模糊控制系统的MATLAB仿真

零阶系统： R : if x 为A，y 为 B,then z k
一阶系统：R : if x 为A，y 为 B,then z px qy r
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
可以建立一个Sugeno型模糊系统，其输入变 量为 distance x 控制规则: 当 distance 是“远”时，
当 distance 是“近”时， x
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
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
File Edit View
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
Controller
5.3.2 构建模糊控制系统的仿真模型图 例 5-5 1.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
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
5.1 Simlink仿真入门
5.1.1 Matlab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）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 1. 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
利用“极大—极小”合成规则定义模糊蕴 含表达的关系。例如：R :if x 为 A， then y 为 B
表达的关RC系 定义为
RC A B
A(x) B ( y)
X Y (x, y)
当 X 为 A'时，
(A' (x) (A (x) B ( y)))
B ' A'oRC
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
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
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
5.3 模糊控制系统的设计与仿真 5.3.1 FIS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Fuzzy Logic
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distance,输 出变量选择转向角度q 。
5.2.5 模糊规则观测窗 1.Rule Viewer(Mamdani)的界面 2.Mamdani型和Sugeno型规则观测器比较 例：
5.2.6 FIS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
xX Y
y
(2).Lorsen方法
采用乘积运算作为蕴含规则
RP A B
A(x)B ( y)
X Y (x, y)
当 X 为 A' 时，
(A' (x) (A (x) B ( y)))
B ' A'oRP
xX Y
y
(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。
• 例：被控对象为
Gp (s)

s3
523500 87.35s2 10470s
，
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。
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
Data history
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
5.3.3 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
• 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）DocumentatΒιβλιοθήκη Baiduon（文档）对话框 3）自定义模块的查看