模糊控制作業(yè)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上模糊控制理論與應(yīng)用專 業(yè)：姓 名：學(xué) 號：指導(dǎo)教師：完成時間：二一一年八月1、設(shè)在論域e(誤差)-4，-2，0，2，4和控制電壓u=0，2，4，6，8上定義的模糊子集的隸屬度函數(shù)分別如圖1、2所示。專心-專注-專業(yè)圖1圖2已知模糊控制規(guī)則：規(guī)則1：如果誤差e為ZE，則u為ZE；規(guī)則2：如果誤差e為PS，則u為NS。試應(yīng)用瑪達尼推理法計算當(dāng)輸入誤差e=0.6時，輸出電壓u=?（精確化計算采用重心法）采用重心法去模糊化解答：（1）輸入輸出模糊化1) 確定輸入輸出變量，2) 確定輸入輸出變量的模糊語言值（模糊集合）3) 建立隸屬度函數(shù)方程對于誤差來說：對于控制電壓來說：（2

2、）根據(jù)經(jīng)驗建立模糊控制規(guī)則：IF(e)NBNSZEPSPBTHEN(u)PBPSZENSNB（3）1）根據(jù)規(guī)則1：規(guī)則1、如果誤差e是ZE，則控制U為ZE;有：誤差由規(guī)則1得到故控制：解得：U11=3.4，U12=4.6；2）根據(jù)規(guī)則2、如果誤差e是PS，則控制U為NS;誤差由規(guī)則2得到故控制：解得：U21=0.6，U22=3.4；3）根據(jù)重心法，去模糊化輸出電壓為：2、已知某一加爐爐溫控制系統(tǒng)，要求溫度保持在600恒定。目前此系統(tǒng)采用人工控制方式，并有以下控制經(jīng)驗（1）若爐溫低于600，則升壓；低得越多升壓越高。（2）若爐溫高于600，則降壓；高得越多降壓越低。（3）若爐溫等于600，則保持

3、電壓不變。設(shè)模糊控制器為一維控制器，輸入語言變量為誤差，輸出為控制電壓。兩個變量的量化等級為七級、取五個語言值。隸屬度函數(shù)根據(jù)確定的原則任意確定。試按常規(guī)模糊邏輯控制器的設(shè)計方法設(shè)計出模糊邏輯控制表。解答：兩個變量的量化等級為七級、取五個語言值。量化等級為七級量化等級-3-2-10123五個語言值PB、PS、ZE、NS、NB給定值600模糊控制器選用的系統(tǒng)的實際溫度T與溫度給定值Td的誤差作為輸入語言變量，把控制加熱裝置的供電電壓u選作輸出語言變量。溫度900以上800700600500400300以下誤差為E-300-200-1000100200300控制電壓U10202530354050量

4、化等級-3-2-10123狀態(tài)變量相關(guān)的隸屬度函數(shù)PB000000.31PS00000.410.4ZE000.110.100NS0.410.40000NB10.300000誤差隸屬度函數(shù)模糊輸出量隸屬度函數(shù)規(guī)則1、如果誤差e是NB，則控制U為NB;規(guī)則2、如果誤差e是NS，則控制U為NS;規(guī)則3、如果誤差e是ZE，則控制U為ZE;規(guī)則4、如果誤差e是PS，則控制U為PS;規(guī)則5、如果誤差e是PB，則控制U為PB;按照離散重心法：重心法重心法 是取模糊隸屬度函數(shù)的曲線與橫坐標(biāo)圍城面積的重心為模糊推理最終輸出值。連續(xù)：模糊控制邏輯表離散：1)從誤差隸屬度圖看到PB,PS規(guī)則4、如果誤差e是PS，則

5、控制U為PS;誤差由規(guī)則4得到控制：規(guī)則5、如果誤差e是PB，則控制U為PB;誤差由規(guī)則5得到控制：最后的輸出增量為上面兩條控制量的合成，模糊輸出量隸屬度函數(shù)精確化控制輸出：2)從誤差隸屬度圖看到PB,PS規(guī)則4、如果誤差e是PS，則控制U為PS;誤差由規(guī)則4得到控制：規(guī)則5、如果誤差e是PB，則控制U為PB;誤差由規(guī)則5得到控制：最后的輸出增量為上面兩條控制量的合成，模糊輸出量隸屬度函數(shù)精確化控制輸出：3)從誤差隸屬度圖看到PS,ZE規(guī)則3、如果誤差e是ZE，則控制U為ZE;誤差由規(guī)則3得到控制：規(guī)則4、如果誤差e是PS，則控制U為PS;誤差由規(guī)則4得到控制：最后的輸出增量為上面兩條控制量的

6、合成，模糊輸出量隸屬度函數(shù)精確化控制輸出：4)從誤差隸屬度圖看到ZE規(guī)則3、如果誤差e是ZE，則控制U為ZE;誤差由規(guī)則3得到控制：最后的輸出增量為上面一條控制量的合成，模糊輸出量隸屬度函數(shù)精確化控制輸出：5)從誤差隸屬度圖看到ZE,NS規(guī)則2、如果誤差e是NS，則控制U為NS;誤差由規(guī)則1得到控制：規(guī)則3、如果誤差e是ZE，則控制U為ZE;誤差由規(guī)則3得到控制：最后的輸出增量為上面兩條控制量的合成，模糊輸出量隸屬度函數(shù)精確化控制輸出：6)從誤差隸屬度圖看到NS,NB規(guī)則1、如果誤差e是NB，則控制U為NB;誤差由規(guī)則1得到控制：規(guī)則2、如果誤差e是NS，則控制U為NS;誤差由規(guī)則2得到控制：

7、最后的輸出增量為上面兩條控制量的合成，模糊輸出量隸屬度函數(shù)精確化控制輸出：7)從誤差隸屬度圖看到NS,NB，規(guī)則1、如果誤差e是NB，則控制U為NB;誤差由規(guī)則1得到，控制：；規(guī)則2、如果誤差e是NS，則控制U為NS;誤差由規(guī)則2得到控制：，最后的輸出增量為上面兩條控制量的合成，模糊輸出量隸屬度函數(shù)精確化控制輸出：溫度900以上800700600500400300以下誤差為E-300-200-1000100200300因此模糊邏輯控制表E-3-2-10123控制電壓U13.3333202030404046.66673、假設(shè)受控對象為，選擇K1=K2=Ku=1及，這樣可以建立起如圖3所示的仿真框

8、圖，對該系統(tǒng)進行仿真則可以得出輸出曲線和控制器參數(shù)曲線。圖3解答：模糊PID控制器的典型結(jié)構(gòu)如圖4所示。由于直接用模塊搭建前面的模糊PID控制器算法比較復(fù)雜，所以這里采用S-函數(shù)的形式來構(gòu)造該模塊?？紤]到本題想顯示變化的Kp，,Ki，Kd系數(shù)，所以暫時選擇輸出個數(shù)為4；輸入信號可以選擇兩路，即這樣可以容易地編寫出如下的S-函數(shù)來表示模糊PID控制器的核心部分。圖4 模糊PID控制器控制框圖functionsys,x0,str,ts=fuz_pid(t,x,u,flag,T,aFuz,fx0,gam)switch flag, case 0, sys,x0,str,ts=mdlInitialize

9、Sizes(T); case 2, sys=mdlUpdates(x,u); case 3, sys=mdlOutputs(x,u,T,aFuz,fx0,gam); case 1,4,9, sys=; otherwise,error('Unhandledflag= ',num2str(flag);end;functionsys,x0,str,ts=mdlInitializeSizes(T)sizes=simsizes;sizes.NumContStates=0; sizes.NumDiscStates=3;sizes.NumOutputs=4; sizes.NumInputs=

10、2;sizes.DirFeedthrough=0; sizes.NumSampleTimes=1;sys=simsizes(sizes);x0=zeros(3,1);str=;ts=T 0;function sys=mdlUpdates(x,u)sys=u(1);x(2)+u(1);u(1)-u(2);function sys=mdlOutputs(x,u,T,aFuz,fx0,gam)Kpid=fx0+gam(:).*evalfis(x(1,3),aFuz)'sys=Kpid'*x;Kpid;有了核心的S-函數(shù)，則可以構(gòu)造封裝出模糊PID控制模塊，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5所示，該圖中

11、引用了S-函數(shù)fuz_pid.m，其參數(shù)對話框如圖6所示，整個PID控制器的參數(shù)設(shè)置對話框如圖7所示。圖5 模糊PID控制器結(jié)構(gòu)圖6 fuz_pid模塊參數(shù)設(shè)置圖7 模糊PID控制器參數(shù)對話框在模糊P1D控制器中，根據(jù)經(jīng)驗可以構(gòu)造出表1中給出的參數(shù)變化表，根據(jù)該模糊表可以MATLAB環(huán)境下輸入該模糊推理系統(tǒng)，該系統(tǒng)仍有兩輸入，但和前面不同的是，該系統(tǒng)將有三路輸出，分別對應(yīng)于，。根據(jù)模糊規(guī)則表，可以用fuzzy()函數(shù)可視地建立起整個模糊推理系統(tǒng)c7fuzpid.fis，該系統(tǒng)有兩路輸入和三路輸出，如圖8所示。該模型中選擇輸入和輸出變量的范圍均為(-3，3)，為方便起見，應(yīng)該保持該模糊推理系統(tǒng)的

12、輸入、輸出變量范圍，而推理結(jié)果可以由系數(shù)來修正。在模糊系統(tǒng)中，模糊規(guī)則編輯程序界面如圖9所示，而得出的3個規(guī)則曲面在圖10中給出。表1 PID控制器模糊邏輯NBNMNSZEPSPMPBNBNMNSZEPSPMPBNBNMNSZEPSPMPBNBPBPBPMPMPSZEZENBNBNMNMNSZEZEPSNSNBNBNBNMPSNMPBPBPMPSPSZEZENBNBNMNSNSZEZEPSNSNBNBNBNMPSNSPMPMPMPMZENSNSNBNMNSNSZEPSPSZENSNMNMNSNSZEZEPMPMPSZENSNMNMNMNMNSZEPSPMPMZENSNSNSNSNSZEPSPSPSZENSNSNMNMNMNSZ