基于模糊控制的電阻爐溫度系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)基于模糊控制的電阻爐溫度系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究系 別自動(dòng)化工程系專(zhuān) 業(yè)自動(dòng)化班 級(jí)50601班姓 名周其慧指導(dǎo)教師汪晉寬教授、李秋明老師2010年 6 月 17 日基于模糊控制的電阻爐溫度系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究摘 要溫度控制在工業(yè)控制中一直是富有新意的課題，對(duì)于不同的控制對(duì)象，有著不同的控制方式和模式。溫度系統(tǒng)慣性大、滯后現(xiàn)象嚴(yán)重，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，給控制過(guò)程帶來(lái)很大難題。本文以電阻爐為研究對(duì)象，研究一種最佳的控制方案，以達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定、調(diào)節(jié)時(shí)間短且超調(diào)量小的性能指標(biāo)。本文對(duì)電阻爐采用的研究方案是模糊控制，研究了模糊控制的機(jī)理，確定了電阻爐模糊控制器的結(jié)構(gòu)，建立了模糊控制規(guī)則表。借助ma

2、tlab中的simulink和fuzzy工具箱，對(duì)電阻爐pid控制系統(tǒng)和模糊控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真并進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明當(dāng)采用pid算法時(shí)，系統(tǒng)的超調(diào)量與調(diào)節(jié)時(shí)間，不能同時(shí)滿(mǎn)足技術(shù)要求。當(dāng)采用模糊控制時(shí)，無(wú)論在響應(yīng)的快速性、抑制系統(tǒng)超調(diào)量，還是在抗干擾方面都具有比常規(guī)pid控制更好的優(yōu)越性，是一種較為理想的智能性控制方案。在整個(gè)設(shè)計(jì)是以羅克韋爾實(shí)驗(yàn)室提供的plc和配套的軟硬件設(shè)計(jì)電阻爐溫度控制系統(tǒng)，以rslogix5000軟件為編程軟件，通過(guò)控制過(guò)程中模糊控制不斷改變控制器的參數(shù)來(lái)達(dá)到溫度控制的目的。我們發(fā)現(xiàn)將模糊控制嵌入plc，可得到很好的控制效果，并且能縮短模糊控制開(kāi)發(fā)周期，對(duì)加快模糊控制技術(shù)

3、的廣泛應(yīng)用，提高我國(guó)的工業(yè)自動(dòng)化水平有著重大的意義。關(guān)鍵詞：plc，電阻爐，常規(guī)pid控制，模糊控制the design of resistance furnace temperature fuzzy control system based on plc author: zhou qihui tutor: wang jinkuan,li qiumingabstracttemperature control is a topic full of new meanings in industry, to different control object, there are different

4、methods and modes. but it is difficult to control well because of characteristics of the temperature itself, such as its great inertia, serious time-lag and the difficulty to establish an accurate mathematical model of the object. a duty in this thesis is to study a kind of appropriate control metho

5、d to the temperature of the resistance furnace. the method of the resistance furnace in the thesis is fuzzy control. the fuzzy control theory is studied and the resistance furnace fuzzy controller structure is determined ,the fuzzy control rule table is established. in this thesis, the pid control s

6、ystem and fuzzy control system are simulated by using simulink and fuzzy logic tools in matlab. experimental results illustrate that the pid control is used in the system, regulating time and overshoot always cannot achieve the specification. when fuzzy control is used, it is better in quickness、inh

7、ibiting system overshoot and anti-jamming than the common pid control. the method of fuzzy pid control is a ideal method. the whole resistance furnace temperature control system design is based on plc which rockwell laboratory supplies and related software and hardware. and using rslogix5000 achieve

8、s our programming, which by continually changing the parameters in fuzzy control during the control process adjusts the temperature. it has a good result that fuzzy control tumbled in plc, it can reduce the development cycle, and accelerating the wider use of fuzzy control technology, to improve the

9、 level of industrial automation in china has great significance. keywords: plc，resistance furnace, common pid control ,fuzzy control目 錄摘 要iabstractii目 錄iii1 緒論11.1 課題研究的背景及意義11.2 爐溫控制系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)21.3 常規(guī)pid控制和模糊控制的介紹31.3.1 pid控制31.3.2 模糊控制41.4 本文工作及意義42 模糊控制器的設(shè)計(jì)62.1 模糊控制的基本原理62.2 模糊控制器的設(shè)計(jì)方法72.3 電阻

10、爐模糊控制器的設(shè)計(jì)142.3.1 電阻爐模糊控制器輸入、輸出變量的確定142.3.2 模糊量的模糊化152.3.3 模糊控制規(guī)則庫(kù)的建立162.3.4 模糊控制算法設(shè)計(jì)172.3.5 反模糊化設(shè)計(jì)182.4 matlab輔助模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)202.4.1 matlab模糊邏輯工具箱202.4.2 利用gui設(shè)計(jì)fis213 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)253.1 爐溫控制系統(tǒng)總體框架253.2 硬件結(jié)構(gòu)253.2.1 控制器環(huán)節(jié)253.2.2 溫度檢測(cè)環(huán)節(jié)263.2.3 溫度輸出環(huán)節(jié)273.2.4 控制對(duì)象環(huán)節(jié)294 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)304.1 軟件介紹304.1.1 rslogix5000軟件304.1.2 r

11、slinx軟件314.1.3 rsnetworx for controlnet軟件324.2 程序設(shè)計(jì)334.2.1 主程序設(shè)計(jì)344.2.2 溫度補(bǔ)償子程序354.2.3 常規(guī)pid子程序364.2.4 模糊控制子程序394.2.5 輸出子程序425 系統(tǒng)調(diào)試435.1 pid初始參數(shù)的整定435.2 pid參數(shù)的調(diào)試步驟465.3 兩種控制器性能的比較465.3.1 simulink仿真比較465.3.2 實(shí)驗(yàn)效果比較48結(jié)論49致謝50參考文獻(xiàn)51附錄a: 偏差與偏差變化率的模糊化子程序52附錄b: 英文文獻(xiàn)翻譯55附錄c: 中文翻譯611 緒論1.1 課題研究的背景及意義從20世紀(jì)20

12、年代開(kāi)始，電阻爐就在工業(yè)上得到使用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電阻爐被廣泛的應(yīng)用在冶金、機(jī)械、石油化工、電力等工業(yè)生產(chǎn)中，在很多生產(chǎn)過(guò)程中，溫度的測(cè)量和控制與生產(chǎn)安全、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量、能源節(jié)約等重大技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)緊緊相連。因此各個(gè)領(lǐng)域?qū)﹄娮锠t溫度控制的精度、穩(wěn)定性、可靠性等要求也越來(lái)越高，溫度測(cè)控制技術(shù)也成為現(xiàn)代科技發(fā)展中的一項(xiàng)重要技術(shù)。溫度控制技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段：1、定值開(kāi)關(guān)控制；2、pid控制；3、智能控制。定值開(kāi)關(guān)控制方法的原理是若所測(cè)溫度比設(shè)定溫度低，則開(kāi)啟控制開(kāi)關(guān)加熱，反之則關(guān)斷控制開(kāi)關(guān)。其控溫方法簡(jiǎn)單，沒(méi)有考慮溫度變化的滯后性、慣性，導(dǎo)致系統(tǒng)控制精度低、超調(diào)量大、震蕩明顯。pid控

13、制溫度的效果主要取決于p、i、d三個(gè)參數(shù)。pid控制對(duì)于確定的溫度系統(tǒng)，控制效果良好，但對(duì)于控制大滯后、大慣性、時(shí)變性溫度系統(tǒng)，控制品質(zhì)難以保證。電阻爐是由電阻絲加熱升溫，靠自然冷卻降溫，當(dāng)電阻爐溫度超調(diào)時(shí)無(wú)法靠控制手段降溫，因而電阻爐溫度控制具有非線(xiàn)性、滯后性、慣性、不確定性等特點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)成熟的電阻爐溫度測(cè)控系統(tǒng)以pid控制器為主，pid控制對(duì)于小型實(shí)驗(yàn)用電阻爐控制效果良好，但對(duì)于大型工業(yè)電阻爐就難以保證電阻爐控制系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性等。智能控制是一類(lèi)無(wú)需人的干預(yù)就能獨(dú)立驅(qū)動(dòng)智能機(jī)械而實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的自動(dòng)控制，隨著科學(xué)技術(shù)和控制理論的發(fā)展，國(guó)外的溫度測(cè)控系統(tǒng)發(fā)展迅速，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的智能控制。應(yīng)用廣

14、泛的溫度智能控制的方法有模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專(zhuān)家系統(tǒng)等，具有自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)、自協(xié)調(diào)等能力，保證了控制系統(tǒng)的控制精度、抗干擾能力、穩(wěn)定性等性能。比較而言，國(guó)外溫度控制系統(tǒng)的性能要明顯優(yōu)于國(guó)內(nèi)，其根本原因就是控制算法的不同。而plc具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、功能豐富等強(qiáng)大技術(shù)優(yōu)勢(shì)，使得plc的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，己經(jīng)成為目前自動(dòng)化領(lǐng)域的主流控制系統(tǒng)。隨著越來(lái)越多的plc產(chǎn)品與iecll31-3標(biāo)準(zhǔn)兼容，plc控制系統(tǒng)越來(lái)越開(kāi)放，將智能控制算法嵌入plc常規(guī)控制系統(tǒng)成為可能。模糊控制是智能控制中技術(shù)最成熟的一個(gè)分支，因此，將模糊控制嵌入plc，與常規(guī)控制集成運(yùn)行，對(duì)縮短模糊控制開(kāi)發(fā)周期，加快模糊控

15、制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，提高我國(guó)的工業(yè)自動(dòng)化水平有著重大的意義。1.2 爐溫控制系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)傳統(tǒng)的pid控制及改進(jìn)型pid控制原理簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、可靠性高、魯棒性強(qiáng)，曾在電阻爐溫度控制系統(tǒng)中得到了普遍的采用，其缺點(diǎn)是必須預(yù)先建立控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，因而其對(duì)于一些大滯后、多輸入、時(shí)變性電阻爐系統(tǒng)，控制效果難以滿(mǎn)意。自智能控制理論發(fā)展以來(lái)，智能控制技術(shù)開(kāi)始逐漸應(yīng)用于工業(yè)控制。1974年，mamdani首次用模糊邏輯和模糊推理實(shí)現(xiàn)了蒸汽機(jī)的控制，其標(biāo)志著人們用模糊邏輯進(jìn)行工業(yè)控制的開(kāi)始，也宣告了模糊控制的問(wèn)世。1976年，p.j.king和mamdani等人合作，用模糊控制對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行溫

16、度控制，他們采用模糊模型的預(yù)估方案，從而成功解決了不穩(wěn)定問(wèn)題。這也是控制史上首次利用模糊控制來(lái)進(jìn)行溫度控制。在20世紀(jì)90年代，美國(guó)、英國(guó)相續(xù)發(fā)表智能控制專(zhuān)輯，日本、德國(guó)等國(guó)也連續(xù)發(fā)表多篇智能控制方面的論文，涉及到軍事、工業(yè)、家用電器等眾多領(lǐng)域，包括智能溫度控制在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。如今simens和inform公司聯(lián)合研制了性能優(yōu)良的模糊控制開(kāi)發(fā)軟件工具及第三代模糊微處理器，可利用軟件或硬件的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的模糊控制。在zadeh創(chuàng)立模糊集合論的同年，我國(guó)傅京孫教授首先提出了把人工智能中的直覺(jué)推理方法用于學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)，奠定了國(guó)內(nèi)智能控制發(fā)展的基礎(chǔ)。模糊控制應(yīng)用于核反應(yīng)堆、城市交通等控制中。隨后更

17、多的學(xué)者開(kāi)始關(guān)注智能控制技術(shù)，近年來(lái)我國(guó)也越來(lái)越重視智能控制理論和應(yīng)用的研究，從1993到1995連續(xù)三年國(guó)內(nèi)都召開(kāi)了與智能控制有關(guān)的學(xué)術(shù)議。由于溫度控制設(shè)計(jì)到冶金、化工、機(jī)械等眾多領(lǐng)域，因而溫度智能控制技術(shù)也是國(guó)內(nèi)學(xué)者研究的重要內(nèi)容，越來(lái)越多與智能溫度控制有關(guān)的論文在科技刊物上發(fā)表。王樹(shù)清、劉興池采用日本生產(chǎn)的sr70智能模糊控制器對(duì)電阻加熱爐進(jìn)行控制，穩(wěn)態(tài)精度達(dá)到士0.2左右，穩(wěn)定快、魯棒性強(qiáng)，控制效果十分理想。高梅娟在電阻爐溫度控制系統(tǒng)中應(yīng)用了雙模預(yù)測(cè)模糊進(jìn)行溫度控制，具有超調(diào)量小，抗干擾能力強(qiáng)和穩(wěn)態(tài)誤差小的特點(diǎn)，優(yōu)于pid控制和常規(guī)模糊控制。紀(jì)友芳等人在所設(shè)計(jì)的智能溫度控制儀表中采用了

18、模糊pid控制，控制結(jié)果表明：其具有響應(yīng)速度快、超調(diào)小、控制精度高等優(yōu)點(diǎn)?？傮w上說(shuō)，智能控制在溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。目前，國(guó)外已研制出商品化、智能化、精度高、小型化的智能溫度控制系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)出成熟的智能控制算法和控制軟件。相比較而言，國(guó)內(nèi)智能控制技術(shù)的應(yīng)用要落后于國(guó)外，目前國(guó)內(nèi)成熟的溫度控制系統(tǒng)以常規(guī)pid和各種改進(jìn)pid控制為主，商品化的智能控制系統(tǒng)少，在智能控制算法和控制軟件的開(kāi)發(fā)方面投入人力、物力也較少。1.3 常規(guī)pid控制和模糊控制的介紹傳統(tǒng)的控制技術(shù)是以經(jīng)典控制理論或現(xiàn)代控制理論為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的，其具有原理簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)容易、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制中具有重要作用，其中pid

19、控制是傳統(tǒng)控制中的經(jīng)典控制方式之一。傳統(tǒng)的控制技術(shù)是基于被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型的控制方式，采用固定的控制算法，控制系統(tǒng)由于依賴(lài)于數(shù)學(xué)模型而缺乏靈活性和應(yīng)變能力。智能控制是控制理論發(fā)展的高級(jí)階段，是控制論、系統(tǒng)論、信息論和人工智能等多門(mén)學(xué)科交叉和綜合的產(chǎn)物，主要用來(lái)解決那些用傳統(tǒng)方法難以解決的復(fù)雜系統(tǒng)的控制。隨著工業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展，被控對(duì)象越來(lái)越復(fù)雜，常常表現(xiàn)為高度的非線(xiàn)性、強(qiáng)干擾、動(dòng)態(tài)突破性以及分散的執(zhí)行器、分層的決策機(jī)構(gòu)、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)信息等，這樣的被控對(duì)象往往存在難以用精確數(shù)學(xué)方法描述的不確定性，實(shí)踐證明，對(duì)于此類(lèi)復(fù)雜的控制對(duì)象采用智能控制性能要優(yōu)于傳統(tǒng)控制。1.3.1 pid控制pid控制是

20、在連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程控制中，將偏差的比例(proportional)、積分(integral)、微分(derivative)通過(guò)線(xiàn)形組合構(gòu)成控制量，對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制。在常規(guī)pid的應(yīng)用中，p、i、d三個(gè)參數(shù)往往根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備情況或調(diào)試經(jīng)驗(yàn)人工設(shè)定的，通過(guò)調(diào)試實(shí)驗(yàn)改變參數(shù)以改變控制性能。pid控制是最早發(fā)展起來(lái)的控制策略之一，由于其算法簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)和可靠性高，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程控制，尤其適用于可建立精確數(shù)學(xué)模型的確定性控制系統(tǒng)。而實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程往往具有非線(xiàn)性、時(shí)變不確立性，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用常規(guī)pid控制器不能達(dá)到理想的控制效果；而實(shí)際在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)中，由于受到參數(shù)整定方法煩雜的困擾，常規(guī)

21、pid控制參數(shù)往往整定不良、性能欠佳，對(duì)運(yùn)行工況的適應(yīng)性較差。鑒于此情況，人們一直在研究pid參數(shù)的自動(dòng)整定技術(shù)，以適應(yīng)復(fù)雜的工況和高指標(biāo)的控制要求。隨著微機(jī)技術(shù)和智能控制理論的發(fā)展，出現(xiàn)了許多新型pid控制器，例如模糊pid、神經(jīng)pid、預(yù)測(cè)pid等，對(duì)于復(fù)雜對(duì)象，其控制效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)常規(guī)pid控制。1.3.2 模糊控制模糊控制是以模糊集合理論為基礎(chǔ)的一種新興的控制手段，是模糊系統(tǒng)理論和模糊技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。模糊控制的核心就是利用模糊集合理論，把人的控制策略的自然語(yǔ)言轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能夠接受的算法語(yǔ)言。模糊控制系統(tǒng)一般由模糊控制器、輸入/輸出接口裝置、被控對(duì)象和執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器四個(gè)部

22、分組成，是一種非線(xiàn)性控制。模糊控制系統(tǒng)能夠?qū)⑷说目刂平?jīng)驗(yàn)和知識(shí)包含進(jìn)去，這種方法不僅能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，而且能夠模擬人的思維方式，對(duì)一些無(wú)法構(gòu)造精確數(shù)學(xué)模型的被控對(duì)象進(jìn)行有效的控制。模糊控制在實(shí)踐應(yīng)用中，具有許多傳統(tǒng)控制無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)：（1）使用語(yǔ)言規(guī)則，不需要掌握過(guò)程的精確數(shù)學(xué)模型。因?yàn)閷?duì)于復(fù)雜的生產(chǎn)過(guò)程很難得到過(guò)程的精確數(shù)學(xué)模型，而語(yǔ)言方法卻是一種很方便的近似。（2）對(duì)于具有一定操作經(jīng)驗(yàn)，但非控制專(zhuān)業(yè)的工作者，模糊控制方法易于掌握。（3）操作人員易于通過(guò)人的自然語(yǔ)言進(jìn)行人機(jī)界面聯(lián)系，這些模糊條件語(yǔ)言很容易加入到過(guò)程的控制環(huán)節(jié)。（4）采用模糊控制，過(guò)程的動(dòng)態(tài)響應(yīng)品質(zhì)優(yōu)于常規(guī)的pid控制，并對(duì)過(guò)程

23、參數(shù)的變化具有很強(qiáng)的適應(yīng)性1。隨著模糊控制的深入應(yīng)用和廣泛接受，漸漸出現(xiàn)兩種新的情況，一種情況是產(chǎn)生全新的控制用途，而這些新的用途在模糊邏輯出現(xiàn)之前實(shí)際是不能進(jìn)行控制的；另一種是產(chǎn)生全新的控制芯片，這些芯片專(zhuān)門(mén)適用于模糊邏輯運(yùn)算的。模糊控制的關(guān)鍵是模糊推理合成運(yùn)算，從本質(zhì)上看是一種并行運(yùn)算，用軟件方法實(shí)現(xiàn)的時(shí)候，由于現(xiàn)有的馮諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)指令順序執(zhí)行，不適于做并行處理，因而推理速度較低，模糊芯片如模糊微處理器、模糊推理板等直接通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)模糊邏輯推理及運(yùn)算，可提高推理速度和控制精度，為模糊控制系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)提供強(qiáng)有力的工具?，F(xiàn)今模糊控制已廣泛應(yīng)用于家電行業(yè)，各種工業(yè)自動(dòng)化、冶金和化工過(guò)程控制

24、等領(lǐng)域相繼出現(xiàn)了模糊控制器、模糊推理專(zhuān)用芯片及模糊控制通用系統(tǒng)。1.4 本文工作及意義由于電阻爐本身是一個(gè)較復(fù)雜的被控對(duì)象，具有大慣性、純滯后、參數(shù)時(shí)變等特性，它的對(duì)象特性不像一般的控制對(duì)象那樣，能夠求得其傳遞函數(shù)，得到一個(gè)比較精確的數(shù)學(xué)模型，所以爐溫控制仍是控制領(lǐng)域中一個(gè)比較難以控制的問(wèn)題。 本設(shè)計(jì)以實(shí)驗(yàn)室中的管式電阻爐為被控對(duì)象，采用智能控制中的模糊控制對(duì)電阻爐的溫度進(jìn)行控制，并與常規(guī)pid控制進(jìn)行比較，研究模糊控制算法的控制效果。 本文的研究?jī)?nèi)容主要如下：首先簡(jiǎn)單介紹了本課題研究的背景及意義，國(guó)內(nèi)外的研究概況及發(fā)展趨勢(shì)，讓我們大致了解一下模糊控制的發(fā)展過(guò)程。了解電阻爐的特點(diǎn)、常規(guī)pid控

25、制及模糊控制的基本知識(shí)，通過(guò)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)溫度有大慣性、純滯后、參數(shù)時(shí)變等特性，很難建立精確的數(shù)學(xué)模型，更適合用模糊控制。 之后介紹模糊控制的基本原理和模糊控制器的設(shè)計(jì)，包括輸入量、輸出量的確立，模糊化和解模糊，模糊控制算法的設(shè)計(jì)，最終建立模糊控制規(guī)則表。得到模糊控制規(guī)則表是一個(gè)重點(diǎn)。同時(shí)也可以利用matlab,設(shè)計(jì)得到模糊控制規(guī)則表。再者，介紹電阻爐模糊控制系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)，通過(guò)本文設(shè)計(jì)的硬件設(shè)備的連接，以及程序的設(shè)計(jì)等，結(jié)合起來(lái)從而能夠有效地控制電阻爐爐溫。編寫(xiě)兩種程序，包括常規(guī)pid和模糊控制的梯形圖程序，在最終控制效果上進(jìn)行比較，可發(fā)現(xiàn)，模糊控制無(wú)論在響應(yīng)的快速性、抑制系統(tǒng)超調(diào)量，還是

26、在抗干擾方面都具有比常規(guī)pid控制更好的優(yōu)越性。同時(shí)，也用matlab將模糊控制和pid控制分別進(jìn)行仿真，進(jìn)行比較得到相同的答案，從而確定模糊控制是一種較為理想的智能性控制方案。2 模糊控制器的設(shè)計(jì)2.1 模糊控制的基本原理模糊控制屬于計(jì)算機(jī)數(shù)字控制的一種形式，因此，模糊控制系統(tǒng)的組成類(lèi)同于一般的數(shù)字控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)圖如圖2.1所示。傳感器模糊控制器d/a執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對(duì)象a/d 圖2.1 模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖模糊控制系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成： （1）模糊控制器：它是模糊控制系統(tǒng)的核心，是采用給予模糊控制知識(shí)表示和規(guī)則推理的語(yǔ)言型“模糊控制器”，也是模糊控制系統(tǒng)區(qū)別于其他控制系統(tǒng)的主要標(biāo)志。模糊控制

27、器存放的是由規(guī)則導(dǎo)出的模糊控制算法，一般由計(jì)算機(jī)程序或硬件實(shí)現(xiàn)。 （2）a/d、d/a轉(zhuǎn)換：模糊控制器將根據(jù)給定值與被控量的反饋值的差作為輸入，經(jīng)模糊控制算法合成后，得到相應(yīng)的控制量。由于該控制量是數(shù)字量，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)所接收的是模擬量，所以在模糊控制器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間需要d/a轉(zhuǎn)換。 （3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)：包括各種電機(jī)，調(diào)節(jié)閥，繼電器等等。 （4）被控對(duì)象：被控對(duì)象的模型可以是確定的或模糊的，單變量或多變量，有滯后或無(wú)滯后，也可以是線(xiàn)性的或非線(xiàn)性的，定常的或時(shí)變的，等等多種情況。對(duì)于那些難以建立精確數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜控制對(duì)象，更適宜采用模糊控制。 （5）傳感器：傳感器在模糊控制系統(tǒng)中占有十分重要的地位，它的

28、精確度往往直接影響整個(gè)系統(tǒng)的精度，因此在選擇傳感器應(yīng)注意選擇精度高而且性能穩(wěn)定的傳感器2。模糊控制系統(tǒng)的構(gòu)成與一般數(shù)字控制系統(tǒng)的主要區(qū)別就在于控制器的不同。模糊控制器主要是由輸入量模糊化、模糊推理和去模糊化三個(gè)功能模塊和知識(shí)庫(kù)(包括數(shù)據(jù)庫(kù)和規(guī)則庫(kù))構(gòu)成的，其結(jié)構(gòu)圖如圖2.2所示。其基本原理是：把系統(tǒng)的輸入進(jìn)行模糊化處理轉(zhuǎn)化為模糊量，然后按照給出規(guī)則對(duì)模糊量進(jìn)行推理，最后把推理的結(jié)果進(jìn)行去模糊化處理轉(zhuǎn)化為精確量。模糊推理去模糊化模糊化知識(shí)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)則庫(kù)d/dteeceecuu 圖2.2 模糊控制器結(jié)構(gòu)圖(一)模糊化:將輸入的精確量轉(zhuǎn)換成模糊量。其中輸入量包括外界的參考輸入、系統(tǒng)的輸出或狀態(tài)等。具

29、體過(guò)程為:首先將輸入量進(jìn)行處理以變成模糊控制器要求的輸入量，其次將上述已經(jīng)處理過(guò)的輸入量進(jìn)行尺度變換，使其變換為各自的論域范圍，最后將這些己經(jīng)變換到論域范圍的輸入量進(jìn)行模糊處理，使原先精確的輸入量變成模糊量，并用相應(yīng)的模糊集合來(lái)表示。 (二)知識(shí)庫(kù):包含了具體應(yīng)用領(lǐng)域中的知識(shí)和要求的控制目標(biāo)。由數(shù)據(jù)庫(kù)和模糊控制規(guī)則兩部分組成。數(shù)據(jù)庫(kù)主要包含語(yǔ)言變量的隸屬度函數(shù)，尺度變換因子以及模糊空間的分級(jí)數(shù)等，規(guī)則庫(kù)包括了用模糊語(yǔ)言變量表示的一系列反映控制專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的控制規(guī)則。(三)模糊推理:具有模擬人的基于模糊概念的推理能力，是模糊控制器的核心。輸入量模糊化后的語(yǔ)言變量e、ec（具有一定的語(yǔ)言值）作

30、為模糊推理部分的輸入，再由e 、ec和總的控制規(guī)則r，根據(jù)推理合成規(guī)則進(jìn)行模糊推理得到模糊控制量u。(四)去模糊化:其作用是將模糊推理得到的控制量(模糊量)變換為實(shí)際用于控制的精確量，包含兩個(gè)方面的內(nèi)容:將模糊控制量經(jīng)去模糊化變換變成表示在論域范圍的精確量和將表示在論域范圍的精確量經(jīng)尺度變換成實(shí)際的控制量，并作用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)3。2.2 模糊控制器的設(shè)計(jì)方法模糊控制器在模糊自動(dòng)控制系統(tǒng)中具有舉足輕重的作用，模糊控制器的設(shè)計(jì)包含以下幾個(gè)步驟：(1) 確定模糊控制器的輸入和輸出變量在人-機(jī)系統(tǒng)中，人對(duì)誤差最敏感，其次是誤差的變化，最后是誤差變化的速率。由于模糊控制器的控制規(guī)則是根據(jù)人的手動(dòng)控制規(guī)則提出

31、的，所以模糊控制器的輸入變量可以有三個(gè)，即誤差、誤差的變化和誤差變化的變化，輸出變量一般選擇控制量的變化。通常將模糊控制器輸入變量的個(gè)數(shù)稱(chēng)為模糊控制器的維數(shù)，可分為一維控制器、二維控制器和三維控制器。從理論上講，模糊控制器的維數(shù)越高，控制精度越高，但維數(shù)過(guò)高會(huì)導(dǎo)致控制規(guī)則復(fù)雜，控制算法實(shí)現(xiàn)困難等問(wèn)題，目前人們廣泛設(shè)計(jì)和應(yīng)用的是二維模糊控制器其圖如圖2.3所示。e 模糊控制器d/dtecu 圖2.3 二維模糊控制器(2) 對(duì)所有變量進(jìn)行模糊化處理,確定輸入輸出的論域和基本論域在模糊控制器中系統(tǒng)的輸入、輸出信號(hào)（誤差e、誤差變化率ec、控制量u）的實(shí)際范圍稱(chēng)為這些變量的基本論域。設(shè)定誤差e、誤差變

32、化率ec、控制量u的基本論域分別為-,+、-，+、-，+。語(yǔ)言誤差變量e的論域?yàn)? e=-n,-n+1,，0，n-1，n 語(yǔ)言誤差變量ec的論域?yàn)? ec=-m,-m+1,，0，m-1，m 語(yǔ)言誤差變量u的論域?yàn)? u=-l,-l+1,，0，l-1，l在進(jìn)行模糊化處理時(shí)，必須先將輸入變量從基本論域轉(zhuǎn)化到相應(yīng)的模糊集的論域，方法是將輸入變量基本論域中的變量值乘以相應(yīng)的量化因子，即ke=2n/(emax-(-emax) , kec=2m/(ecmax-(ecmax);將基本論域中的變量值映射到模糊集論域中的相近整數(shù)點(diǎn)。同樣，模糊控制算法每次計(jì)算給出的輸出量（控制量）屬于輸出模糊集的論域，不能直接控

33、制對(duì)象，必須將其轉(zhuǎn)換到控制對(duì)象所能接受的基本論域中去，轉(zhuǎn)換方法是乘以相應(yīng)的比例因子,即 ku =( umax-(-umax) / (2l)例如，設(shè)系統(tǒng)偏差e的基本論域?yàn)?50，50，若選定偏差e的論域?yàn)?5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,則偏差e的量化因子為1/10。量化因子和比例因子對(duì)控制器控制性能影響很大，因此，合理選則模糊控制器的量化因子和比例因子是非常重要的。（3） 選取合適的語(yǔ)言變量值及語(yǔ)言變量論域上的模糊子集考慮到誤差、誤差變化率及控制量的正負(fù)性，我們將語(yǔ)言變量的值分為七個(gè)：“正大”(pb)、“正中”(pm)、“正小”(ps)、“零”(zo)、“負(fù)小”(ns)、“

34、負(fù)中”(nm)、“負(fù)大”(nb)?？蓪?xiě)作pb，pm，ps，zo，ns，nm，nb七個(gè)檔次。（4） 選取模糊子集的隸屬度函數(shù)隸屬度函數(shù)可通過(guò)總結(jié)操作者的經(jīng)驗(yàn)或采用模糊統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)確定。常用的隸屬度函數(shù)有以下幾種： 、 高斯型它用兩個(gè)參數(shù)來(lái)描述，一般可表述為： （2.1）其分布曲線(xiàn)見(jiàn)圖2.4： 圖2.4 高斯分布、 三角形它的分布函數(shù)由三個(gè)參數(shù)表示，一般描述為： （2.2）分布曲線(xiàn)見(jiàn)圖2.5：圖2.5 三角形分布、 梯形它的分布函數(shù)由四個(gè)參數(shù)表示，一般描述為： （2.3） 分布曲線(xiàn)見(jiàn)圖2.6：圖2.6 梯形分布在進(jìn)行模糊化處理時(shí)，模糊集論域上的模糊子集一般由隸屬函數(shù)來(lái)描述，在定義模糊子集時(shí)應(yīng)注意：

35、各模糊子集的隸屬函數(shù)對(duì)論域的覆蓋面的大小會(huì)影響控制器的性能。采用高分辨率的模糊集時(shí)，控制的靈敏度高，反之控制的靈敏度低，控制特性較為平緩，系統(tǒng)較為穩(wěn)定。一般在偏差較大的范圍內(nèi)采用低分辨率隸屬函數(shù)的模糊集，在系統(tǒng)偏差較小時(shí)，采用高分辨率隸屬函數(shù)的模糊集。隸屬函數(shù)的具體形狀對(duì)控制特性影響不大。在定義某一變量的各個(gè)模糊子集時(shí)，如pb、nb時(shí)，應(yīng)注意要使它們?cè)谡撚蛏戏植己侠恚拐撚蛑腥魏我稽c(diǎn)上這些模糊子集的隸屬度的最大值不能過(guò)小以免引起失控。此外還應(yīng)注意模糊子集間的相互影響，一般兩個(gè)模糊子集交集的最大隸屬度值在0.4-0.8之間，避免值過(guò)大或過(guò)小對(duì)系統(tǒng)的影響。(5) 模糊控制器規(guī)則庫(kù)的建立模糊控制器

36、的控制規(guī)則是根據(jù)人的手動(dòng)控制規(guī)則提出的，是用模糊條件語(yǔ)句來(lái)歸納操作者在控制過(guò)程中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、控制決策。例如，在本設(shè)計(jì)中，溫度誤差e=r-t,t為溫度設(shè)定值，r為溫度實(shí)際值，當(dāng)e為正大且ec為負(fù)大時(shí)，誤差是減小的趨勢(shì)，控制量的變化取零。 (6) 模糊推理結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在客觀現(xiàn)實(shí)中，很多問(wèn)題都具有模糊性，傳統(tǒng)的形式邏輯和近代的數(shù)理統(tǒng)計(jì)都無(wú)法解決這類(lèi)問(wèn)題，解決模糊性問(wèn)題需要模糊推理。模糊推理是一種近似推理，模糊推理的方法有cri法（compositional rule of inference）、tvr(truth values reasoning)、強(qiáng)度轉(zhuǎn)移法等。zadeh在1973年對(duì)于命題“若a則

37、b”利用模糊關(guān)系的合成運(yùn)算提出了一種近似推理的方法，并稱(chēng)為推理的合成法則，簡(jiǎn)稱(chēng)為cri法。j.f.baldwin在1978年提出一種真值限定的模糊推理方法，這種推理方法把命題通過(guò)真值限定的方法轉(zhuǎn)化為語(yǔ)言真值，然后利用模糊關(guān)系對(duì)語(yǔ)言真值進(jìn)行推理，最后對(duì)真值進(jìn)行逆運(yùn)算求出推理結(jié)果，真值限定法也稱(chēng)tvr法。強(qiáng)度轉(zhuǎn)移法是當(dāng)控制系統(tǒng)有精確量輸入時(shí)，精確值在條件語(yǔ)句的前件中所得到的語(yǔ)言變量值強(qiáng)度轉(zhuǎn)移到后件的語(yǔ)言變量值去，從而得到推理結(jié)果的方法。mamdani推理法是一種在控制過(guò)程中普遍使用的方法，其本質(zhì)是一種cri法，tsukamato提出的強(qiáng)度轉(zhuǎn)移法具有簡(jiǎn)單、直觀、容易理解等優(yōu)點(diǎn)，在不少模糊量表示單調(diào)的

38、生產(chǎn)過(guò)程時(shí)應(yīng)用廣泛，在此重點(diǎn)介紹mamdani推理法和強(qiáng)度轉(zhuǎn)移法4。一、 mamdani推理法模糊蘊(yùn)涵關(guān)系“若 a則b”用表示，設(shè)u,v,則表示uv上的模糊關(guān)系，在mamdani推理法中，mamdani把模糊蘊(yùn)涵關(guān)系用和的直積表示， (2.4) (u,v) = (u) (v) (2.5)若已知模糊蘊(yùn)涵關(guān)系的關(guān)系矩陣，對(duì)于給定輸入的，則推得結(jié)論為,表達(dá)式為 ： (2.6)在mamdani推理法中, 的表達(dá)式為： (2.7) 即 (2.8)下面以“if a and b then c”為例來(lái)說(shuō)明 mamdani推理法的使用?！癷f a and b then c”的蘊(yùn)涵關(guān)系為,根據(jù)mamdani的推理

39、法，。即當(dāng)已知輸入是、時(shí)，則輸出 (2.9)若對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)，已知有：, ,則有：，當(dāng)有輸入 且則有：二、強(qiáng)度轉(zhuǎn)移法在此以二維控制器為例說(shuō)明強(qiáng)度轉(zhuǎn)移法的推理使用。設(shè)輸入量為e、ec，輸出量為y，語(yǔ)言變量分別為：。if and then if and then if and then 若有已知輸入對(duì)每條條件語(yǔ)句前件求強(qiáng)度對(duì)于每一條規(guī)則，具體的輸入對(duì)e、ec中的語(yǔ)言變量的隸屬度：則第一條規(guī)則產(chǎn)生的強(qiáng)度為： (2.10)同理得到： (2.11) (2.12)求推理結(jié)果在強(qiáng)度轉(zhuǎn)移法中，把精確值對(duì)前件的作用強(qiáng)度轉(zhuǎn)移到后件，并作為后件模糊量隸屬度。因此，第一條語(yǔ)句的推理結(jié)果為： (2.13)同理： (2.1

40、4) (2.15)則最后有總的推理結(jié)果，分別得到后件對(duì)應(yīng)的元素為：（7）模糊量的反模糊化在建立一個(gè)模糊控制規(guī)則后經(jīng)過(guò)模糊推理得到控制量的一個(gè)模糊子集，它是一個(gè)模糊量不能直接控制被控對(duì)象，需要對(duì)其合理處理轉(zhuǎn)換為精確量。對(duì)模糊量進(jìn)行處理，求取一個(gè)能恰當(dāng)反映模糊量的精確量的過(guò)程稱(chēng)為精確化，也稱(chēng)反模糊化。常用的反模糊化的方法有：最大隸屬度法、中位數(shù)法和重心法。一、最大隸屬度法最大隸屬度法是選取模糊子集中隸屬度最大的元素作為反模糊化后的精確量，對(duì)于某一模糊子集,所選擇的隸屬度最大的元素，其中.最大隸屬度法簡(jiǎn)單易行，算法實(shí)時(shí)性好，突出了隸屬度最大元素的控制作用，對(duì)于隸屬程度較小元素的控制作用沒(méi)有考慮，利用

41、的信息量少。二、中位數(shù)法中位數(shù)法是先求出將模糊子集的隸屬度函數(shù)曲線(xiàn)和橫坐標(biāo)所圍面積平分的分界點(diǎn)，然后將分界點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)作為反模糊化的精確量。中位數(shù)法雖然考慮了所有信息的作用，但計(jì)算過(guò)程比較繁瑣，缺乏對(duì)主導(dǎo)信息的重視，因此在實(shí)際應(yīng)用中受到了限制。三、重心法重心法是將模糊子集的所有元素求取其重心元素作為反模糊化后的精確量。對(duì)于某一模糊子集 (2.16)重心法的本質(zhì)是加權(quán)平均法，其能反應(yīng)整個(gè)模糊子集的信息。加權(quán)系數(shù)的選取對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)特性有直接的影響，調(diào)整加權(quán)系數(shù)可以在很大程度上改善系統(tǒng)的響應(yīng)特性。2.3 電阻爐模糊控制器的設(shè)計(jì)2.3.1 電阻爐模糊控制器輸入、輸出變量的確定二維模糊控制器是控制系統(tǒng)

42、中廣泛使用的一種模糊控制器，在本設(shè)計(jì)中采用的就是二模糊控制器，若t為溫度設(shè)定值，r為溫度實(shí)際值，則溫度誤差e=r-t,，偏差變化率為ec,輸出變量u為固態(tài)繼電器的導(dǎo)通時(shí)間。2.3.2 模糊量的模糊化精確量必須經(jīng)過(guò)模糊化處理變?yōu)槟：恳员銓?shí)現(xiàn)模糊控制算法。本設(shè)計(jì)中設(shè)溫度偏差e的基本論域?yàn)?24,+24，模糊狀態(tài)的論域?yàn)?6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6,則偏差e的量化因子對(duì)于溫度偏差e基本論域中的任何一個(gè)量，都可以乘以量化因子后四舍五入得到論域中的相應(yīng)量。溫度偏差變化率ec的基本論域?yàn)?10/ms,+10/ms，論域?yàn)?6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3

43、,4,5,6,則偏差變化率ec的量化因子。輸出u基本論域?yàn)?,1000ms，論域?yàn)?6, -5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6,則輸出u的比例因子。溫度偏差e、偏差變化率ec、輸出u的語(yǔ)言變量在論域內(nèi)的模糊集為負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大，即為nb，nm，ns，zo，ps，pm，pb。 在確定了輸入變量、輸出變量的論域和語(yǔ)言變量模糊集后，需對(duì)模糊語(yǔ)言變量確定隸屬函數(shù)，就是確定論域內(nèi)元素對(duì)語(yǔ)言變量的隸屬度。為了計(jì)算和編程的方便，本設(shè)計(jì)中采用的是隸屬函數(shù)曲線(xiàn)是三角形，其輸入輸出變量的隸屬函數(shù)曲線(xiàn)分別如圖2.7、2.8、2.9所示。pbpmnsnmpszonb 圖2.7

44、 e模糊量的隸屬函數(shù)zopbnspspmnbnm 圖2.8 e c模糊量的隸屬函數(shù)pbpmpszonsnmnb圖2.9 輸出u模糊量的隸屬函數(shù)2.3.3 模糊控制規(guī)則庫(kù)的建立模糊控制規(guī)則的設(shè)計(jì)原則是：當(dāng)誤差較大時(shí)，控制量應(yīng)當(dāng)盡可能地減少誤差；當(dāng)誤差較小時(shí)，除了消除誤差以外，還考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以避免不期望出現(xiàn)的震蕩和超調(diào)。例如，當(dāng)溫度偏差e和偏差變化率ec都為nb時(shí)，溫度實(shí)際值小于溫度設(shè)定值，且為誤差加大的趨勢(shì)，此時(shí)選擇輸出u為pb，以盡快消除誤差。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)修改，本設(shè)計(jì)中的模糊控制規(guī)則表如表2.1所示。表2.1 模糊控制規(guī)則uecenbnmnszopspmpbnbpbpbpbpbpmps

45、zonmpbpbpmpmpszozonspmpmpmpszonsnszopmpmpszonsnmnmpspspszonsnmnmnmpmzozonsnmnmnbnbpbzonsnmnbnbnbnb2.3.4 模糊控制算法設(shè)計(jì)在模糊控制系統(tǒng)中，控制算法的選擇直接影響到控制系統(tǒng)的性能，而且，控制算法和模糊推理方法是息息相關(guān)的。模糊控制算法可分為查表法、解析式法、推理算法等，查表法是基于mamdani的max-min法由控制規(guī)則庫(kù)產(chǎn)生最終的模糊控制表；解析式法是將控制表中每個(gè)表格的量用解析式來(lái)運(yùn)算；推理算法是在推理語(yǔ)句中根據(jù)一定的推理算法得到結(jié)果。在本設(shè)計(jì)中采用的是推理算法來(lái)得到模糊控制量。由表2.

46、1的模糊控制規(guī)則表可以得到對(duì)應(yīng)的模糊條件語(yǔ)句。（1） if e=nb，and ec=nb，then u1=pb；（2） if e=nb，and ec=nm，then u2=pb；(49) if e=npb，and ec=pb，then u49=nb；若在某一時(shí)刻e、ec在論域中的量分別為2、-2，則有：由e、ec的具體值可知以下四條具體規(guī)則對(duì)輸出有貢獻(xiàn)：if e=ps and ec=ns，then zu33=zo;if e=pm and ec=ns，then zu34=ns;if e=ps and ec=nm，then zu40=ps;if e=pm and ec=nm，then zu41=z

47、o;根據(jù)l.a.zaedh的模糊推理算法，首先取規(guī)則的兩個(gè)前件的隸屬度的最小值，對(duì)后件的模糊集求截集，得到：然后把對(duì)應(yīng)于當(dāng)前輸入值的所有有效規(guī)則推理所得的輸出量的模糊截集相“并”：為使程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單化，只取zo、ns、ps的中心元素，即把zo、ns、ps作單點(diǎn)看待，則可認(rèn)為： ;由此得到輸出量u的zo、ns、ps的隸屬度分別為： 2.3.5反模糊化設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用重心法進(jìn)行反模糊化設(shè)計(jì)，其計(jì)算公式為，又上面的分析結(jié)果，可得5。最終經(jīng)計(jì)算得到模糊控制查表，如表2.2，模糊控制流程圖如圖2.10。表2.2 模糊控制規(guī)則查詢(xún)表uece-6-5-4-3-2-10123456-66666666332110-

48、56666555321100-46666544221000-36666533210000-2555543310-1-1-1-1-133333320-1-2-2-2-203333320-2-3-3-3-3-31222210-2-3-3-3-3-3-3211110-1-3-3-4-5-5-5-530000-1-2-3-3-5-6-6-6-640-0-0-1-2-2-4-4-5-6-6-6-650-0-1-1-2-3-5-5-5-6-6-6-660-1-1-2-3-3-6-6-6-6-6-6-6取當(dāng)前采樣值r(k)e(k)=r(k)-t(k);ec(k)=e(k)-e(k-1);e(k)、ec(k)

49、模糊化查表進(jìn)行模糊推理解模糊運(yùn)算控制量輸出被控對(duì)象返 回開(kāi) 始圖2.10 模糊控制工作流程圖2.4 matlab輔助模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.4.1 matlab模糊邏輯工具箱matlab模糊邏輯工具箱是數(shù)字計(jì)算機(jī)環(huán)境下的函數(shù)集成體，可以利用它所提供的工具在matlab框架下設(shè)計(jì)、建立以及測(cè)試模糊推理系統(tǒng)，結(jié)合simulink，還可以對(duì)模糊系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真。matlab模糊邏輯工具箱提供了三種類(lèi)型的工具：命令行函數(shù)、圖形用戶(hù)界面(gui)以及與simulink的一系列接口模糊邏輯模塊?？梢允褂脠D形用戶(hù)界面(gui)建立模糊推理系統(tǒng)(fis)，也可以使用命令行函數(shù)建立模糊推理系統(tǒng)(fis)。命令行函數(shù)

50、不僅能完全實(shí)現(xiàn)圖形化方式所提供的功能，還可以實(shí)現(xiàn)圖形化方式所難以實(shí)現(xiàn)的功能，特別適用于比較復(fù)雜的模糊推理系統(tǒng)。對(duì)于一些簡(jiǎn)單的模糊推理系統(tǒng)，使用圖形用戶(hù)界面(gui)就完全可以方便快速的完成設(shè)計(jì)，并進(jìn)行計(jì)算、測(cè)試以及修改工作。本系統(tǒng)使用圖形用戶(hù)界面(gui)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)。如圖2.11所示，圖形用戶(hù)界面(gui)主要由五個(gè)gui工具組成：fis編輯器、隸屬度函數(shù)編輯器、規(guī)則編輯器、規(guī)則觀測(cè)器和曲面觀測(cè)器。它們之間是動(dòng)態(tài)連接的，編輯器所作的修改能夠及時(shí)的體現(xiàn)在觀測(cè)器上。fis編輯器用來(lái)確定模糊系統(tǒng)中有多少個(gè)輸入和多少個(gè)輸出等高層次問(wèn)題，隸屬度函數(shù)編輯器用來(lái)定義每個(gè)變量的隸屬度函數(shù)的形狀及參數(shù)，規(guī)則編輯器用來(lái)編輯fis的規(guī)則，規(guī)則觀測(cè)器和曲面觀測(cè)器用來(lái)觀察fis的規(guī)則和輸出曲面。 圖2.11 matlab模糊邏輯工具箱的gui工具2.4.2 利用gui設(shè)計(jì)fis前一節(jié)