MATLAB在模糊控制系统设计和仿真的应用(1)

模糊控制

132

系 统 仿 真 学 报 Vol. 15 No. 1 JOURNAL OF SYSTEM SIMULATION

Jan. 2003

MATLAB在模糊控制系统设计和仿真的应用

李祖欣

浙江湖州 313000

论述了基于MATLAB6.X大大改善了仿真效率

体实例

MATLAB语言

参数自调整

B

1004-731X (2003) 01-0132-03 中图分类号

语言的模糊控制系统设计与仿真方法

同时给出具

进一步扩展了SIMULINK的功能

Application of MATLAB in the Design and Simulation of Fuzzy Control System

LI Zu-xin

(Department of Physics Huzhou Teachers College Huzhou Zhejiang 313000, China)

Abstract

MATLAB language; fuzzy control; self-tuning parameter; computer simulation

引 言MATLAB软件是在1984年由美国Math Works公司推出的一套高效率的数值计算的可视化软件

矩阵运算

数据处理

并且提供了大量的应用于不同学科的工具箱

已经成为国际控制界广泛使用的语言之一

它主要介绍了模糊控制工具箱的

函数

本文在MATLAB6.X基础上讲述了如何利用SIMULINK工具箱和FUZZY工具箱构造模糊控制系统的结构框图和进行仿真研究的方法和具体步骤

主要从三个方面去改善和比例因子系统仿真

2)

模糊规则集的自调整

此时如果按上述一般方法构造

我们通过编写S函数

可以实现参数自

调整的复杂模糊控制系统的设计和高效仿真

量化因子

控制器及系统设计的各种途径

如newfis

完成模糊推理运算等

工具箱还提供了GUI

ËüÓÐFIS编辑器

规则编辑器

下面以图1所示小容量锅炉给水控制为例加以说明

采用单冲量控制系统

Ｓ（１１．５Ｓ＋１）　

±à¼-º¯Êý

addmf

给FIS加入变量

evalfis等

误差变

化EC和输出U的论域均为{-6

-4NM

-2

0ZO

2PM

在MATLAB命令窗中键入命令FUZZY

建立

E

U的隶属度函数

这些

trimf

高斯形4

6}

FIS

Fuzzy Logic Toolbox

2002-01-28 修回日期

李祖欣(1972), 男, 浙江长兴人, 讲师, 硕士, 研究方向为模糊

控制

在此均选常用的三角形隶属度函数

万方数据

模糊控制

Vol. 15 No. 1

Jan. 2003 李祖欣, 等

NB NM NS ZE PS PM PB

隶属度

E

也可以是非等距离的

曲线的

密度设置得小一些

当偏差小于某值

时

这样可以提高

系统的响应精度和减少超调

1.1.2 糊控制规则和决策方法

控制规则是对专家的理论知识和实践经验的总结

如表1所示

输入这些规则

我们写成为

1

Ä£ºý¾ö²ß²ÉÓÃ

And

或方法

为max

解模糊化(Defuzzification)

方法为重心法

显然模糊控制是一种非线性控制

检查其期望值是否在模糊控制输出结论

空间的中心附近

则需重新调整规则

对模糊控制器进行优化[3]

È¡ÎļþÃûΪ

a.fis

Èô½øÐзÂÕæʱ

U

E

EC

图3 模糊控制器的输入输出曲线图

1.2 SIMULINK仿真及参数的调整

MATLAB提供的SIMULINK是一种用来对动态系统进行建模

它支持连续

万方数据

在MATLAB命令窗口中输入simulink

弹出编辑框其中在模糊控制工具箱中有

一个模糊控制器模块(Fuzzy Logic Controller)

Ë«»÷¸÷¸öÄ£¿éÊäÈëÏàÓ¦µÄ²ÎÊý

·ÂÕæ²½³¤µÈÖØÒª²ÎÊý

Ö»Óн«Ä£ºý¿ØÖÆÆ÷Ä£¿éÓë

FIS文件对应起来才能真正构成一个模糊控制系统

用plot()函数在图

形窗口中绘出供分析和比较

图4

模糊控制系统仿真框图

模糊控制器与二阶被控对象组成的控制系统仿真框图

ｋｅｃ

对ke的加权应大一些

同时ku取较大值当E较

小时

此时应对kec加权大一点

这样可以避免产生超调

2.2 编写S函数

作为一种开放的语言给用户提供编写复杂的函数

在直接使用SIMULINK难以进行仿真时

S函数的格式为[4][5]

其中

t,x,u分别为时间flag为返回变量标志当flag=0时系统进

行初始化

初值至x0

sys(1)= 连续状态变量数

sys(3)=输出变量数sys(5)= 离散

状态方程根的数目ｆｌａｇ＝３时使用输入变量返回输

出

ｆｌａｇ＝３时不使用输入变量

flag= 1时返回连续的

状态导数至sysflag=3

时返回输出变量yflag=5为系统保留针对上述参数自调整

问题

function [sys,x0]=s1(t,x,u,flag)global ke kec ku;

ke=0.3;kec=0.8;ku=2; %给量化因子和比例因子赋初值if flag==0

模糊控制

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sys=[0,0,3,2,0,1]; %输出x0=[]; %状态变量取空值else if flag==3if abs(u(1))>0.3

sys(1)=0.8*ke*u(1); sys(2)=0.2*kec*u(2); sys(3)=2.2*ku;elseif abs(u(1))>0.1

sys(1)=0.4*ke*u(1);sys(2)=0.6*kec*u(2);sys(3)=1.4*ku;else

sys(1)=ke*u(1);sys(2)=kec*u(2);sys(3)=ku; endelseend

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２，使用输入变量返回输出

整模糊控制系统结构框图如图6所示

只需对S函数

进行修改

图7 两种系统仿真曲线

对上述两种模糊控制

系统框图进行仿真运行后得到图7所示结果

3 结论

将其存盘为s1.m

º¯ÊýÊǸù¾ÝE的大小适时地调整

本文应用SIMULINK构造模糊控制系统结构框图进行仿真大大减少了编程工作量量化论域

容易对输入输出

隶属度函数和控制规则进行修改

ke

2.3 参数自调整系统结构框图

在SIMULINK的Functions&Tables模块中有一个S-Function模块

然后对子系统进行封装

重新构造的参数自调

另外通过编写S函数

实现参数自调整的模糊控制系统的设计和仿真

通过S函数来实时选择

不同的控制器

参考文献:

(a) S

函数模块 (b)子系统 (c)

封装后新模块

图5 S函数模块及其子系统封装