MATLAB在模糊控制系统设计和仿真的应用

系统设计和仿真

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J oURNAL oF S TEM Ⅱ—Ⅱ . oN YS S[ ATI I

MA L B在模糊控制系统设计和仿真的应用 TA李祖欣(湖州师范学院物理系，浙江湖州 3 30 ) 10 0

摘

要：论述了基于 MA L B . ( I LN语言的模糊控制系统设计与仿真方法，并通过 T A 6 SMU IK) X

编写 M文件的 S函数，进一步扩展了 SMULNK的功能，将 MA L I I T AB和 SMU I K有机结合 I LN

起来，大大改善了仿真效率，实现了参数自调整的模糊控制系统的设计和高效仿真，同时给出具体实例。

关键词：M T A A L B语言；模糊控制；参数自整；计算机仿真调文章编号：10 .3 X(0 3 O . 120 047 1 2 0 ) 1 3 .3 0中图分类号：T 2 34 P 7. 文献标识码：B

App i a i n fM ATLAB n heD e i n n S m u a i n o lc to o i t sg a d i l to fFuz y Co r lS s e z nto y t mLIZ x n u- i( e at n f h s s u h u ec es ol e u h u hj g3 3 0, hn ) D pr me t P y i z o ah r l g z o e o cH T C e H Z￣n 10 0 C ia Absr c: Th sp p rf c s so o t e i n a d s ta t i a e u e n h w o d sg i lt u z o to y tm t o o n mu a e af z y c nr ls se wi s met o b x so h o l o e fM A LAB. T

T e e -dut gprme r i e u z n o s nb azde etal ru hcmpl gSfn t n w i h laj i a t snt zyc t lyt c e el e f cul t o g o in - c o, hc sf s n a e h f or s e a m r i yh i u i hc mb e o i sMAT n LAB wi i u i ka de t n ss u ik’ f n t n . t e s n et, t r v d sas e i ce a l . h m l n ts n x e d i l m n S u c i s At h a l i o me i

p o i e p f x mp e c iKe wo d: MAT y rs LAB g a e f z y c n o; eft n n a a ee; o u e i u ai n l u g;u z o t l s l u i g p r m t r c mp trs n a r - m lt o

引言MA L B软件是在 1 8由美国 Ma rs TA 9 4年 h t Wok公司推出的一套高效率的数值计算的可视化软件，它提供了丰富的

辑控制器及系统设计的各种途径，它提供了生成和编辑 FS I常用的函数，如 n w s d d a、a d、adue v ls e f、a v r d mf d rl、e af i i

等。它包括产生新的 FS I、给 F S加入变量、隶属度函数和 I控制规则、完成模糊推理运算等。用户可用命令调用这此些函数生成 F S” I[。工具箱还提供了 G UI(图形用户界面 )编

数值分析、矩阵运算、图形绘制、数据处理、图像处理等功能，并且提供了大量的应用于不同学科的工具箱。正因为它是一个开放的环境，已经成为国际控制界广泛使用的语言之一

辑函数，使用户能更直观地生成系统。它有 FS编辑器、隶 I属度函数编辑器、规则编辑器、规则观测器和曲面观测器五个 GU工具。下面以图 l所示小容量锅炉给水控制为例加 I以说明。由于小容量锅炉假水位现象不明显，采用单冲量控

。

国内也出版了相应的书”,它主要介绍了模糊控制工

具箱的函数，对用 SMU I I L NK建立仿真并没有涉及。本文在 MA L B6 TA . X基础上讲述了如何利用 SMULN I I K工具箱和 F Z工具箱构造模糊控制系统的结构框图和进 UZ Y行仿真研究的方法和具体步骤。对于常规的模糊控制器的不

制系统。汽包水位被控对象传递函数定为【G s .15/ 2 ( O0 2 】S1 .+ )。 (1 S 1 5

足之处，主要从三个方面去改善：1 )模糊控制器参数 (量化因子和比例因子 )的自调整；2 )模糊规则集的自调整；

3 )模糊控制器与其它控制方式相结合。此时如果按上述一般方法构造系统仿真， I L N己无能为力。 SMU I K我们通过编写 S函数， MA L B和 SMU I将 TA I LNK有机结合起来，以可图 1模糊控制系统方框图

实现参数自调整的复杂模糊控制系统的设计和高效仿真。

1. .1隶属度函数的建立 1

若取输入汽包实际水位与给定水位值误差为 E、误差变化 E C和输出 U的论域均为{6 5 4 3 2 1, -,.,-,.,.,.,0 1,3,5 1,2,4,6。其模糊子集均为{ N8,NM,NS O,,Z P,P S M,P} B。

l MA L B在模糊控制系统中的应用 TA1生成和编辑模糊推理系统 ( I ) . 1 FS模糊逻辑工具箱 ( u z o i T lo )提供了模糊逻 F zyL gc o bx

在 MA L B命令窗中键入命令 F Z Y,进入模糊逻 TA UZ收甍日期：2 0-12 0 20.8 .回日期：2 0-31 I} 020.4作者简介：李祖欣(92,男，浙江长兴人，讲师， 17)硕士，研究方向为模糊控制、信号处理及计算机仿真。

辑编辑窗口 FSE i r I dt,建立 E C、U的隶属度函数，有 o、E三角形 (r ) tmf、高斯形 (a s ) i gu mf、梯形( am0等十一种 s tp r

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Jn 2 0 a.03NB N M NS

李祖欣，等：MA L B在模糊控制系统设计和仿真的应用 TAP s P B

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合的线性和非线性系统。在 MA L B命令窗口中输入 TA s l￣出编辑框，选择相应的模块，其中在模糊控制工 i hk弹 mu具箱中有一个模糊控制器模块(u z o IC nrl r, F zyL gc o t l )将这 oe些模块连接起来构成系统结构图。双击各个模块输入相应的

隶属度

E

参数，同时仿真时选择各种数值算法、仿真步长等重要参数，并可用示波器将仿真动态结果给予显示。只有将模糊控制器模块与 FS文件对应起来才能真正构成一个模糊控制系统。 I 它还可以将仿真结果以不同变量存在 wokp c rsae中， po0用 lt函数在图形窗口中绘出供分析和比较。 4是在 SMU I K图 I LN环境下，模糊控制器与二阶真框图。

图 2 E的隶属度函数

可供选择，在此均选常用的三角形隶属度函数，如图 2示。所 这些隶属度函数曲线可以是等距离，也可以是非等距离的。 当偏差大于某值时，曲线的密度设置得小一些，这样可以提高系统的响应速度；当

偏差小于某值时，曲线的密度设置得大一些， 这样可以提高系统的响应精度和减少超调

。一般合适的隶属度函数应该保证相邻模糊量的交点在 0 -. .07之间。 3

表 1模糊控制摄则表NM NS ZO S M B P P P

NB NM NS Z O P S P M P B

P P B B P P B B P z0 M ZO P PB B P P B P B M ZO z 0 P P P M ZO M M M P NS NS PM P PS O T M Z NS M T M PS S P ZO NM NM NM NM ZO ZO NM NB NB NB NB ZO ZO NM NB NB NB NB

图 4模糊控制系统仿真框图

11 .. 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。此处共有 4 9条规则。如表 l示。所 在 R l dtr口中，输入这些规则，如选择 vroe ue i窗 E o eb s

2编写 S函数实现参数白调整的高效仿真21 k、kc u . e e、k参数自 调整原则当偏差 E较大时，对 k的加权应大一些，有利于消除 e误差，同时 kl I取较大值，这样可以保证系统的快速性：当 E较小时，系统将接近稳态，此时应对 kc加权大一点，kl e I

规则表达形式，我们写成为： . ( iNB a d e s )hn 1 fe s ) n (ciNB te I ( B () us ) 1 iP……其中最后括号中的“”表示该条规则的权值。 l 模糊决策采用：与 ( n )方法为 ri,或 ( r Ad an O )方法为 ma,￣!mpiao )法为 ri,成 ( g rg t n方法 x推 J 1 l t n方！ ( ci a n合 A ge a o ) i

同时减少，这样可以避免产生超调，使系 …… 此处隐藏：6555字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……