系統(tǒng)的模糊控制MATLAB實(shí)現(xiàn)

1、智能控制大作業(yè)第一次大作業(yè)姓名： 周慶強(qiáng) 學(xué)號(hào)： 1140810106哈爾濱工業(yè)大學(xué)2017年5月25日題目：對(duì)一個(gè)系統(tǒng)Gs=110s+1，假設(shè)給系統(tǒng)一個(gè)階躍值r=30，采樣時(shí)間為1s，系統(tǒng)的初始值為r(0)=0，利用常規(guī)的模糊控制器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。思路：在仿真系統(tǒng)中，不需要考慮信號(hào)的A/D和D/A轉(zhuǎn)換，模糊控制系統(tǒng)框圖如下：1、選擇觀測(cè)量和控制量將偏差e，即當(dāng)前位置-目標(biāo)目標(biāo)，作為觀察量（輸入量）1，%將偏差的變化量ec，即e(t)-e(t-1)，作為觀察量（輸入量）2，選取閥門開度u為控制量。2、輸入量和輸出量的模糊化將偏差e劃分為5個(gè)模糊集，負(fù)大(NB)、負(fù)小(NS)、零(ZO)、正小(

2、PS)、正大(PB)，e為負(fù)表示當(dāng)前水位低于目標(biāo)水位，e為正表示當(dāng)前水位高于目標(biāo)水位。設(shè)定e的取值范圍為-3，3，隸屬度函數(shù)如下。同理，將偏差的變化量ec劃分為5個(gè)模糊集，負(fù)大(NB)、負(fù)小(NS)、零(ZO)、正小(PS)、正大(PB)，ec為負(fù)表示該時(shí)刻水位比上一時(shí)刻水位小，ec為鄭表示該時(shí)刻水位比上一時(shí)刻水位大，。設(shè)定ec的取值范圍為-3，3，隸屬度函數(shù)如下。同樣將控制量u劃分為5個(gè)模糊集，負(fù)大(NB)、負(fù)小(NS)、零(ZO)、正小(PS)、正大(PB)，u為負(fù)表示減小控制量，u為正表示增大控制量。設(shè)定u的取值范圍為-4，4，隸屬度函數(shù)如下。3、制定模糊規(guī)則模糊規(guī)則的制定是模糊控制的核

3、心內(nèi)容，控制性能的好壞很大程度上由模糊規(guī)則決定，本文主要是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來制定相應(yīng)的規(guī)則。將上述用語言描述的規(guī)則轉(zhuǎn)化為“IF A ，THEN B”的語句如下：1. If (e is NB) and (ec is NB) then (u is PB) 。2. If (e is NB) and (ec is NS) then (u is PB) 。3. If (e is NB) and (ec is ZO) then (u is PB) 。4. If (e is NB) and (ec is PS) then (u is PB) 。5. If (e is NB) and (ec is PB) then

4、(u is PB) 。6. If (e is NS) and (ec is NB) then (u is PB) 。7. If (e is NS) and (ec is NS) then (u is PB) 。8. If (e is NS) and (ec is ZO) then (u is PS) 。9. If (e is NS) and (ec is PS) then (u is PS) 。10. If (e is NS) and (ec is PB) then (u is ZO) 。11. If (e is ZO) and (ec is NB) then (u is PB) 。12. I

5、f (e is ZO) and (ec is NS) then (u is PS) 。13. If (e is ZO) and (ec is ZO) then (u is ZO) 。14. If (e is ZO) and (ec is PS) then (u is NS) 。15. If (e is ZO) and (ec is PB) then (u is NB) 。16. If (e is PS) and (ec is NB) then (u is ZO) 。17. If (e is PS) and (ec is NS) then (u is PS) 。18. If (e is PS)

6、and (ec is ZO) then (u is NS) 。19. If (e is PS) and (ec is PS) then (u is NB) 。20. If (e is PS) and (ec is PB) then (u is NB) 。21. If (e is PB) and (ec is NB) then (u is NB) 。22. If (e is PB) and (ec is NS) then (u is NB) 。23. If (e is PB) and (ec is ZO) then (u is NB) 。24. If (e is PB) and (ec is P

7、S) then (u is NB) 。25. If (e is PB) and (ec is PB) then (u is NB) 。4、進(jìn)行模糊決策我們最終需要獲得的控制量u即為模糊控制的輸出，u可由兩個(gè)輸入量（偏差矩陣e和偏差矩陣ec）和模糊關(guān)系矩陣R合成得到。u=e and ecR 根據(jù)制定的模糊規(guī)則，通過相應(yīng)的模糊集合運(yùn)算，可得到模糊關(guān)系集合R。R定義為：Ri=eiandeciui即：Ri=(AiandBi)ui輸出模糊量：ui=ei and eciRi5、控制量的反模糊化我們模糊決策得到的控制量u是一個(gè)矩陣，并不能直接應(yīng)用在工程上，因此需要將u解釋為實(shí)際中的特定行為，即反模

8、糊化操作。目前常用的反模糊化方法有以下幾種：（1）最大隸屬度法-計(jì)算簡單控制要求不高場(chǎng)合（2）重心法-輸出更平滑（3）加權(quán)平均法-工業(yè)上應(yīng)用最廣泛本設(shè)計(jì)中采用第三種方法：加權(quán)平均法。6、matlab實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖：通過matlab集成的模糊控制模塊，我們能夠更加方便地對(duì)應(yīng)偏差e、偏差量ec和控制量u的關(guān)系，并可以調(diào)節(jié)e和ec在不同值下u的對(duì)應(yīng)輸出。7、系統(tǒng)響應(yīng)與分析在系統(tǒng)中，發(fā)現(xiàn)隨著時(shí)間的推移，系統(tǒng)快速到達(dá)距離標(biāo)準(zhǔn)位置很近的25左右，繼而出現(xiàn)波動(dòng)情況。分析出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是模糊控制的調(diào)整太大，需要進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，以便系統(tǒng)在到達(dá)e接近與0的情況下，仍能繼續(xù)接近標(biāo)準(zhǔn)位置。老師，最近有些事，沒時(shí)

9、間做自適應(yīng)調(diào)整了，對(duì)不起啊。8、代碼clear;clc;%對(duì)接收階躍信號(hào)的系統(tǒng)進(jìn)行模糊控制% 構(gòu)建模糊控制器a = newfis('fuzzy tank');%輸入量e的模糊化a = addvar(a,'input','e',-3,3); %將偏差e，即當(dāng)前位置-目標(biāo)目標(biāo)，作為觀察量（輸入量）a = addmf(a,'input',1,'NB','zmf',-3,-1);a =addmf(a,'input',1,'NS','trimf',-3,-1,1

10、);a =addmf(a,'input',1,'ZO','trimf',-2,0,2);a =addmf(a,'input',1,'PS','trimf',-1,1,3);a = addmf(a,'input',1,'PB','smf',1,3);%輸入量ec的模糊化a = addvar(a,'input','ec',-3,3); %將偏差的變化量ec，即e(t)-e(t-1)，作為觀察量（輸入量）a = addmf(a

11、,'input',2,'NB','zmf',-3,-1);a =addmf(a,'input',2,'NS','trimf',-3,-1,1);a =addmf(a,'input',2,'ZO','trimf',-2,0,2);a =addmf(a,'input',2,'PS','trimf',-1,1,3);a = addmf(a,'input',2,'PB','

12、smf',1,3);%輸出量的模糊化a = addvar(a,'output','u',-4,4);%選取閥門開度u為控制量a = addmf(a,'output',1,'NB','zmf',-4,-2);a =addmf(a,'output',1,'NS','trimf',-4,-2,0);a =addmf(a,'output',1,'ZO','trimf',-2,0,2);a =addmf(a,'ou

13、tput',1,'PS','trimf',0,2,4);a = addmf(a,'output',1,'PB','smf',2,4);%建立模糊規(guī)則rulelist=11511 12511 13511 14511 15511 21511 22511 23411 24411 25311 31511 32411 33311 34211 35111 41311 42411 43211 44111 45111 51111 52111 53111 54111 55111;a = addrule(a,rulelist)

14、;%設(shè)置反模糊化算法a1 = setfis(a,'DefuzzMethod','mom');writefis(a1,'tank');a2 = readfis('tank'); %可代入計(jì)算的figure(1);plotfis(a2);figure(2);plotmf(a,'input',1);figure(3);plotmf(a,'input',2);figure(4);plotmf(a,'output',1);%展示e、ec和u的對(duì)應(yīng)關(guān)系showrule(a);ruleview('tank');% 實(shí)時(shí)調(diào)控r_t=0;%初始值r（0）=0；r_tf=0;Ulist=0;r_aim=30;%目標(biāo)值n=50;%進(jìn)行100次校核record=zeros(1,n);%記錄r的變化for i=1:n r_t=r_tf+Ulist; e=(r_t-r_aim)*0.1;%獲取差值