模糊控制查詢表的MATLAB實(shí)現(xiàn)

1、工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 2010年第23卷第11期#模糊控制查詢表的MATLAB實(shí)現(xiàn)Query TableMATLAB realization of Fuzzy Control葉高文廈門海洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建廈門361012)工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 2010年第23卷第11期#工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 2010年第23卷第11期#摘要通過建立一個(gè)工業(yè)自動(dòng)化控制中經(jīng)常使用的模糊PI控制器模型，詳細(xì)論述了運(yùn)用 MATLAB語(yǔ)言編寫模糊控制查詢表的方法，該控制表可以表格形式存放于計(jì)算機(jī)，從而大大提高了如PLC等內(nèi)存小的工業(yè)控制器的運(yùn)行效率，也可實(shí)現(xiàn)在線推理控制。關(guān)鍵詞：模糊控制查詢表，MATLAB ,PI控制，在線推理Abs

2、tractThrough the establishmengt of Fuzzy PI controller model which is applied in the industrial automation control,This pa-per describes in detail the way how to get a fuzzy controlquery table by the MATLAB programming . This cotrol tablemay be stored in the compute with the form of a table,Whichcan

3、 improe greatly the operational efficiency,Such as PLCcontroller,etc . whuoemory is very little,and on line reasoning can also be realized .Keywords :fuzzy control query table,MATLAB,PI control,on linreasoning工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 2010年第23卷第11期#本文提供一個(gè)實(shí)際工業(yè)控制的模糊查詢表的MATLAB實(shí)在運(yùn)用模糊控制技術(shù)進(jìn)行工業(yè)控制時(shí)，為了減少在線計(jì)算量，節(jié)省內(nèi)存，提高PLC等控制器的運(yùn)

4、行效率，通常根據(jù)隸屬度函數(shù)和模糊控制規(guī)則表離線計(jì)算對(duì)應(yīng)的模糊控制表，并將該表置于PLC等控制器中，供實(shí)時(shí)控制時(shí)使用。在實(shí)時(shí)控制過程中，根據(jù)模糊量化后的偏差值e和偏差變化率 ec直接查詢控制表以獲得模糊控制輸出量，再轉(zhuǎn)換為精確輸出控制量。在實(shí)際的控 制過程中由于微分作用的效果不是很明顯，故很多實(shí)際情況中只采用PI控制。本文論述的對(duì)象是常用PLC的模糊PI控制。不是PLC的系統(tǒng)，可將積分時(shí)間轉(zhuǎn)換為積分系數(shù)1 模糊PI控制模型說明級(jí)保持為 邀 一,6 5, 4, 3 , 2 , 1 , 0 , 1 , 2,3,4 , 5,6 妖輸入變量偏差 e和偏差變化率 ec和輸出變量 AKP、ATi的 模糊語(yǔ)言

5、值均 為 邀NBNM,NS ,Z0 ,PS,PM,PB妖 為了編程方 便，將語(yǔ)言值用數(shù)字表示為邀1,3,4,5 ,6 ,7妖與模糊語(yǔ)言值相對(duì)應(yīng)，比如：模糊語(yǔ)言值 NB的模糊數(shù)字值為1,其他類似。根據(jù)以上的規(guī)定,產(chǎn)生用數(shù)字語(yǔ)言值表示輸入變量x1及x2的隸屬度矢量表，見表1所示。其中，變量x1表示模糊控制器的偏差輸 入e,變量x2表示模糊控制器的偏差輸入ec ； ；1 ()、()表示 第一輸入x1和第二輸入x2的隸屬度，而i、j表示語(yǔ)言變量數(shù)字 值，即為1,2, 3,47。表1用數(shù)字語(yǔ)言值表示輸入變量x1及x2的隸屬度矢量表工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 2010年第23卷第11期#現(xiàn)過程，模糊PI模型如圖1圖1

6、模糊PI控制器模型|心17*： JM123<16T§1011J2J 3-1.11.0U.S3IL.S1.13i: aas40 5l.as5n.s(Lb1.0II.斤u, BI.Q工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 2010年第23卷第11期65如圖1，模糊控制器的輸入量采用實(shí)際被控制量與給定量的偏差e和偏差變化率 ec，參數(shù)整定機(jī)構(gòu)采用增量型調(diào)整原理，輸出為比例系數(shù)增量 AKp和積分時(shí)間增量 ATi，再經(jīng)式Kp = Kpo+AKp和式Ti = Ho +ATi計(jì)算得到PI控制器的比例系數(shù) KP和積分時(shí)間值TI。2模型輸入輸出模糊控制規(guī)則表 2.1定義輸入輸出變量的隸屬度矢量表一般情況下，輸入量偏差e

7、和偏差變化率 e以及輸出變量 AKP和ATi的離散論域都設(shè)定為13個(gè)量化等級(jí) 邀65, 4 3,2, 1,0,1，2,3,4，5,6妖為方便MATLAB編程，對(duì)相關(guān)的變量 選擇進(jìn)行一些改變。原先的輸入變量偏差e和偏差變化率 ec的量化等級(jí) 邀一,6 5, 4 3 ,2 , 1 , 0，1，2，3，4 ,5，6嫩寫為 邀2，3， 4,5,6 ,7,8 ,9,0,11,12,3妖而輸出變量 AKP和ATi得量化等2.2模糊控制規(guī)則表該控制系統(tǒng)為一實(shí)際工業(yè)控制模型，其用數(shù)字語(yǔ)言值表示的比例系 數(shù)增量AKP和積分時(shí)間ATI模糊控制規(guī)則表如表2 和表3所示。表2 用數(shù)字語(yǔ)言值表示的AKP模糊控制規(guī)則12

8、345?% AllilL-8432T7&S43237634314$544455g：l*2宙4$72-31y71TT7表3 用數(shù)字語(yǔ)言值表示的ATI模糊控制規(guī)則ATI31工345QiK渤A& (i>17TT甘54jjT65t376E421112II$2J1j?E4旨EVi4S6I73 MATLAB程序?qū)崿F(xiàn)通過 MATLAB編程，也可以用其它語(yǔ)言編程，使該實(shí)現(xiàn)方法既可以作為在線推理的算法，也可以把控制表先做出來，存在計(jì)算機(jī)中，通過在線查詢得到輸出控制量，本文以后者為例 。3.1程序流程圖用MATLAB編寫程序流程圖 ，如圖2。TF開豈凰丄*TV豪肌轍唱耙輯逢椅人Pin能昭 C

9、OGFT.7叮貶幅吃舍成刨瑚iFR*號(hào)評(píng) dhU¥精I(xiàn)ll3-伙1* drifts* !弒蛾宅nl|圖2 程序流程圖以上程序流程圖2說明：x1和x2為第一輸入偏差e和第二輸入變差變化ec;COG是重心法反模糊化方法；Si,j= w觹hg,j是輸出隸屬函數(shù)的面積，輸出隸 屬函數(shù)采用取小操作，用高h(yuǎn)削頂。w為三角形輸出隸屬函數(shù)的底寬；f1(i)、f2(j)表示第一輸入 x1和第二輸入 x2的隸屬度；i、j為語(yǔ)言變量數(shù)字值。3.2MATLAB 程序依據(jù)程序流程圖 ，AKP在線查詢表編寫如下：%程序初始化，輸入偏差e和偏差變化率隸 ec屬函數(shù)表A、B，控制規(guī)則表 R:A=10.5000000

10、0 000 ();00.510 .5'0000 00000:0000.510 .500 00000:000000.510 .500000:00000000.51 0 .5000:0000000000. 5i1050:0000000000 0051;B=10.50000000 000 ();00.510 .5'0000 00000:0000.510 .500 00000:000000.510 .500000:00000000.51 0 .5000:0000000000. 5i1050:0000000000 0051;R= 7 7 7 6 5 4 3;7 7 6 5 4 3 2;7

11、654321;5544455;1 234567;2 345677;3 456777;%模糊控制器輸出初始化，輸出模糊集合中心值向量cen。三角形隸屬函數(shù)底寬w=4% num為重心法反模糊化公式的分子，den為分母，u0模糊控制器輸出值：u0 = zeros (13);cen= 44 2 0 2 4 6 ;w = 4;num = 0;den = 0;%采樣輸入偏差 e和偏差變化率ec的值m、nm= input( / m=z );n = input( ' n=z );%運(yùn)算初始化，f1、f2為輸入值的隸屬函數(shù)，a、b為輸入語(yǔ)言值，k輸出語(yǔ)言值，c為輸出隸屬函數(shù)中心點(diǎn)的值 ，s為蘊(yùn)含模 糊集

12、合隸屬函數(shù)下的面積；s1 = s觹c;%h為規(guī)則前件隸屬度，h = min(f1,f2)f1 = 00 0 0 0 0 0;a = 00 0 0 0 0 0;f2 = 00 0 0 0 0 0;b = 00 0 0 0 0 0;k= zeros(7);c= zeros(7);s= zeros(7);s1 = zeros(7);h= zeros(7);%循環(huán)計(jì)算上述各量for i = 1:7for j = 1:7if A(i,m) >0f1(i)= A(i,m);a(i)= i;endif B(j,n) >0f2(j)= B(j,n);b(j)= j;endif a(i)觹b(j)

13、>0k(i,j)= R(a(i),b(j);c(i,j)= cen(k(i,j);h(i,j)= min(f1(i),f2(j);s(i,j)黑觹 W觹 h(i,j);s1(i,j)= s(i,j)觹 c(i,j);endendend% COG反模糊化，計(jì)算num及denfor i = 1:7for j = 1:7num= num+ s1(i,j);den = den + s(i,j);endendu0 = num /den%模糊控制器輸出依據(jù)程序流程圖，ATI離線查詢表編寫如下 ：%程序初始化，輸入偏差e和偏差變化率隸ec屬函數(shù)表A、B，控制規(guī)則表R:A= 1 0.5000000000

14、0 0;00.510.50 0 0000000;0000.51 0.50000000;000000.51 0.500000;000000 0 0.510.5000;000000000 0.51 0.50;00000000000 0.51;B= 1 0.50 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0;00.51 0.50 00000000;000 0.51 0.50000000;000 0 0 0.510.500000;00000000.510.5000;000000000 0.51 0.50;00000000000 0.51;endend%模糊控制器輸岀u0 = num /den4 輸出變量 A

15、KP和的在線查詢表通過MATLAB的程序，可得到在線控制表表4和表5:表4 AKP在線查詢表工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 2010年第23卷第11期#工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 2010年第23卷第11期67R= 777665 4;776654 3;766543 2;112421 1;234566 7;345667 7;456677 7;%模糊控制器輸出初始化，輸出模糊集合中心值向量cen。三角形隸屬函數(shù)底寬w=4% num為重心法反模糊化公式的分子，den為分母，u0模糊控制器輸出值u0 = zeros (13);cen= 44 2 0 2 4 6 ;w = 4;num = 0;den= 0;%采樣輸入偏差e和偏差變

16、化率 ec的值m、nm= input( / m=z );n = input( / n=z );%運(yùn)算初始化，f1、2為輸入值的隸屬函數(shù)，a、b為輸入語(yǔ)言值，k輸出語(yǔ)言值，c為輸出隸屬函數(shù)中心點(diǎn)的值 ,s為蘊(yùn)含模 糊集合隸屬函數(shù)下的面積；s1 = s觹c;%h為規(guī)則前件隸屬度，h = min(f1,f2)f1 = 00 0 0 0 0 0;a = 00 0 0 0 0 0;f2 = 00 0 0 0 0 0;b = 00 0 0 0 0 0;k= zeros(7);c= zeros(7);s= zeros(7);s1 = zeros(7);h= zeros(7);%循環(huán)計(jì)算上述各量for i =

17、 1:7for j = 1:7if A(i,m) >0f1(i)= A(i,m);a(i)= i;endif B(j,n) >0f2(j)= B(j,n);b(j)= j;endif a(i)觹b(j) >0k(i,j)=R(a(i),b(j);c(i,j)=cen(k(i,j);h(i,j)=min(f1(i),f2(j);s(i,j)老觹 W觹 h(i,j);s1(i,j)= s(i,j)觹 c(i,j);endendend% COG反模糊化，計(jì)算num及denfor i = 1:7for j = 1:7num= num+ s1(i,j);den = den + s(i,

18、j);4-6-4-3-j0Ln345tiGB&43rD-1-z亍殳吊&4321fl-2-j4<五43gLfl町4fift, R£433o<1IS-j宜Ii1尊j1&-RJ, i$2Ldl e(jQ. &-111,4皐2IIIi0'II1窖1-2-L.5-1-1fl. 5flas23< 12143-10L345-11-4-2-1gWqS>吐$用4J-1n|K3n6養(yǎng)fl93-LI£g-113i表5ATi在線查詢表an WE 片 tO.tc6J_2-1U1234&Au6£g打544J2I64«54543U|-1-463444?10-ITWti斤洛石4J21jti14*Q1a-