNOPOPSPMPB}

输入ec和输出u的模糊子集均为{NBNMNSZOPSPMPB}

e的论域为{-6-5-4-3-2-1－0＋0123456

ec的论域为{-6-5-4-3-2-10123456

u的论域为{-7-6-5-4-3-2-10123456

我们选择三角形作为隶属度函数的形状，

图1-1e的隶属度函数

图1-2ec的隶属度函数

图1-3u的隶属度函数

3、确定模糊控制规则，模糊规则表如下：

4、选择输入输出变量的量化因子：这里暂时选定输入输出的量化因子Ke＝Kc＝Ku＝1，接下来的仿真过程还可以调整。

择模糊规则前提交的方法为min，模糊推理方法为min，而反模糊化方法可以在仿真过程中设置。

（二）、对模糊系统进行仿真

模糊控制系统的控制框图为：

图1-4

五、实验过程

1、在fuzzylogic工具箱中建立模糊推理系统

模糊逻辑工具箱提供了图形用户界面（GUI）和命令行方式两种方式，但总的来说用GUI工具建立模糊逻辑推理系统更容易些，接下来将介绍GUI方式的使用。

（1）、fuzzylogic工具箱由5个主要的GUI工具来建立、编辑和观察模糊推理系统，这5个工具为：

FIS编辑器：用于定义并编辑整个系统的输入、输出个数以及推理、解模的方法。

隶属函数编辑器：用于定义并编辑每个变量模糊子集的隶属函数。

模糊规则编辑器：用于编辑规则列表

模糊规则观察器和输出曲面观察器：用于观察模糊推理系统，值得注意的是观察器是只读工具。

这5个GUI工具之间能相互作用并交换信息，任何一个都能对工作区和磁盘进行读写。接下来就以上面给出的系统为例说明工具箱的使用。

matlab的命令窗口键入fuzzy，系统就打开了FIS编辑器，FIS编辑器的界面如下所示：

图1－5

系统在默认值状态下给出了mamdani型控制器，如果要设计一个sugeno控制器，在file菜单下的newfile中选sugeno即可。

在edit菜单下的addvariable中选择input添加一个输入变量，使推理系统成为一个二输入单输出的系统。

单击input1的图标使之变成当前变量，并且可以在该界面右下区的currentvariable的name框中改变变量名为e。同理也可以改变input2、output的变量名为ec和u。

在该界面的左下区域可以选择模糊交、模糊并、模糊推理、反模糊化的方法。这里我们可以初选“交”方法（andmethod）为min，推理方法（implication）为min，聚类方法（aggregation）为max，反模糊化方法（defuzzification）为mom。当我们在simulink中仿真时还可以选择不同的反模糊化方法进行比较。

（2）、在FIS编辑器的edit菜