模糊控制程序实例

5. 226模糊控制器设计实例

1、单输入模糊控制器的设计

【例5.12]己知某汽温控制系统结构如图 5. 10所示，采用喷水减温进行控制。设计单输入模糊控

图5. io单回路模糊控制系统

按表5-2确定模糊变量E U的隶属函数，按表5-3确定模糊控制规则，选择温度偏差e、控制量u 的实际论域：e u [ 1. 5, 1. 5],则可得到该系统的单输入模糊控制的仿真程序如FC_SI_main. m所示，仿真结果如图5. 11所示。

设温度偏差e、控制量u的实际论域：e u [ 1.5, 1.5],选择e、u的等级量论域为

E U { 3, 2, 1,0, 1, 2, 3}

量化因子K 2 3

1. 5 ( 1. 5)

选择模糊词集为{NB,NS,Z0,PS,PB},根据人的控制经验，确定等级量E, U的隶属函数曲线如图5-8所示。根据隶属函数曲线可以得到模糊变量E、U的赋值表如表5-3所示。

图5-8 E, U的隶属函数曲线

r 0.51 (t 500)

制器,

依据人手动控制的一般经验，可以总结出一些控制规则，例如：若误差E 为0,说明温度接近希望值，喷水阀保持不动；若 误差 若误差 明温度低于希望值，应该减少喷水；

明温度高于希望值，应该增加喷水。

若采用数学符号描述，可总结如下模糊控制规则:

若E 负大，

若E 负小，

若E 为零，

若E 正小，

若E 正大， 则U 正大； 贝U U 正小； 则U 为零； 则U 负小；

则U 负大。

写成模糊推理句： if E=NB then U 二PB

if E=NS then U 二PS

if E=Z0 then U=Z0

if E=PS then U=NS

if E=PB then U 二NB

由上述的控制规则可得到模糊控制规则表，如表 5-4所示。

表5-4模糊控制规则表

模糊控制规则实际上是一组多重条件语句，它可以表示从误差论域 旦到控制量论域U 的模糊关系

按着上述控制规则，可以得到该温度偏差与喷水阀门开度之间的模糊关系 R ：

(NB E PB U ) U (NS E PS U ) U (Z0E ZO U ) U (PS E NS U ) U (PB E NB C )

计算模糊关系矩阵R 的子程序如F_Relation_l. m 所示。

Reu(k, l)=Me(ie, k);

Reu(k, l)=Mu(iu, 1);

end

end

for k=l: ne

R(k, l)=Reu(k, 1);

运行结果如下：

000000. 5 1.

00000. 50. 50. 5

000. 50. 5 1.00. 50

R 000. 5 1.00. 500

00. 5 1.00. 50. 500

0. 50. 50. 50000

1.00. 500000

图5. 11单输入模糊控制器的控制效果

从上述的仿真结果可以看到，定值扰动时系统可以达到稳定，但是有很大的静差，不能满足工程上的要求，究其原因是， 模糊控制器实质上是一个具有继电器型非线性特性的控制器（如图5. 11中所示的u ）,没有积分作用，对于有自平衡对象一 定会产生静差，而且系统极容易产生震荡。从图5. 11就可看出，虽然设计的模糊控制器对定值扰动是稳定的，但对于内扰 并不能使其

if Me(i,j)>Me(i-1j);Fi=i;e nd;%

end

U=F_Deduce_1(Me(Fi,:),R, ne, nu);% %加权平均法判决控制器的输 岀 Su=O;S=O;

for i=-UM:UM

Su=Su+i*U(i+UM+1 );S=S+U(i+UM+1);

end u=Ku*Su/S+ur; (Q/ **************

r

仿真计算被控对象 x(1)=A1*x(1)-1.1*B1*u;

得到模糊语言值 调用模糊决策子程序

********************

x(2)=A1*x(2)+B1*x(1);

x(3)=A1*x(3)+B1*x(2);

x(4)=A1 *x(4)+B1 *x(3);

y1 (k)=x ⑷；u1(k)=u; if t(k)>800;ur=0.5;e nd;%800

秒后加入内扰

end

Plot(t,y1)

hold on;

plot(t,u1,—

)

稳定。

非线性控制器的控制效果取决于各变量的论域及扰动量的大小 程应用还有许多问

题需要研究。 2、双输入模糊控制器的设计

【例5. 13】对于图5. 10所示的系统，设计双输入模糊控制器，观察定值扰动和内部扰动的控制 效果。 下面考虑两个

输入的情况：

设温度偏差e 、偏差变化率ec 及控制量u 的实际论域：e ec u [ 1.5, 1.5],选择它们的等级

量论域分别为 E { 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6}

EC { 6, 5, 4, 3, 2, 1,0, 1, 2, 3, 4, 5, 6}

U { 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1,0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}

量化因子Ke ec 2 6 4, K u 2

1. 5 ( 1. 5)

1. ( 1.5) 3 假设选取

E 的模糊变量词集为 { NB,NM , NS, NO, P0, PS, PM , PB}

选取EC 、U 的模糊变量词集为

{NB, NM , NS, Z0, PS, PM , PB}

选取模糊变量EC 的赋值表如表5-2所示，模糊变量U 的赋值表如表5-6所示。表5-6等级量U 与模糊量U 的关系

【〃，因此，模糊控制器的大范围工