智能控制模糊控制器設(shè)計

★一.模糊控制器的設(shè)計步驟如下:1.確定模糊控制器的總體結(jié)構(gòu)2.實現(xiàn)清晰量的模糊化①定義輸入/輸出量對應(yīng)的論域及其模糊集②定義模糊集的隸屬函數(shù),確定論域內(nèi)元素對模糊集的隸屬度3.

編制模糊控制規(guī)則建立模糊控制規(guī)則表4.

模糊推理5.

清晰化1.基本論域與模糊論域(1)基本論域本次設(shè)計中要求系統(tǒng)在運行時,液位偏差能夠穩(wěn)定在

[-2m2m]之間，則:e的基本論域為[-22]。根據(jù)實際經(jīng)驗和模糊控制器設(shè)計情況:ec的基本論域定為：[-0.2，0.2]。1.確定模糊控制器的結(jié)構(gòu)二維2.實現(xiàn)清晰量的模糊化?(2)模糊論域偏差語言變量E所取的模糊集合的論域為：X＝{-n，-n+1,…，0，…，n-1，n},偏差變化率語言變量EC所取的模糊集合的論域為：Y＝{-m，-m+1，…，0，…，m-1，m}

本次設(shè)計中液位偏差語言變量E所取的模糊集合的論域為：X＝{-3，-2，-1，0，1，2，3}。偏差變化率語言變量EC所取的模糊集合的論域為：Y＝{-3，-2，-1，0，1，2，3}?？刂崎y門開度語言變量U所取的模糊集合的論域為：Z＝{-4.5,-3,-1.5,0,1.5,3,4.5}(3).量化因子偏差、偏差變化率的量化因子分別用下面兩式確定：＝n/，＝m/在本次設(shè)計中：n＝3,＝2,則＝3/2=1.5

m＝3,＝0.2,則＝3/0.2＝15

3.定義模糊集合及其隸屬度函數(shù)表(1)定義模糊集合考慮偏差、偏差變化及控制量的正負性，我們選取語言變量的語言值為7個：PB（正大）,PM（正中）,PS（正?。?Z（零）,NS（負?。?NM（負中）,NB（負大）因此，模糊子集可表示為：

{

NB,NM,NS,Z,PS,PM,PB}。

(2)隸屬度函數(shù)語言變量論域上的模糊子集由其論域上的隸屬度函數(shù)μ(x)來描述其中偏差e與偏差的變化率ec的各個隸屬函數(shù)的參數(shù)分別為[–3，–1]，[–3，–2，0]，

[–3，–1，+1]，[–2，0，+2]，[–1，1，+3]，

[0，+2，+3]，[+1，+3]?？刂屏縰的各個隸屬函數(shù)的參數(shù)分別為

[–4.5,–1.5]，[–4.5,–3,0]，[–4.5,–1.5,1.5]，

[–3,0,+3]，[–1.5,1.5,+4.5],[0,+3,+4.5],[+1.5,+4.5]控制量u的七個等級代表的意思分別是:NB:快速關(guān)，NM:中速關(guān)，NS:慢速關(guān)，PS:慢速開，PM:中速開,PB:快速開，

Z:閥門不動。-3-2-10123PB000000.51.0PM00000.51.00PS0000.51.00.50Z000..51.00.500NS00.51.00.5000NM01.00.50000NB1.00.500000e、ec的隸屬度函數(shù)表-4.5-3-1.501.534.5PB000000.51.0PM00000.51.00PS0000.51.00.50Z000.51.00.500NS00.501.00.5000NM01.00.50000NB1.00.5000000u的隸屬度函數(shù)表3.編制模糊控制規(guī)則，建立模糊控制規(guī)則表

e的語言值有7個，ec的語言值也有7個，若按排列組合來考慮，有7×7=49條模糊控制規(guī)則，將其整理成模糊控制規(guī)則表，如表4-3所示?？刂屏縰偏差eNBNMNSZPSPMPB偏差變化量ecNBNBNBNMNMNSZZNMNBNBNMNSNSZPSNSNMNMNMNSZPSPSZNMNMNSZPSPMPMPSNSNSZPSPSPMPMPMNSZPSPMPMPMPBPBZZPMPMPMPBPB模糊控制規(guī)則表將模糊控制規(guī)則加入規(guī)則編輯器：模糊控制量的選取一般遵循如下原則：1).當(dāng)偏差大或者較大時，模糊控制量的選擇應(yīng)以消除偏差為主；2).當(dāng)偏差較小時，模糊控制量的選擇應(yīng)以系統(tǒng)的穩(wěn)定性為主，防止系統(tǒng)超調(diào)。因為在本設(shè)計中e=－3,ec=－3

根據(jù)前面模糊化結(jié)果，此時有：

=()?[()→]

=[?(→)][?(→)]

=()==＝[10.500000]=[10.500000]=[10.500000]С′＝（

=()?×）?R×××

對于表4-3模糊控制規(guī)則表第一行第一列的模糊控制規(guī)則：若e為NBandec為NB，則u為NB，根據(jù)表4.1和表4.2可得：

=→=→

=∧[1.00.500000]==[10.500000]=[10.500000]=[10.500000]=(→)＝[1.00.500000]?=[1.00.500000]=→=→

=∧

[1.00.500000]==?(→)＝[10.500000]?

=[1.00.500000]==[1.00.500000]

?按如上同樣的方法即可依次求得最終求得：

＝＝[10.500000]四.反模糊化加權(quán)平均法FuzzyControllerDesignclearall;closeall;a=newfis('fuzzf');f1=1;a=addvar(a,'input','e',[-3*f1,3*f1]);%Parameterea=addmf(a,'input',1,'NB','zmf',[-3*f1,-1*f1]);a=addmf(a,'input',1,'NM','trimf',[-3*f1,-2*f1,0]);a=addmf(a,'input',1,'NS','trimf',[-3*f1,-1*f1,1*f1]);a=addmf(a,'input',1,'Z','trimf',[-2*f1,0,2*f1]);a=addmf(a,'input',1,'PS','trimf',[-1*f1,1*f1,3*f1]);a=addmf(a,'input',1,'PM','trimf',[0,2*f1,3*f1]);a=addmf(a,'input',1,'PB','smf',[1*f1,3*f1]);f2=1;a=addvar(a,'input','ec',[-3*f2,3*f2]);%Parametereca=addmf(a,'input',2,'NB','zmf',[-3*f2,-1*f2]);a=addmf(a,'input',2,'NM','trimf',[-3*f2,-2*f2,0]);a=addmf(a,'input',2,'NS','trimf',[-3*f2,-1*f2,1*f2]);a=addmf(a,'input',2,'Z','trimf',[-2*f2,0,2*f2]);a=addmf(a,'input',2,'PS','trimf',[-1*f2,1*f2,3*f2]);a=addmf(a,'input',2,'PM','trimf',[0,2*f2,3*f2]);a=addmf(a,'input',2,'PB','smf',[1*f2,3*f2]);f3=1.5;a=addvar(a,'output','u',[-3*f3,3*f3]);%Parameterua=addmf(a,'output',1,'NB','zmf',[-3*f3,-1*f3]);a=addmf(a,'output',1,'NM','trimf',[-3*f3,-2*f3,0]);a=addmf(a,'output',1,'NS','trimf',[-3*f3,-1*f3,1*f3]);a=addmf(a,'output',1,'Z','trimf',[-2*f3,0,2*f3]);a=addmf(a,'output',1,'PS','trimf',[-1*f3,1*f3,3*f3]);a=addmf(a,'output',1,'PM','trimf',[0,2*f3,3*f3]);a=addmf(a,'output',1,'PB','smf',[1*f3,3*f3]);rulelist=[11111;%Editrulebase12111;13211;14211;15311;16411;17411;21111;22111;23211;24311;25311;26411;27511;31211;32211;33211;34311;35411;36511;37511;

41211;42211;43311;44411;45511;46611;47611;51311;52411;53411;54511;55511;56611;57611;

61311;62411;63511;64611;65611;66611;67711;71411;72411;73611;74611;75611;76711;77711];

a=addrule(a,rulelist);注:①addrule函數(shù)有兩個變量，第一個變量a為FIS的變量名，第二個變量rulelist表示規(guī)則的矩陣。②規(guī)則列表矩陣的格式有嚴(yán)格的要求：當(dāng)模糊系統(tǒng)有m個輸入、n個輸出時，規(guī)則列表矩陣為m+n+2列，前m列表示系統(tǒng)的輸入，每列的數(shù)值表示輸入變量隸屬度函數(shù)的編號；接著的n列表示系統(tǒng)的輸出，每列的數(shù)值表示輸出變量隸屬度函數(shù)的編號；第m+n+1的內(nèi)容為該條規(guī)則的權(quán)值（0~1）；第m+n+2列的值決定模糊操作符的類型1（and），2（or）%showrule(a)%Showfuzzyrulebase-4a1=setfis(a,'DefuzzMethod','mom');%Defuzzy（注：setfis設(shè)置模糊系統(tǒng)的特性）writefis(a1,'fuzzf');%savetofuzzyfile"fuzz.fis"whichcanbesimulatedwithfuzzytool注：①writefis可將Matlab工作空間中的FIS結(jié)構(gòu)變量

fismat保存到磁盤文件中。②writefis(fismat,'filename')可直接指定文件名

filename.fis,這時不會出現(xiàn)對話框,文件保存在當(dāng)前目錄中。③writefis(fismat,'filename'，'dialog')可打開對話框，并且以filename.fis為省缺文件名）。a2=readfis('fuzzf');注：①

filename格式fismat=readfis(‘filename’)表示從磁盤的.fis文件（文件名為filename）中讀取模糊推理系統(tǒng)，并保存在工作空間中。②格式fismat(結(jié)構(gòu)變量)=readfis（不帶輸入變量)將打開讀取文件的對話框，以便輸入文件名及其路徑disp('-------------------------------------------------------');disp('fuzzycontrollertable:e=[-3,+3],ec=[-3,+3]');disp('-------------------------------------------------------');Ulist=zeros(7,7);fori=1:7forj=1:7e(i)=-4+i;ec(j)=-4+j;Ulist(i,j)=evalfis([e(i),ec(j)],a2);注：①格式output=evalfis(input,fismat)表示完成模糊推理計算。其中：input指定輸入的數(shù)值或矩陣。

②fismat為要計算的FIS結(jié)構(gòu)endendUlist=ceil(Ulist)(注:ceil表示對+∞方向取整數(shù))figure(1);plotfis(a2);figure(2);plotmf(a,'input',1);figure(3);plotmf(a,'input',2);figure(4);plotmf(a,'output',1);-------------------------------------------------------fuzzycontrollertable:e=[-3,+3],ec=[-3,+3]-------------------------------------------------------Ulist=-4-4-2-2-1-10-4-2-2-1-102-2-2-1-1022-2-1-10223-1-102233-10223350223355a1=setfis(a,'DefuzzMethod',‘centroid');%Defuzzy-------------------------------------------------------fuzzycontrollertable:e=[-3,+3],ec=[-3,+3]-------------------------------------------------------Ulist=-3-2-2-1-101-2-2-2-1011-2-2-10112-1-100122-100123301223331123334一．進入FIS編輯器在Matlab的CommandWindow窗口的提示符下，鍵入Fuzzy可打開FIS編輯器。二.建立初步的模糊推理系統(tǒng)

在FIS編輯器的界面上所需做的工作為：

(1)首先，由于本例有２個輸入變量，因此需要添加1個輸入變量，進行的操作為：菜單Edit→Addvariable…→Input此時，系統(tǒng)便有２個輸入變量，１個輸出變量。其次，給輸入、輸出變量命名：點輸入框（input1或input2）或輸出框（output1），在CurrentVariable組合框的Name編輯欄內(nèi)修改變量名。本例中，input1命名為e，input2命名為ec，output命名u。(3)第三，保存系統(tǒng)：菜單File→Export→ToDisk…。這里，將我們創(chuàng)建的系統(tǒng)命名為YWControl。

三.建立各變量的隸屬函數(shù)打開隸屬函數(shù)編輯器在FIS編輯器的GUI界面上雙擊變量E（或從FIS編輯器的View下拉菜單下選擇“Editmembershipfunctions...”，或在命令行鍵入“mfedit”）,打開隸屬函數(shù)編輯器。四.打開模糊規(guī)則編輯器

雙擊FIS編輯器上部中央表示模糊推理系統(tǒng)的“YWCONTRSYS”白色方塊（或從FIS編輯器的View下拉菜單選中“Editrules...”），將打開模糊規(guī)則編輯器。

加入模糊控制規(guī)則選擇模糊規(guī)則編輯器左邊輸入變量E的語言值為NB，E