Matlab模糊控制PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1Matlab模糊控制模糊控制 五個(gè)基本GUI工具以及與模糊推理系統(tǒng)之間的關(guān)系如下圖所示： 第1頁(yè)/共61頁(yè)u FIS編輯器為系統(tǒng)處理高層屬性：多少輸入和輸出變量? 它們的名字是什么? 模糊邏輯工具箱不限制輸入的數(shù)量。但是輸入數(shù)量受到所用計(jì)算機(jī)可用內(nèi)存的限制。如果輸入數(shù)量太大或隸屬度函數(shù)的數(shù)量太大，那么很難使用其它GUI工具分析FIS。u 隸屬度函數(shù)編輯器用于定義對(duì)應(yīng)于每個(gè)變量的隸屬度函數(shù)的形狀。u 規(guī)則編輯器用于定義系統(tǒng)行為的一系列規(guī)則。u 規(guī)則觀察器是一個(gè)基于MATLAB的用于顯示模糊推理方框圖的工具?？梢杂米饕粋€(gè)診斷工具，例如它可以：顯示哪一條規(guī)則正在使用，或者單獨(dú)的隸屬度函數(shù)的形

2、狀是如何影響結(jié)果的。u 曲面觀察器用于顯示一個(gè)輸出與一個(gè)或兩個(gè)輸入之間的依賴情況，即它為系統(tǒng)生成和繪制輸出曲面映射。 這里，我們將從一個(gè)例子開(kāi)始介紹使用GUI構(gòu)造FIS的過(guò)程，其主要過(guò)程如下圖所示： 第2頁(yè)/共61頁(yè) 5個(gè)基本GUI可以相互作用并交換信息。它們中的任意一個(gè)可以對(duì)工作空間和磁盤進(jìn)行讀和寫，只讀型觀察器仍可以與工作空間和/或磁盤交換圖形。對(duì)于任意模糊推理系統(tǒng)，可以打開(kāi)任意或所有這5個(gè)GUI。如果對(duì)一個(gè)系統(tǒng)打開(kāi)一個(gè)以上的編輯器，各種GUI窗口可以知道其它GUI窗口的存在，并且如果必需的話，將更新相關(guān)的窗口。例如，如果使用隸屬度函數(shù)編輯器改變了隸屬度函數(shù)的名字，這些改變將反映在規(guī)則編輯

3、器中第3頁(yè)/共61頁(yè)顯示的規(guī)則中。編輯器可同時(shí)打開(kāi)任意數(shù)量的不同的FIS系統(tǒng)。FIS編輯器、隸屬度函數(shù)編輯器和規(guī)則編輯器都可以讀和修改FIS數(shù)據(jù)，但是規(guī)則觀察器和曲面觀察器無(wú)法修改FIS數(shù)據(jù)。3.2 實(shí)例的問(wèn)題引出 我們從一個(gè)雙輸入、單輸出小費(fèi)問(wèn)題(基于美國(guó)的小費(fèi)習(xí)慣)的基本描述開(kāi)始。 基本小費(fèi)問(wèn)題：給定一個(gè)0至10之間的一個(gè)數(shù)表示飯店的服務(wù)質(zhì)量(這里10表示非常好)，另一個(gè)0至10之間的一個(gè)數(shù)表示飯店的食品質(zhì)量(10也表示非常好)，小費(fèi)應(yīng)是多少? 我們研究的起始點(diǎn)是基于飯店中個(gè)人多年經(jīng)驗(yàn)寫下的小費(fèi)三條黃金規(guī)則： 1) 如果服務(wù)差或食品差，那么小費(fèi)低。2) 如果服務(wù)好。那么小費(fèi)中等。3) 如果

4、服務(wù)極好或食品極好，那么小費(fèi)高。 第4頁(yè)/共61頁(yè) 我們假設(shè)，小費(fèi)低是5，中等小費(fèi)是15%，小費(fèi)高是25%。對(duì)小費(fèi)函數(shù)的形狀是什么有一個(gè)下圖所示的模糊形狀的概念非常有用。 小費(fèi)函數(shù)的形狀 第5頁(yè)/共61頁(yè) 當(dāng)然，曲線的數(shù)量和形狀受當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)、文化喜好影響，但三條規(guī)則相當(dāng)通用?，F(xiàn)在，我們知道了這些規(guī)則，并且對(duì)輸出的形狀也有了概念。讓我們對(duì)這一決策過(guò)程使用CUI構(gòu)造模糊推理系統(tǒng)。3.3 FIS 編輯器 表示這些菜單項(xiàng)允許你使用5個(gè)基本GUI工具中的任何一個(gè)保存、打開(kāi)或編輯模糊系統(tǒng)。 系統(tǒng)名顯示在這里，可以使用Save as菜單項(xiàng)改變它。 表示這些下拉式菜單用于選擇模糊推理函數(shù)，例如反模糊化方法。 表

5、示此狀態(tài)行描述了最近的當(dāng)前操作。 表示雙擊輸入變量圖標(biāo)打開(kāi)隸屬度函數(shù)編輯器。 表示雙擊系統(tǒng)方框圖標(biāo)打開(kāi)規(guī)則編輯器。 表示雙擊輸出變量圖標(biāo)打開(kāi)隸屬度函數(shù)編輯器。 在Matlab Command Windows下鍵入 fuzzy , 啟動(dòng)FIS編輯器，其窗口如下圖所示，圖中標(biāo)注處的含義如下： 第6頁(yè)/共61頁(yè)表示此編輯框域用于命名和編輯輸入和輸出變量的名字。第7頁(yè)/共61頁(yè) FIS編輯器顯示有關(guān)模糊推理系統(tǒng)的一般信息。在上半部用簡(jiǎn)單的方框圖形式列出了模糊推理系統(tǒng)的基本組成部分：輸入模糊變量、模糊規(guī)則和輸出模糊變量。在該圖左邊的每個(gè)方框下顯示了每個(gè)輸入變量的名字。在該圖右邊的每個(gè)方框下顯示了每個(gè)輸出

6、變量的名字。注意：顯示在框中的隸屬度函數(shù)示例只是圖標(biāo)并不表示實(shí)際的隸屬度函數(shù)的形狀。在該圖中間的白色方框中顯示了FIS名和FIS類型。 方框圖下面是系統(tǒng)的名字和使用的推理類型。缺省時(shí)是Mamdani型推理，前面我們已介紹過(guò)，并且在此例子中還將使用它。如果要使用Sugeno型推理，則在創(chuàng)建系統(tǒng)時(shí)就必須指明。在模糊推理系統(tǒng)名字下面，左邊是下拉式菜單，使用它們你可以修改推理過(guò)程的各個(gè)部分。圖的下部右邊是顯示區(qū)，用于顯示當(dāng)前選定的輸入或輸出變量的名字，以及與其相關(guān)的隸屬度函數(shù)的類型和范圍。后兩個(gè)域只能在設(shè)定隸屬度函數(shù)后指定。此區(qū)域的下面是Help和Close按鈕，它們分別調(diào)用在線幫助和關(guān)閉窗口。底部是

7、狀態(tài)欄，它用于再現(xiàn)系統(tǒng)的信息。 第8頁(yè)/共61頁(yè) 在FIS編輯器的菜單部分主要提供了如下功能： (1) 文件(File)菜單 文件菜單的主要功能包括：u New Mamdani FIS新建Mamdani型模糊推理系統(tǒng)；u New Sugeno FIS新建Sugeno型模糊推理系統(tǒng)；u Open FIS From disk從磁盤打開(kāi)一個(gè)模糊推理系統(tǒng)文件；u Save to disk將當(dāng)前的模糊推理系統(tǒng)保存到磁盤文件中；u Save to disk as將當(dāng)前的模糊推理系統(tǒng)另存為一個(gè)文件；u Open FIS From workspace從工作空間加載模糊推理系統(tǒng)；u Save to worksp

8、ace將當(dāng)前的模糊推理系統(tǒng)保存到工作空間中；u Save to workspace as將當(dāng)前的模糊推理系統(tǒng)另存到工作空間的某一個(gè)FIS矩陣中；u Print打印模糊推理系統(tǒng)的信息；u Close window關(guān)閉窗口。 第9頁(yè)/共61頁(yè) (2)編輯(Edit)菜單 編輯菜單的功能包括：uAdd input添加輸入語(yǔ)言變量；uAdd output添加輸出語(yǔ)言變量；uRemove variable刪除語(yǔ)言變量；uUndo恢復(fù)。 (3)視圖(View)菜單 視圖菜單的功能包括：uEdit membership functions打開(kāi)隸屬度函數(shù)編輯器；uEdit FIS Properties編輯模糊

9、推理系統(tǒng)的特性；uEdit Rules打開(kāi)模糊規(guī)則編輯器；uView Rules打開(kāi)模糊規(guī)則觀察器；uView Surface打開(kāi)模糊系統(tǒng)輸入、輸出特性觀察器。 第10頁(yè)/共61頁(yè) 下面我們將建立一個(gè)新的模糊推理系統(tǒng)。如果你想節(jié)省時(shí)間并快速了解建立模糊推理過(guò)程，你可以鍵入下列字符裝入Matlab已包含的例子系統(tǒng)： fuzzy tipper 這將裝入與文件tipper. fis(擴(kuò)展名fis是隱含的)相關(guān)的FIS和FIS編輯器。但是，如果你裝入這個(gè)預(yù)先建立的系統(tǒng)，你就無(wú)法了解建立規(guī)則和構(gòu)造隸屬度函數(shù)的過(guò)程。 我們將從頭開(kāi)始，建立一個(gè)全新的FIS系統(tǒng)。為此在Matlab提示符下鍵入fuzzy啟動(dòng)此

10、系統(tǒng)。 如下頁(yè)圖所示，打開(kāi)一個(gè)標(biāo)記為inputl的單輸入，標(biāo)記為outputl的單輸出的一個(gè)沒(méi)有標(biāo)題的FIS編輯器。在此例中，我們將構(gòu)造一個(gè)雙輸入、單輸出系統(tǒng)，因此打開(kāi)Edit菜單編輯器窗口并選擇Add input。將出現(xiàn)標(biāo)記為input2的第二個(gè)黃色框。在我們的例子中，兩個(gè)輸入是service，和food，一個(gè)輸出是tip。我們需將變量名改成這些名字，方法如下： 第11頁(yè)/共61頁(yè)第12頁(yè)/共61頁(yè)第13頁(yè)/共61頁(yè) 1) 單擊左邊標(biāo)記為inputl的黃色框，此框?qū)⒊蔀楦吡良t色。 2) 在右邊的空白編輯域中，將inputl改為service并按Return鍵。 3) 單擊左邊標(biāo)記為input

11、2的黃色框，此框?qū)⒊蔀楦吡良t色。 4) 在右邊的空白編輯域中，將input2改為food并按Return鍵。 5) 單擊右邊標(biāo)記為outputl的黃色框，此框?qū)⒊蔀楦吡良t色。 6) 在右邊的空白編輯域中，將outputl改為tip并按Return鍵。 7) 從File菜單選擇Save to work spaceas 打開(kāi)如下圖所示窗口。 8) 鍵入變量名tipper并單擊OK。 第14頁(yè)/共61頁(yè) 我們看到方框圖更新并反映出輸入輸出變量的新名字?，F(xiàn)在工作空間中有了一個(gè)稱為tipper的新變量，它包含有關(guān)此系統(tǒng)的所有信息?，F(xiàn)在窗口看起來(lái)如下圖所示： 如果保留左下部推理選項(xiàng)為缺省值(可滿足一般問(wèn)題

12、的要求)，那末，對(duì)此特定的GUI我們已輸入了所需的所有信息。 第15頁(yè)/共61頁(yè)3.4 隸屬度函數(shù)編輯器 下面定義與每個(gè)變量相關(guān)的隸屬度函數(shù)，為此打開(kāi)隸屬度函數(shù)編輯器。我們可以用下列三種方法之一打開(kāi)隸屬度函數(shù)編輯器。 1) 打開(kāi)Edit下拉式菜單并選擇 Membership Functions 2) 雙擊相應(yīng)變量的圖標(biāo)； 3) 在命令行鍵入mfedit。 隸屬度函數(shù)編輯器窗口如下頁(yè)圖所示，圖中標(biāo)注處的含義如下： 表示這些菜單項(xiàng)允許你使用5個(gè)基本GUI工具中的任何一個(gè)保存、打開(kāi)或編輯模糊系統(tǒng)。 表示這些文本域顯示當(dāng)前變量的名字和類型。 表示此編輯域讓你設(shè)置當(dāng)前變量的取值范圍。 表示此編輯域讓你設(shè)

13、置當(dāng)前圖形的顯示范圍。 表示此狀態(tài)行描述了最近的當(dāng)前操作。 第16頁(yè)/共61頁(yè)第17頁(yè)/共61頁(yè) 表示這是“變量模板域”。單擊這里的一個(gè)變量使其成為當(dāng)前變量，并編輯它的隸屬度函數(shù)。 表示此圖形域顯示當(dāng)前變量的所有隸屬度函數(shù)。 表示單擊一條變量以選擇它，你可以改變它的任意屬性，包括：名字、類型和數(shù)值參數(shù)。拖動(dòng)你的鼠標(biāo)移動(dòng)或改變所選隸屬度函數(shù)的形狀。 表示此編輯域讓你改變當(dāng)前隸屬度函數(shù)的名字。 表示此彈出式菜單域讓你改變當(dāng)前隸屬度函數(shù)的類型。 表示此編輯域讓你改變當(dāng)前隸屬度函數(shù)的數(shù)值參數(shù)。 隸屬度函數(shù)編輯器與FIS編輯器共享某些特征。事實(shí)上，所有5個(gè)基本GUI工具都具有類似的菜單選項(xiàng)、狀態(tài)欄、He

14、lp和Close按鈕。隸屬度函數(shù)編輯器是一個(gè)工具，它顯示和編輯與整個(gè)模糊推理系統(tǒng)相關(guān)的所有輸入、輸出變量的所有隸屬度函數(shù)。 在隸屬度函數(shù)編輯器圖形區(qū)的左上部是“變量模板”，使用它可以對(duì)一給定變量設(shè)置隸屬度函數(shù)。為設(shè)置與FIS的輸入或輸出變量相關(guān)的隸屬度函數(shù)，在此區(qū)域通過(guò)單擊它來(lái)選擇FIS變量。 第18頁(yè)/共61頁(yè) 選擇Edit下拉式菜單，并選擇Add MFs將出現(xiàn)一個(gè)新窗口，可以用它來(lái)選擇與所選變量相關(guān)的隸屬度類型和隸屬度函數(shù)數(shù)量。在窗口的右下角是控制，一旦選擇它，可以改變隸屬度函數(shù)的名字、類型和參數(shù)(形狀)。 當(dāng)前變量的隸屬度函數(shù)顯示在主圖形中。有兩種方式可以操作這些隸屬度函數(shù)。首先，可以使

15、用鼠標(biāo)選擇一個(gè)與給定變量參數(shù)相關(guān)的特定隸屬度函數(shù)，例如對(duì)變量service為poor，然后從一邊到另一邊拖動(dòng)隸屬度函數(shù)。這將影響與給定變量隸屬度函數(shù)相關(guān)的參數(shù)的數(shù)學(xué)描述(表示)，也可以膨脹或收縮選定的隸屬度函數(shù)。方法是單擊隸屬度函數(shù)上的小方框拖動(dòng)點(diǎn)，若膨脹就用鼠標(biāo)向外拖動(dòng)函數(shù)，若收縮就向內(nèi)拖動(dòng)。這將改變與隸屬度函數(shù)相關(guān)的參數(shù)。 變量模板下面是有關(guān)當(dāng)前變量類型和名字的信息。此區(qū)域有一個(gè)文本域可以改變當(dāng)前變量的上、下限，并且另一個(gè)區(qū)域讓你設(shè)置當(dāng)前圖形的上、下限，這對(duì)系統(tǒng)沒(méi)有真正的影響。 第19頁(yè)/共61頁(yè) 為雙輸入小費(fèi)問(wèn)題指定輸入隸屬度函數(shù)的過(guò)程如下： 1) 通過(guò)雙擊選擇輸入變量service。設(shè)

16、置Range和Display Range為向量0 10。 2) 從Edit菜單選擇Remove All MFs。 3) 從Edit菜單選擇Add MFs 彈出并打開(kāi)如圖所示窗口。 4) 在最左邊的駝峰曲線上單擊一次。將曲線名改為poor?？梢允褂蒙厦娼榻B的方法使用鼠標(biāo)或者鍵入希望改變的參數(shù)并單擊隸屬度函數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)隸屬度函數(shù)的形狀。此曲線的缺省參數(shù)是1.5 0。 第20頁(yè)/共61頁(yè) 5) 用good命名中間的曲線，參數(shù)取為1.5 6，excellent命名最右邊的曲線，相關(guān)參數(shù)為1.5 10。 6) 通過(guò)單擊選擇輸入變量food。設(shè)置Range和Display Range為 0 10。 7) 從E

17、dit菜單選擇Add MFs并且對(duì)輸入變量food增加兩條trapmf (梯形) 曲線。 8) 直接單擊一下最左邊的曲線。將曲線名改變?yōu)閞ancid?？梢允褂蒙厦娼榻B的方法使用鼠標(biāo)或者鍵入希望改變的參數(shù)并單擊隸屬度函數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)隸屬度函數(shù)的形狀。此曲線的缺省參數(shù)是0 0 1 3。 9) 用delicious命名最右邊的曲線，相關(guān)的參數(shù)設(shè)為7 9 10 10。 10)下一步為輸出變量tip創(chuàng)建隸屬度函數(shù)。為創(chuàng)建輸出變量的隸屬度函數(shù)，使用左邊的變量模板并選擇輸出變量tip。對(duì)輸出使用三角形隸屬度函數(shù)trimf。首先設(shè)置Range (Display Range 也第21頁(yè)/共61頁(yè)同樣)為 0 30以覆

18、蓋輸出范圍。cheap隸屬度函數(shù)將具有參數(shù)0 5 10，average隸屬度函數(shù)將是10 15 20，generous隸屬度函數(shù)將是20 25 30，到此為止，隸屬度函數(shù)的編輯工作就完成了，對(duì)應(yīng)于每個(gè)變量的隸屬度函數(shù)看起來(lái)應(yīng)如下面的圖所示：第22頁(yè)/共61頁(yè)第23頁(yè)/共61頁(yè)第24頁(yè)/共61頁(yè)3.5 規(guī)則編輯器 為調(diào)用規(guī)則編輯器，打開(kāi)Edit下拉式菜單并選擇 Membership Functions, 或在命令行鍵入rule edit。 彈出的隸屬度函數(shù)編輯器窗口如下頁(yè)圖所示，圖中標(biāo)注處的含義如下： 表示這些菜單項(xiàng)允許使用5個(gè)基本GUI工具中的任何一個(gè)保存、打開(kāi)或編輯模糊系統(tǒng)。 表示連接規(guī)則中

19、的輸入語(yǔ)句。 表示此狀態(tài)行描述了最近的當(dāng)前操作。 表示輸入或輸出選項(xiàng)菜單。 表示使用GUI工具自動(dòng)加入規(guī)則。 表示Help按鈕給出有關(guān)規(guī)則編輯器如何工作的某些信息，并且Close按鈕關(guān)閉窗口。 表示求反規(guī)則中的輸入、輸出語(yǔ)句。 表示使用GUI按鈕創(chuàng)建或編輯規(guī)則并且從輸入或輸出選項(xiàng)菜單選擇。 第25頁(yè)/共61頁(yè)第26頁(yè)/共61頁(yè) 使用圖形化規(guī)則編輯器接口構(gòu)造規(guī)則是相當(dāng)簡(jiǎn)明充分的?；谟肍IS編輯器定義的輸入、輸出變量的描述，通過(guò)單擊并在每個(gè)輸入變量框中選擇一項(xiàng)，在每個(gè)輸出框中選擇一項(xiàng)，并選擇一個(gè)連接項(xiàng)，規(guī)則編輯器允許你自動(dòng)的構(gòu)造出規(guī)則語(yǔ)句。選擇none作為一個(gè)變量的參數(shù)將從給定規(guī)則中除去該變量。

20、選擇任一變量名下面的not將求反相關(guān)的參數(shù)。通過(guò)單擊相應(yīng)的按鈕可以改變、刪除或增加規(guī)則。 類似于FIS編輯器和隸屬度函數(shù)編輯器，規(guī)則編輯器也有某些類似的標(biāo)志，包括菜單和狀態(tài)行。從頂部的菜單的Options下拉式菜單可以使用Format彈出式菜單，該菜單通常用于設(shè)置顯示的格式。類似地，也可以從Options下設(shè)置Language菜單。單擊Help按鈕將引出MATLAB幫助窗口。 為在規(guī)則編輯器中插入第一條規(guī)則，如下選擇： 1) 在變量service下選poor； 2) 在變量food下選rancid； 第27頁(yè)/共61頁(yè) 3) 在Connection框內(nèi)選中無(wú)線按鈕or； 4) 在輸出變量tip

21、下選cheap。 產(chǎn)生的規(guī)則是： if (service is poor) or (food is rancid) then (tip is cheap) (1) 括號(hào)中的數(shù)表示權(quán)值，如果愿意可以用于每條規(guī)則。通過(guò)在Weight：設(shè)置項(xiàng)下輸入一個(gè)希望的0至1之間的一個(gè)數(shù)我們可以指定權(quán)值。如果不指定它們，權(quán)值缺省值為1。按類似的過(guò)程，在規(guī)則編輯器中插入第二條和第三條規(guī)則得到： if (service is good) then (tip is average) (1)if (service is excellent) or (food is delicious) then (tip is gen

22、erous) (1) 為改變一條規(guī)則，首先單擊要改變的規(guī)則。然后對(duì)該規(guī)則作希望的改變并單擊Change role按鈕。 可從Options菜單的Format彈出式菜單指定以規(guī)則的動(dòng)詞形式顯示。試著將其改為symbolic?？梢钥吹?第28頁(yè)/共61頁(yè) 1) (service = = poor)|(food =rancid)=(tip=cheap) (1) 2) (service = = good)=(tip=average) (1) 3) (service = = excellent)|(food =delicious)= (tip=generous) (1) 在實(shí)際顯示中沒(méi)有更多差別，只是它

23、略微語(yǔ)言中性些，因?yàn)樗灰蕾囉谙瘛癷f”和“then”這樣的術(shù)語(yǔ)。如果將格式改變?yōu)樗饕?indexed)，將看到去除了所有語(yǔ)言的一特別濃縮的規(guī)則版本： 1 1， 1 (1) ： 2 2 0， 2 (1) ： 1 3 2， 3 (1) ： 2 這是機(jī)器處理的版本。此結(jié)構(gòu)中的第一列對(duì)應(yīng)于輸入變量，第二列對(duì)應(yīng)于輸出變量，第三列顯示作用于規(guī)則上的權(quán)值，第四列是指明或者是OR(2)規(guī)則或者是AND(1)規(guī)則的簡(jiǎn)寫。前兩列中的數(shù)表示隸屬度函數(shù)的索引號(hào)。 現(xiàn)在，已完全定義了我們的模糊推理系統(tǒng)，包括變量、隸屬第29頁(yè)/共61頁(yè)度函數(shù)和計(jì)算小費(fèi)所必需的規(guī)則。此時(shí)可以檢查并驗(yàn)證其行為是否是我們所期望的。這正是規(guī)

24、則觀察器所要完成的工作，這是我們將要介紹的下一個(gè)GUI工具規(guī)則觀察器。 3.6 規(guī)則觀察器 從View 菜單選擇 rules則啟動(dòng)規(guī)則觀察器。規(guī)則觀察器窗口如下頁(yè)圖所示，圖中標(biāo)注處的含義如下： 表示這些菜單項(xiàng)允許你使用5個(gè)基本GUI工具中的任何一個(gè)保存、打開(kāi)或編輯模糊系統(tǒng)。 每一行圖表示一條規(guī)則(這里有3行)。單擊一條規(guī)則將在狀態(tài)棒中顯示它。 表示拖動(dòng)此線改變你的輸入值，將生成一新的輸出響應(yīng)。 表示此編輯域允許你顯式地設(shè)置輸入值。 表示此狀態(tài)行描述了最近的當(dāng)前操作。 表示每列圖(黃色)顯示在規(guī)則中如何使用輸入變量。輸入值示于頂部。 表示此列圖(藍(lán)色)顯示在規(guī)則中如何使用輸出變量。第30頁(yè)/共6

25、1頁(yè)第31頁(yè)/共61頁(yè) 表示此行給出一個(gè)反模糊化的值。 右下角的圖形顯示了每條規(guī)則是如何合成并反模糊化的。 這些按鈕向左、右、上、下移動(dòng)圖形。 規(guī)則觀察器顯示了全模糊推理過(guò)程的路徑圖。它基于前面幾節(jié)介紹的模糊推理方框圖。我們看到一個(gè)圖形窗口，有9個(gè)小圖形嵌在其中。圖形窗頂部的3個(gè)小圖形表示第一條規(guī)則的前提和結(jié)果。每條規(guī)則對(duì)應(yīng)一行小圖形，每一列對(duì)應(yīng)一個(gè)變量。前兩列小圖形(6個(gè)黃色小圖形)顯示了前提或每條規(guī)則的if部分所引用的隸屬度函數(shù)。第三列小圖形(3個(gè)藍(lán)色小圖形)顯示了結(jié)果或每條規(guī)則的then部分所引用的隸屬度函數(shù)。如果在規(guī)則號(hào)上單擊一下，該號(hào)變成高亮紅色，并且相應(yīng)的規(guī)則顯示在圖形窗口的底部。

26、 若有一個(gè)小圖形是空的，則對(duì)應(yīng)于這條規(guī)則中該變量的特征值none。第三列中的第四個(gè)小圖形表示給定推理系統(tǒng)的加權(quán)合計(jì)判定。此判定依賴于系統(tǒng)的輸入值。 第32頁(yè)/共61頁(yè) 也有一些像狀態(tài)行和菜單這樣的熟悉項(xiàng)。在右下部有一個(gè)文本域，你可以在其中輸入特定輸入值。對(duì)于雙輸入系統(tǒng)，輸入一個(gè)輸入向量，例如3 5，然后按回車鍵。對(duì)每個(gè)輸入，可以單擊9個(gè)小圖標(biāo)之一的任意位置來(lái)調(diào)節(jié)這些輸入值。這將把紅色指示線移動(dòng)到你剛才單擊的位置。你也可以單擊并拖拽此線來(lái)改變輸入值。當(dāng)你釋放此線時(shí)或手動(dòng)指定輸入值后，系統(tǒng)將進(jìn)行新的計(jì)算，并且你可以看到整個(gè)模糊推理系統(tǒng)的工作過(guò)程。反模糊化輸出值由通過(guò)合計(jì)模糊集的粗線表示。 規(guī)則觀察

27、器讓我們一次就可完全了解整個(gè)模糊推理的過(guò)程。規(guī)則觀察器也顯示了特定隸屬度函數(shù)的形式是如何影響整個(gè)模糊推理結(jié)果的。由于它繪出了每條規(guī)則的每一部分，它不能廣泛適用于特別大型的系統(tǒng)，但是對(duì)于相對(duì)小型的輸入和輸出，它工作的很好。一般可以高達(dá)30條規(guī)則和6或7個(gè)變量。 規(guī)則觀察器以非常詳細(xì)的方式在任一時(shí)刻顯示計(jì)算過(guò)程。在這一意義上看，它給出了模糊推理系統(tǒng)一種微觀的視角。如果我們想看系統(tǒng)的整個(gè)輸出曲面，即基于整個(gè)輸入集的變化范圍第33頁(yè)/共61頁(yè)的整個(gè)輸出集的變化范圍，則需要打開(kāi)曲面觀察器。這是模糊工具箱中5個(gè)基本GUI工具中的最后一個(gè)。 3.7 曲面觀察器 從View菜單選擇Surface來(lái)打開(kāi)曲面觀察

28、器。其窗口如下頁(yè)圖所示，圖中標(biāo)注處的含義如下： 菜單項(xiàng)允許你使用5個(gè)基本GUI工具中的任何一個(gè)保存、打開(kāi)或編輯模糊系統(tǒng)。 這些下拉菜單讓我們指定一個(gè)或兩個(gè)要顯示的輸出變量。 表示這些編輯域讓我們確定輸入空間網(wǎng)格的密度。 此編輯域讓我們?cè)O(shè)置在曲面圖形中沒(méi)有指定的輸入。 此狀態(tài)行描述了最近的當(dāng)前操作。 使用鼠標(biāo)旋轉(zhuǎn)軸。 此圖形顯示了相對(duì)于系統(tǒng)的一個(gè)或兩個(gè)輸入的系統(tǒng)的任意輸出的輸出曲面。 表示此下拉式菜單讓我們指定要顯示的輸出變量。 第34頁(yè)/共61頁(yè) 第35頁(yè)/共61頁(yè) 表示當(dāng)你準(zhǔn)備好計(jì)算或繪圖時(shí)按此按鈕。 表示Help按鈕給出有關(guān)曲面觀察器如何工作的信息，Close按鈕關(guān)閉此窗口。 對(duì)于討論的小

29、費(fèi)問(wèn)題，打開(kāi)曲面觀察器，得到如圖所示的三維圖。 第36頁(yè)/共61頁(yè) 如果要觀察某一輸入變量對(duì)輸出的影響，則可將另一變量屏蔽。下圖僅給出了服務(wù)與小費(fèi)間的關(guān)系。第37頁(yè)/共61頁(yè) 顯然，這是一個(gè)兩維圖形。 當(dāng)我們遇到三維以上情況時(shí)，開(kāi)始碰到顯示結(jié)果的麻煩了。但曲面觀察器配備了下拉式菜單，讓我們選擇用于繪圖的任意兩個(gè)輸入和任意一個(gè)輸出。下拉式菜單正下方是兩個(gè)文本輸入域，讓我們確定想在x軸和y軸包含多少網(wǎng)格線，這為復(fù)雜的問(wèn)題保證合理的計(jì)算時(shí)間。 現(xiàn)在我們已對(duì)每個(gè)GUI工具進(jìn)行了完整的介紹。注意到小費(fèi)問(wèn)題模糊系統(tǒng)的輸出與我們有關(guān)服務(wù)到小費(fèi)的模糊映射形狀的原始想法匹配的非常好。但你也許會(huì)認(rèn)為，這沒(méi)有省我們

30、多少時(shí)間，是的，這里我們討論的僅是一個(gè)十分簡(jiǎn)單的問(wèn)題。但是，如果所研究的問(wèn)題很復(fù)雜，有很多不確定的因素，那么，模糊邏輯為解決此問(wèn)題提供了一個(gè)合適的工具，使我們可以很快為一個(gè)系統(tǒng)建模，并在多種模型和方法中選擇合適的一個(gè)。 第38頁(yè)/共61頁(yè)3.8 從GUI工具輸入和輸出 GUI工具可以方便地將所設(shè)計(jì)的FIS系統(tǒng)輸出到Matlab的Workspace 中或保存到一個(gè)磁盤文件中。當(dāng)然，也可從磁盤文件或Workspace導(dǎo)入到GUI工具中，這些，均可以通過(guò)選擇File菜單下的Export或Import項(xiàng)完成。 當(dāng)要保存一個(gè)模糊系統(tǒng)到磁盤中，實(shí)際上是保存了一個(gè)帶 .fis文件后綴并表示系統(tǒng)的ASCII文

31、本FIS文件。此文本文件可以編輯和修改并且非常易于理解。當(dāng)你保存你的模糊系統(tǒng)到MATLAB工作空間，你將創(chuàng)建一個(gè)變量(它的名字由你選定)，它作為一個(gè)FIS系統(tǒng)的MATLAB結(jié)構(gòu)起作用。FIS文件和FIS結(jié)構(gòu)表示相同的系統(tǒng)。 命令行工作方式略。第39頁(yè)/共61頁(yè)4. 與Simulink一起工作 本部分我們通過(guò)一個(gè)水位控制的例子討論所設(shè)計(jì)的模糊系統(tǒng)怎樣在Simulink中工作。從某種意義上說(shuō)，這將是一個(gè)真正的由模糊控制器構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。 所討論的問(wèn)題如下頁(yè)圖所示。控制對(duì)象是由水箱(Tank)，進(jìn)水管、出水管和控制閥門等構(gòu)成。在進(jìn)水管上，安裝有一液壓閥門，控制它的位置，可以控制流入水箱的流量。出水管道的面積(Out pipe crossection) 保持常數(shù)，因此，流出出水管的流量主要與水箱的水位和水壓有關(guān)。系統(tǒng)具有明顯的非線性特性。 我們的目的是構(gòu)建一個(gè)模糊閉環(huán)控制系統(tǒng)。其控制目的是通過(guò)調(diào)整控制閥門的開(kāi)度，達(dá)到控制水箱水位的目的，并使其能夠快速跟隨所設(shè)定的水位(給定輸入)。 除控制對(duì)象外，控制系統(tǒng)應(yīng)包含有水位檢測(cè)裝置，控制器(常規(guī)PID控制器或模糊控制器)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 4.1 問(wèn)題描述第40頁(yè)/共61頁(yè)第41頁(yè)/共61頁(yè) 控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下：第42頁(yè)/共61頁(yè) 在Simulink下搭建執(zhí)行機(jī)構(gòu)和水箱模型的子系統(tǒng)：第43頁(yè)/共61頁(yè) 其中