上傳人：伊***

認(rèn)證信息

認(rèn)證類型：個(gè)人認(rèn)證

認(rèn)證主體：曹**（實(shí)名認(rèn)證）

IP屬地：上海

IP屬地：上海 上傳時(shí)間：2022-03-05 格式：DOCX 頁數(shù)：13 大?。?64.01KB 積分：20 舉報(bào) 版權(quán)申訴

1、.6 模糊控制器設(shè)計(jì)實(shí)例1、單輸入模糊控制器的設(shè)計(jì)【例5.12】已知某汽溫控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5.10所示，采用噴水減溫進(jìn)行控制。設(shè)計(jì)單輸入模糊控制器，觀察定值擾動(dòng)和內(nèi)部擾動(dòng)的控制效果。圖5.10 單回路模糊控制系統(tǒng)按表5-2確定模糊變量E、U的隸屬函數(shù)，按表5-3確定模糊控制規(guī)則，選擇溫度偏差e、控制量u的實(shí)際論域：，則可得到該系統(tǒng)的單輸入模糊控制的仿真程序如FC_SI_main.m所示，仿真結(jié)果如圖5.11所示。設(shè)溫度偏差e、控制量u的實(shí)際論域：，選擇e、u的等級(jí)量論域?yàn)榱炕蜃?。選擇模糊詞集為NB,NS,ZO,PS,PB，根據(jù)人的控制經(jīng)驗(yàn)，確定等級(jí)量E，U的隸屬函數(shù)曲線如圖5-8 所示。根據(jù)

2、隸屬函數(shù)曲線可以得到模糊變量E、U的賦值表如表5-3所示。圖5-8 E，U的隸屬函數(shù)曲線表5-3 模糊變量E、U的賦值表()等級(jí)量E、U-3-2-10123PB000000.51PS000010.50ZO000.510.500NS00.510000NB10.500000依據(jù)人手動(dòng)控制的一般經(jīng)驗(yàn)，可以總結(jié)出一些控制規(guī)則，例如：若誤差E為O，說明溫度接近希望值，噴水閥保持不動(dòng)；若誤差E為正，說明溫度低于希望值，應(yīng)該減少噴水；若誤差E為負(fù)，說明溫度高于希望值，應(yīng)該增加噴水。若采用數(shù)學(xué)符號(hào)描述，可總結(jié)如下模糊控制規(guī)則：若E負(fù)大，則U正大；若E負(fù)小，則U正?。蝗鬍為零，則U為零；若E正小，則U負(fù)??；若E

3、正大，則U負(fù)大。寫成模糊推理句:if E=NB then U=PBif E=NS then U=PSif E=ZO then U=ZOif E=PS then U=NSif E=PB then U=NB由上述的控制規(guī)則可得到模糊控制規(guī)則表，如表5-4所示。表5-4 模糊控制規(guī)則表ENBNSZOPSPBUPBPSZONSNB模糊控制規(guī)則實(shí)際上是一組多重條件語句，它可以表示從誤差論域E到控制量論域U的模糊關(guān)系R。按著上述控制規(guī)則，可以得到該溫度偏差與噴水閥門開度之間的模糊關(guān)系：計(jì)算模糊關(guān)系矩陣R的子程序如F_Relation_1.m所示。%模糊關(guān)系計(jì)算子程序F_Relation_1.cfuncti

4、on R,mfe,mfu,ne,nu,Me=F_Relation_1%#輸入模糊變量賦值表(表5-3)#ne=7;%等級(jí)量e的個(gè)數(shù)nu=7;%等級(jí)量u的個(gè)數(shù)Me=0 0 0 0 0 0.5 1;0 0 0 0 1 0.5 0;0 0 0.5 1 0.5 0 0; 0 0.5 1 0 0 0 0;1 0.5 0 0 0 0 0;Mu=Me;%#定義模糊變量及其語言值 1=PB,2=PS,3=O,4=NS,5=NB，并輸入模糊控制規(guī)則表（表5-4）#mfc=5;%模糊變量E的語言值個(gè)數(shù)，控制規(guī)則表列數(shù) E=5 4 3 2 1;UC=1 2 3 4 5;%#計(jì)算R=E×U#R=zeros(

5、ne,nu);for i=1:mfc iu=UC(i); ie=E(i); for k=1:ne for l=1:nu if Me(ie,k)<Mu(iu,l) Reu(k,l)=Me(ie,k); else Reu(k,l)=Mu(iu,l); end end end for k=1:ne for l=1:nu if Reu(k,l)>R(k,l) R(k,l)=Reu(k,l); end end endend運(yùn)行結(jié)果如下：由此，可以得到各種輸入時(shí)，模糊控制器的輸出：單輸入時(shí)： （5-5）雙輸入時(shí)： （5-6）三輸入時(shí)： （5-7）例如：單輸入時(shí)，設(shè)，根據(jù)前面的等級(jí)量劃分原則，其

6、等級(jí)量，由表5-2可以查出。根據(jù)式（5-5）可以得到：其模糊決策子程序如F_Deduce_1.m所示。%單輸入時(shí)模糊決策子程序F_Deduce_1.mfunction FU=F_Deduce_1(fe,R,ne,nu)for i=1:nu for j=1:ne if fe(j)<R(j,i) feu(j)=fe(j); else feu(j)=R(j,i); end end FU(i)=max(feu);end%單輸入模糊控制仿真程序FC_SI_main.m，被控對(duì)象W(s)=-1.1/(35s+1)4)clear allDT=1;ST=1500;LP=ST/DT; A1=exp(-DT

7、/35);B1=1-A1;x(1:4)=0;ur=0;%#設(shè)置e、u的初始論域及其等級(jí)量論域，計(jì)算量化因子及比例因子#em=1.5;EM=3;Ke=EM/em;UM=3;um=1.5;Ku=um/UM;%#調(diào)用計(jì)算模糊關(guān)系矩陣R的子程序F_Relation_1.m#R,mfc,ne,nu,Me=F_Relation_1；%#for k=1:LP %#計(jì)算FC的輸出# e=1-x(4);%計(jì)算偏差量e e1=round(Ke*e);%把e轉(zhuǎn)化成等級(jí)量 if e1>EM;e1=EM;end if e1<-EM;e1=-EM;end j=e1+EM+1; Fi=1; for i=2:mu

8、 if Me(i,j)>Me(i-1,j);Fi=i;end;%得到模糊語言值 end U=F_Deduce_1(Me(Fi,:),R,ne,nu);%調(diào)用模糊決策子程序 %加權(quán)平均法判決控制器的輸出 Su=0;S=0; for i=-UM:UM Su=Su+i*U(i+UM+1);S=S+U(i+UM+1); end u=Ku*Su/S+ur; %*仿真計(jì)算被控對(duì)象* x(1)=A1*x(1)-1.1*B1*u; x(2)=A1*x(2)+B1*x(1); x(3)=A1*x(3)+B1*x(2); x(4)=A1*x(4)+B1*x(3); y1(k)=x(4); u1(k)=u;

9、t(k)=k*DT; if t(k)>800;ur=0.5;end;%800秒后加入內(nèi)擾end plot(t,y1)hold on;plot(t,u1,'-')圖5.11 單輸入模糊控制器的控制效果從上述的仿真結(jié)果可以看到，定值擾動(dòng)時(shí)系統(tǒng)可以達(dá)到穩(wěn)定，但是有很大的靜差，不能滿足工程上的要求，究其原因是，模糊控制器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)具有繼電器型非線性特性的控制器（如圖5.11中所示的u），沒有積分作用，對(duì)于有自平衡對(duì)象一定會(huì)產(chǎn)生靜差，而且系統(tǒng)極容易產(chǎn)生震蕩。從圖5.11就可看出，雖然設(shè)計(jì)的模糊控制器對(duì)定值擾動(dòng)是穩(wěn)定的，但對(duì)于內(nèi)擾并不能使其穩(wěn)定。非線性控制器的控制效果取決于各變量的

10、論域及擾動(dòng)量的大小【1】，因此，模糊控制器的大范圍工程應(yīng)用還有許多問題需要研究。2、雙輸入模糊控制器的設(shè)計(jì)【例5.13】對(duì)于圖5.10所示的系統(tǒng)，設(shè)計(jì)雙輸入模糊控制器，觀察定值擾動(dòng)和內(nèi)部擾動(dòng)的控制效果。下面考慮兩個(gè)輸入的情況：設(shè)溫度偏差e、偏差變化率ec及控制量u的實(shí)際論域：，選擇它們的等級(jí)量論域分別為量化因子，假設(shè)選取E的模糊變量詞集為選取模糊變量E的賦值表如表5-5所示。表5-5 e的等級(jí)量與模糊量的關(guān)系 EE-6-5-4-3-2-1-0+0+1+2+3+4+5+6PB00000000000.10.40.81.0PM0000000000.20.71.00.70.2PS00000000.30

11、.81.00.50.100PO000000 01.00.60.10000NO00000.10.61.00000000NS000.10.51.00.80.30000000NM0.20.71.00.70.2000000000NB1.00.80.40.10000000000選取EC、U的模糊變量詞集為選取模糊變量EC的賦值表如表5-2所示，模糊變量U的賦值表如表5-6所示。表5-6等級(jí)量U與模糊量U的關(guān)系 UU-7-6-5-4-3-2-10+1+2+3+4+5+6+7PB000000000000.10.40.81.0PM0000000000.20.71.00.70.20PS00000000.41.0

12、0.80.40.1000ZO0000000.5 1.00.5000000NS0000.10.40.81.00.40000000NM00.20.71.00.70.2000000000NB1.00.80.40.100000000000現(xiàn)將操作者在操作過程中遇到的各種出現(xiàn)的情況和相應(yīng)的控制策略匯總為表5-7。表5-7 雙輸入時(shí)的模糊控制規(guī)則表 E UECNBNMNSNOPOPSPMPBNBPBPBPMPMPMPSZOZONMPBPBPMPMPMPSZOZONSPBPBPMPSPSZONSNMZOPBPMPSZOZONSNMNBPSPMPMPSZONSNSNMNBPMPMPSZONSNMNMNBNBP

13、BPSZONSNMNMNBNBNB下面說明建立模糊控制規(guī)則表的基本思想。首先考慮誤差為負(fù)的情況，當(dāng)誤差（希望值減去溫度值）為負(fù)大時(shí)（說明溫度高于希望值），若誤差變化率也為負(fù)，這時(shí)誤差有增大的趨勢(shì)，為盡快消除已有的負(fù)大誤差并抑制誤差變大，所以控制量的變化取正大（控制量增大，意味著噴水閥門開度增大，噴水量增加，使得溫度下降，下同）。當(dāng)誤差為負(fù)而誤差變化率為正時(shí)，系統(tǒng)本身已有減少誤差的趨勢(shì)，所以，為盡快消除誤差而又不超調(diào)，應(yīng)取較小的控制量。當(dāng)誤差為負(fù)中時(shí)，控制量的變化應(yīng)使誤差盡快消除，基于這種原則，控制量的變化選取同誤差為負(fù)大時(shí)相同。當(dāng)誤差為負(fù)小時(shí)，系統(tǒng)接近穩(wěn)態(tài)，若誤差變化微小時(shí)，選取控制量變化為正

14、中，以抑制誤差往負(fù)方向變化；若誤差變化為正時(shí)，系統(tǒng)本身有消除負(fù)小的誤差的趨勢(shì)，選取控制量變化為正小。上述選取控制量變化的原則：當(dāng)誤差大或較大時(shí)，選擇控制量以盡快消除誤差為主；當(dāng)誤差較小時(shí)，選擇控制量要注意防止超調(diào)，以系統(tǒng)穩(wěn)定性為主要出發(fā)點(diǎn)。按著上述控制規(guī)則，可以得到溫度偏差及偏差變化率與噴水閥門開度之間的模糊關(guān)系：其中角標(biāo)E，EC，U分別表示誤差、誤差變化率和控制量。設(shè)e、ec、u的等級(jí)量分別為nfe、nfec、nfu，則R是一個(gè)行列的矩陣。計(jì)算模糊關(guān)系矩陣R的子程序如F_Relation_2.m所示。%模糊關(guān)系計(jì)算子程序F_Relation_2.cfunction R,n,nE,nEC,nU

15、,nfe,nfec,nfu,Me,Mec=func()%#定義E的模糊變量值1=PB,2=PM,3=PS,4=-O,5=+0,6=NS,7=NM,8=NB并輸入表（5-5）#nE=8;%模糊變量E的語言值個(gè)數(shù)¸控制表列數(shù)E=8 7 6 5 4 3 2 1;nfe=14;%E的等級(jí)量個(gè)數(shù)Me=0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.1 0.4 0.8 1.0; 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.2 0.7 1.0 0.7 0.2; 0 0 0 0 0 0 0 0.3 0.8 1.0 0.5 0.1 0 0; 0 0 0 0 0 0 0 1.0 0.6 0.1 0 0 0 0;

16、 0 0 0 0 0.1 0.6 1.0 0 0 0 0 0 0 0; 0 0 0.1 0.5 1.0 0.8 0.3 0 0 0 0 0 0 0; 0.2 0.7 1.0 0.7 0.2 0 0 0 0 0 0 0 0 0; 1.0 0.8 0.4 0.1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0;%#定義EC的模糊變量值1=PB,2=PM,3=PS,4=0,5=NS,6=NM,7=NB并輸入表（5-2）#nEC=7;% 模糊變量EC的語言值個(gè)數(shù)¸控制表行數(shù)EC=7 6 5 4 3 2 1;nfec=13;%EC的等級(jí)量個(gè)數(shù)Mec=0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.1 0.4

17、0.8 1.0; 0 0 0 0 0 0 0 0 0.2 0.7 1.0 0.7 0.2; 0 0 0 0 0 0 0 0.9 1.0 0.7 0.2 0 0; 0 0 0 0 0 0.5 1.0 0.5 0 0 0 0 0; 0 0 0.2 0.7 1.0 0.9 0 0 0 0 0 0 0; 0.2 0.7 1.0 0.7 0.2 0 0 0 0 0 0 0 0;1.0 0.8 0.4 0.1 0 0 0 0 0 0 0 0 0; %#定義U的模糊變量值1=PB,2=PM,3=PS,4=0,5=NS,6=NM,7=NB并輸入表（5-6）#nU=7;% 模糊變量U的語言值個(gè)數(shù)U=7 6 5

18、4 3 2 1;nfu=15;%U的等級(jí)量個(gè)數(shù)Mu=0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.1 0.4 0.8 1.0; 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.2 0.7 1.0 0.7 0.2 0; 0 0 0 0 0 0 0 0.4 1.0 0.8 0.4 0.1 0 0 0; 0 0 0 0 0 0 0.5 1.0 0.5 0 0 0 0 0 0; 0 0 0 0.1 0.4 0.8 1.0 0.4 0 0 0 0 0 0 0; 0 0.2 0.7 1.0 0.7 0.2 0 0 0 0 0 0 0 0 0; 1.0 0.8 0.4 0.1 0 0 0 0 0 0 0 0 0

19、0 0;%#輸入模糊控制規(guī)則表（表5-7）#nfc=8;%模糊變量E的語言值個(gè)數(shù)，模糊控制表列數(shù)mfc=7;%模糊變量EC的語言值個(gè)數(shù)，模糊控制表行數(shù)UC=1 1 2 2 2 3 4 4;1 1 2 2 2 3 4 4;1 1 2 3 3 4 5 6;1 2 3 4 4 5 6 7; 2 2 3 4 5 5 6 7;2 3 4 5 6 6 7 7;3 4 5 6 6 7 7 7;%#計(jì)算R=（E×EC×U）#R=zeros(nfe*nfec,nfu);for i=1:mfc for j=1:nfc %E×EC ie=E(j); iec=EC(i); for k=1

20、:nfe for l=1:nfec if Me(ie,k)<Mec(iec,l) Reec(k,l)=Me(ie,k); else Reec(k,l)=Mec(iec,l); end end end %E×EC×U iu=UC(i,j); n=0; for k=1:nfe for l=1:nfec n=n+1; for t=1:nfu if Reec(k,l)<Mu(iu,t) Reecu(n,t)=Reec(k,l); else Reecu(n,t)=Mu(iu,t); end end end end for k=1:n for l=1:nfu if Reec

21、u(k,l)>R(k,l) R(k,l)=Reecu(k,l); end end end endend雙輸入時(shí)，先根據(jù)e、ec計(jì)算出相應(yīng)的等級(jí)量E、EC，再根據(jù)表（5-2）查出相應(yīng)的，然后按式（5-6）計(jì)算出模糊控制器的輸出。其模糊決策子程序如F_Deduce_2.m所示。%雙輸入時(shí)模糊決策子程序F_Deduce_2.mfunction FU=F_Deduce_2(fe,fec,R,n,nfe,nfec,nfu)%#計(jì)算E×EC#n=0;for i=1:nfe for j=1:nfec n=n+1; if fe(i)<fec(j) feec(n)=fe(i); else

22、feec(n)=fec(j); end endend%#計(jì)算(E×EC)。R#for l=1:nfu for i=1:n if feec(i)<R(i,l) fu(i)=feec(i); else fu(i)=R(i,l); end FU(l)=max(fu); endend按著前面的設(shè)計(jì)過程，可以得到雙輸入模糊控制主程序，如FC_MI_main.m所示。%單輸入單變量模糊控制仿真程序FC_SI_main.m，被控對(duì)象W(s)=-1.1/(35s+1)4)clear allDT=1;ST=1500;LP=ST/DT; A1=exp(-DT/35);B1=1-A1;x(1:4)=

23、0;ur=0;e0=0;%#設(shè)置e、ec、u的初始論域及其等級(jí)量論域，計(jì)算量化因子及比例因子#em=2;EM=6;Ke=EM/em;ecm=2;ECM=6;Kec=ECM/ecm;UM=7;um=2;Ku=um/UM;U=-7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7;%#調(diào)用計(jì)算模糊關(guān)系矩陣R的子程序F_Relation_2.m#R,n,nE,nEC,nU,nfe,nfec,nfu,Me,Mec=F_Relation_2;%#for k=1:LP %#計(jì)算FC輸出# %#變量e模糊化處理# e=1-x(4);% 計(jì)算輸入e的確切量 e1=round(Ke*e);%把

24、e轉(zhuǎn)換成等級(jí)量 if e1>EM;e1=EM;end if e1<-EM;e1=-EM;end if e1<0;j=e1+EM+1;end if (e1=0)&(e<0);j=7;end if (e1=0)&(e>0);j=8;end if e1>0;j=e1+EM+2;end %得到e的模糊語言值Fi=1;mfE=Me(1,j); for i=2:nE if Me(i,j)>mfE;Fi=i;mfE=Me(i,j);end end fe=Me(Fi,:); %#變量ec模糊化處理# ec=(e-e0)/DT; e0=e;計(jì)算ec的確切

25、量 ec1=round(Kec*ec);% 把ec轉(zhuǎn)換成等級(jí)量 if ec1>ECM;ec1=ECM;end if ec1<-ECM;e1=-ECM;end j=ec1+ECM+1; Fi=1; %得到ec的模糊語言值Fi=1;mfEC=Mec(1,j); for i=2:nEC if Mec(i,j)>mfEC;Fi=i;mfEC=Mec(i,j);end end fec=Mec(Fi,:); %#調(diào)用模糊決策子程序，求出控制量# FU=F_Deduce_2(fe,fec,R,n,nfe,nfec,nfu); %最大隸屬度法判決控制器的輸出 nU=1;mFU=FU(1);

26、for i=2:nfu if FU(i)>mFU;nU=i;mFU=FU(i);end endu=Ku*U(nU)+ur; %*仿真計(jì)算被控對(duì)象* x(1)=A1*x(1)-1.1*B1*u; x(2)=A1*x(2)+B1*x(1); x(3)=A1*x(3)+B1*x(2); x(4)=A1*x(4)+B1*x(3); y1(k)=x(4); u1(k)=u; t(k)=k*DT; if t(k)>800;ur=0.5;end;%800秒后加入內(nèi)擾end plot(t,y1)hold on;plot(t,u1,'-')圖5.12 雙輸入模糊控制器的控制效果雙輸入模糊控制器能使系統(tǒng)快速達(dá)到穩(wěn)定，但是，仍然存在很大的靜差，不滿足工程需要。與單輸入模糊控制器一樣，仍不能使內(nèi)擾時(shí)穩(wěn)定。從上述的模糊控制器的設(shè)計(jì)過程可以看出，當(dāng)選擇了e、ec、u的基本論域、等級(jí)量（E、EC、U）論域、模糊量（E、EC、U）論域及控制規(guī)則后，模糊關(guān)系R就已確定，因此，可以在進(jìn)行實(shí)時(shí)控制前，把控制量U全部算出，形成一個(gè)控制表，實(shí)時(shí)控制時(shí)，根據(jù)E和EC，從控制表中即可查找到相應(yīng)的控制量U，這樣可以大大提高實(shí)時(shí)控制時(shí)的計(jì)算速度。對(duì)于本例的模糊控制表的計(jì)算程序如FC_MI_CTable.m