模糊邏輯控制matlab編程仿真(第七組)

1、- -GuangdongUniversityofTechnology智能控制模糊逼近作業(yè)報(bào)告組員：李適、鄭曉森、匡金龍、沈偉生、武云發(fā)黎浩炎、晏開、杜文學(xué)、楊曉星目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 一、任務(wù)及要求3 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 二、系統(tǒng)分析及控制設(shè)計(jì)原理3 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 三、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)4 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 四、仿

2、真驗(yàn)證7 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 五、討論與分析12、任務(wù)及要求(1)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)在U=L1,lxL1,1上的模糊系統(tǒng)，使其以精度=0.1致地逼近函數(shù)g，并進(jìn)行Matlab仿真。（x）=sin（x兀）+cos（x兀）+sin（x兀）cos（x兀）1212(2)要求先進(jìn)行系統(tǒng)分析，然后給出完整詳細(xì)的設(shè)計(jì)過程，可參見P74-75頁例5.1和例5.2的仿真實(shí)例。二、系統(tǒng)分析及控制設(shè)計(jì)原理自適應(yīng)模糊控制是指具有自適應(yīng)學(xué)習(xí)算法的模糊邏輯系統(tǒng)，其學(xué)習(xí)算法是依靠數(shù)據(jù)信息調(diào)整模糊邏輯系統(tǒng)的參數(shù)，且可以保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一個(gè)自適應(yīng)模糊控制器可以用一

3、個(gè)單一的自適應(yīng)模糊系統(tǒng)構(gòu)成，也可以用若干個(gè)自適應(yīng)模糊系統(tǒng)構(gòu)成。與傳統(tǒng)的自適應(yīng)控制相比，自適應(yīng)模糊控制的優(yōu)越性在于它可以利用操作人員提供的語言性模糊信息，而傳統(tǒng)的自適應(yīng)控制則不能。這一點(diǎn)對(duì)具有高度不確定因素的系統(tǒng)尤其重要。自適應(yīng)模糊控制有兩種不同形式：一種是直接自適應(yīng)模糊控制，即根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)性能與理想性能之間的偏差直接設(shè)計(jì)模糊控制器；另一種是間接自適應(yīng)模糊控制，即通過在線模糊逼近獲得對(duì)象的模型，然后根據(jù)所得模型在線設(shè)計(jì)控制器。三、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)(1)模糊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟設(shè)二維模糊系統(tǒng)g(x)為集合U=a,Pxa,PuR2上的一個(gè)函數(shù)，其解析1122式形式未知。假設(shè)對(duì)任意一個(gè)xeU，都能得到g(x),則可

4、設(shè)計(jì)一個(gè)逼近g(x)的模糊系統(tǒng)。模糊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟為：步驟1：在a,P上定義N(i=1,2)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的，一致的和完備的模糊集iiiA1,A2,A3,.,ANi。iiii步驟2：組建M=NxN條模糊集IF-THEN規(guī)則，即12R%:如果x為A*且x為Ai2，則y為B*;u1122式中，i=1,2,.,N;i=1,2,.,N，將模糊集B*;的中心表示為112212yi1i2=g(x,x)=g(eii,ei；)1212式中，ej為x在模糊集Aj上的中間值或邊界值(I=1,2;j=1,2)。iii步驟3：采用乘積推理機(jī)、單值模糊器和中心平均接模器和中心平均解模糊器，根據(jù)M=NxN規(guī)則來構(gòu)造模糊系統(tǒng)f(x

5、),得12迓送亍也(i(xh(x)f(x)=七11二i1=1i2=1A11A22式中，分子表規(guī)則前提之間、規(guī)則前提與結(jié)論之間的邏輯“與”運(yùn)算，采用乘積推理機(jī)實(shí)現(xiàn)；/12采用單值模糊器實(shí)現(xiàn)，積隸屬度函數(shù)最大值(1,0)所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)值I,%l的函數(shù)值gI,%1分子與分母相除與中心平均解模糊器算法。(2)糊系統(tǒng)的逼近精度萬能逼近定理表明模糊系統(tǒng)是除以多項(xiàng)函數(shù)逼近器，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之外的新的萬能逼近器。模糊系統(tǒng)較之其他逼近器的優(yōu)勢在于它能夠有效地利用語言信息能力。萬能逼近是模糊邏輯系統(tǒng)用于非線性系統(tǒng)建模的理論基礎(chǔ)，同時(shí)也從根本上解釋了模糊系統(tǒng)在實(shí)際中得到成功應(yīng)用的原因。萬能逼近定理：令f(x)為上式中二維

6、模糊系統(tǒng)，g(x)為上式中的未知函數(shù)，如果g(x)在U=叫卩1X叫卩2上是連續(xù)可微的，則模糊系統(tǒng)的逼近精度為- -12- -糊集上的中間值或邊界值，j=l和j二N時(shí)為邊界值。其中g(shù)-fllw00Qgdx1dx2h200i=1,2)maxej+1ejjNi-1ii式中，無窮維范數(shù)|定義為函數(shù)上界，即|d(x)|=sup|d(x)|，ej為x在Aj個(gè)模iiih=i1j0，都可將h和h選12得足夠小，使dx2h成立，從而保證sup|g（x）-f（x）=|g-2gIxeU通過對(duì)每個(gè)x定義更多的模糊集可以得到更為準(zhǔn)確的逼近器，即規(guī)則越多，所i產(chǎn)生的模糊系統(tǒng)越有效。為了設(shè)計(jì)一個(gè)具有預(yù)定精度的模糊系統(tǒng)，必須

7、知道g(x)關(guān)于x和x的導(dǎo)數(shù)邊12界，譽(yù)和同時(shí)，在設(shè)計(jì)過程中，還必須知道g(x)在二1,2,.N)處的值。2x丄1,ei2）二12.N;i1122112四仿真驗(yàn)證設(shè)計(jì)一個(gè)在U=1-1,11x1-1,1上的模糊系統(tǒng)，使其以精度=0.1一致地逼近函數(shù)g)=sin5兀)+cos*兀)+sinW兀)cos*兀)，并進(jìn)行Matlab仿真。原理：由于由式dx1IxeUgdxII2gg-川g=sup兀）+兀cos（x兀）cos（x兀）=2兀112=sup|一兀sin（x兀）一兀sin（x兀）sin（x兀）=2兀|可知,gxeUdgdxlh+g2dgdx當(dāng)取h1=0.05，h2=0.05時(shí)，有0.05x2兀+

8、0.05x2兀=0.6281，滿足精度為1要求。由于L=2,此時(shí)模糊集的個(gè)數(shù)為N=h+1=21取N=21,即x和x分別在U=L1,1上定義11個(gè)具有三角隸屬函數(shù)的模糊集Aj121)2所設(shè)計(jì)的模糊系統(tǒng)為fx)=藝藝gei1,ei2送藝卩i1Ci2)A1A2i1=1i2=1i二1i二1該模糊系統(tǒng)由11X11=121條規(guī)則來逼近函數(shù)gG）。解：根據(jù)題目要求，知，L=2,T=0.1，可取h=0.05,N=L/h+1=21二維函數(shù)逼近仿真程序如下所示：%Fuzzyapproachingclearall;closeall;T=0.1;x1=-1:T:1;x2=-1:T:1;L=2;h=0.05;N=L/h

9、+1;fori=1:1:N%NMFforj=1:1:Ne1(i)=-1+L/(N-1)*(i-1);e2(j)=-1+L/(N-1)*(j-1);gx(i,j)=sin(e1(i)*pi)+cos(e2(j)*pi)+sin(e1(i)*pi)*cos(e2(j)*pi)endenddf=zeros(L/T+1,L/T+1);cf=zeros(L/T+1,L/T+1);form=1:1:Nifm=1u1=trimf(x1,-1,-1,-1+L/(N-1);elseifm=Nu1=trimf(x1,1-L/(N-1),1,1);else%u1changefrom1toN%Firstu1%Last

10、u1u1=trimf(x1,e1(m-1),e1(m),e1(m+1);endfigure(1);holdon;%u2changefrom1toNplot(x1,u1);xlabel(x1);ylabel(Membershipfunction);forn=1:1:Nifn=1u2=trimf(x2,-1,-1,-1+L/(N-1);%Firstu2elseifn=Nu2=trimf(x2,1-L/(N-1),1,1);%Lastu2elseu2=trimf(x2,e2(n-1),e2(n),e2(n+1);endfigure(2);holdon;plot(x2,u2);xlabel(x2);y

11、label(Membershipfunction);fori=1:1:L/T+1forj=1:1:L/T+1d=df(i,j)+u1(i)*u2(j);df(i,j)=d;c=cf(i,j)+gx(m,n)*u1(i)*u2(j);cf(i,j)=c;endendendend%fori=1:1:L/T+1forj=1:1:L/T+1f(i,j)=cf(i,j)/df(i,j);y(i,j)=sin(x1(i)*pi)+cos(x2(j)*pi)+sin(x1(i)*pi)*cos(x2(j)*pi)endendfigure(3);subplot(211);surf(x1,x2,f);title

12、(f(x);subplot(212);surf(x1,x2,y);title(g(x);figure(4);surf(x1,x2,f-y);title(Approachingerror)程序運(yùn)行結(jié)果：H=0.2T=0.1NFigure1X- -fileEditInsertTools.RusktopWindowHelp-1-43.0-0.6心4純2哽貳I凰I二I回5-511圖3模糊逼近不Figuire4FileEditVie/vInsertToolsDesktopWindowHelpX3JI釦口目Im圖4逼近誤差H=0.1T=0.1- -n命L：Z口3口h5EditiewnwrlIrwlsCps

13、ttcpWndc-t!討pj|cEletdrt#i比jnicrlIaolsDesktopndonHlp互h：528si-2-ugmLKaDunJd上豐哥qEOJs86a2o0000uoupurvAure;ElhEdhWiffrInwrtJpd、RwktopiyylnrfsmHp詭日總|訂洛瓦動(dòng)逞山寸忌口因口I?FgurBpfirdwfti曲口-pg日釦斤傀考倉衛(wèi)口|口FIDTR5*3Z1QQCLdaoDaQaU9T5巨gl?mqaj詈sH7&EMJU*J21Dcaafl.fl.).dz_H亡Ipoajiw-.外迴社y凰口目白蛋E】亡idft16eInsrfriiQokQeskiopwindow

14、曲戸UJJi*凸旦口J1U,，II!UBII-L0aIJ.-oi.ff.Qi.o.a.a_zjblnjdI芒SFquuOJzD1.-ueuajrvd笆ME詈f*、-、逞X-盤|口目口圖8H=0.01T=0.1時(shí)運(yùn)行結(jié)果運(yùn)算時(shí)間過久，超過60分鐘H=0.2T=0.05- -不Fure1-axFilEdtViwCmwtToalWiidnwHrIpU曰3總鳥尊忑毅砂枳川丁盡E3口需Figura2OXAltEdit活eInsertTadsDe-sldlopWndowMe|pHotaijtxOG目口-O.E-&.-u-K-7s3d321oQoaDOQOOOuccEwaw&JIMJ=Afprcilchin

15、gfifrar宅F(xiàn)p.ied*1FieEdllirtewInstrtTaoh;口曰比甲WndaivHelp_芒口臨ko-tjzaioe回圖9H=0.2T=0.05時(shí)運(yùn)行結(jié)果- -H=0.1T=0.05石qure-1file加twInaerlIcrabDetapSflEowHelph占巳型ba口駁a-EV75J*31口C口口oooort-LtiXpUEdjqfJBIadhIcdIgQkIcidp返md曲由p:)凸制山bJX耳邊7曲”0qng(NtX左F；gbrrZhfitsEHitVJewInsertTnohQe-Atcp世ndcwtieIp-好二HQk他約裁二崩-氓SQU.2J3U2dHwcn

16、cSH日*MrwjmarlJ-sdi：QaalctopWndaaft-tJalpB%冥裂敘口IB口5r圖10H=0.1T=0.05時(shí)運(yùn)行結(jié)果H=005T=005- -也5ltiEdii妙的Likph:I日wQGklciyindcmtk壯SFiguw1-tajfiAwJnGfld1芒日wQacktofi週站血論Ha蟲uJkvnT3k.an冃=1口社1已Hl傘曲卩匚氓脅t卩尢縣E3I|Qs-&7ft&412irt-o-.D.D.D.smG.D.lUDLlnJd上sustqpjus.-D.0*Flaunt30忖*ewHwrtBab兇血叩JindwtjdpHNJQ|：W色匸謠總E3四加fj匕曲迪訓(xùn)In

17、wrlJot5氐從加口JfflfxJow!ldp補(bǔ)口*Jfe乂筑少迎屈，ClS包f(tS-iApprdhim6rYbr圖11H=0.05T=0.05時(shí)運(yùn)行結(jié)果- -H=0.02T=0.05RipEdh-fei：Toni5.DMkfcpWindaHelpaik鬥迴哽人”復(fù)目回1587&4no-21ttD.o.D.-DJ.D.D.D.mn*AufZHeErftijrws（insertchQcsktoiiJflrdawHc*P口審P0|4|聲耳呦#電蟲|口|旳|口ucnlpuryaHgqlu蠱FlitsLdh.ViewnstrtTookUhIodijVnda.Help：a.-jdk*、l：母+?x，CJSctte忖5-s五.討論與分析由于=supxwU2g由式llg一fII00File=dk百kInsertTmsbOMikuipVdndoivHdpJ：5Wtf*、禮曠警、A、zJ.UE3E回Approachingerror圖12H=0.02T=0.05時(shí)運(yùn)行結(jié)果hcos（x兀）+兀cos（x兀）cos（x兀）=2兀112sup|-兀sin（x