智能控制實(shí)驗(yàn)報告

智能控制技術(shù)課程實(shí)踐報告淋浴水溫模糊控制系統(tǒng)姓名張萬亞、101103078張東東、101103076衛(wèi)榮榮、101103068專業(yè)自動化指導(dǎo)教師郭季日期2012.10.17成績淋浴水溫系統(tǒng)的模糊控制一shower模糊控制的目的本實(shí)驗(yàn)以MATLAB模糊控制箱中的淋浴水溫模型控制為例，結(jié)合simulink的應(yīng)用，講述模糊控制方法在淋浴水溫控制方面的應(yīng)用。模型shower.mdl是一個淋浴溫度及水量調(diào)節(jié)的模型控制系統(tǒng)的仿真，該模糊控制器的結(jié)構(gòu)采用雙輸入-雙輸出模糊控制器完成任務(wù)，輸入變量分別是水流量和水溫，輸出變量分別是對熱水閥和冷水閥的控制方式。二shower仿真模型圖在matlab主窗口中，鍵入shower,回車后便彈出球棒控制系統(tǒng)仿真模型圖：圖2-1淋浴水溫模糊控制仿真模型圖由模型圖可知，“shower”系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)熱水閥〔hotwatervalve〕和冷水閥〔coldwatervalve〕調(diào)節(jié)水流量〔flowrate〕和水溫〔temp〕，輸出用示波器顯示，通過示波器上的圖形可以清楚地看到溫度和水流量跟蹤目標(biāo)要求的性能。在shower模型圖上，用鼠標(biāo)右鍵單擊“FuzzyLogicController”模塊，再單擊彈出菜單中的“LookUnderMask”就彈出如圖2的對話框，它的“FISWizard”?？騼?nèi)寫著“FIS”，說明已經(jīng)嵌入FIS結(jié)構(gòu)文件。圖2-2'"shower"的FIS連接對話框用鼠標(biāo)右鍵單擊“FISWizard”模塊，再單擊彈出菜單中的“LookUnderMask”，就彈出shower系統(tǒng)的FIS詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖，如圖3所示圖2-3shower系統(tǒng)的FIS詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖從圖中可以了解shower模糊系統(tǒng)的FIS根本結(jié)構(gòu)，它有兩個輸入〔flowrate和temp〕、九條規(guī)那么，比擬形象，直觀。三slbb的模糊控制隸屬函數(shù)對控制效果的影響3.1在主窗口輸入fuzzyshower命令，得到shower的fis編輯器，如圖3-1,3-2所示圖3-1shower的fis編輯器圖3-2shower的fis編輯器對系統(tǒng)進(jìn)行仿真，模糊子集隸屬函數(shù)取時的方波〔黃線〕及其相應(yīng)曲線〔紅線〕，仿真結(jié)果：圖3-3水流控制示波器圖3-4水溫控制示波器3.2在圖所示的FM編輯器中把輸入變量rate的四個隸屬函數(shù)均由梯形〔trapmf〕改成三角形(trimf),再對系統(tǒng)進(jìn)行仿真，得出圖3-5.圖3-5模糊子集隸屬函數(shù)取三角形時的方波〔黃線〕及響應(yīng)曲線〔紅線〕比擬圖3-4和圖3-5可知，覆蓋輸入量的路數(shù)函數(shù)對輸出有較大的影響。因此，在對一個系統(tǒng)進(jìn)行仿真時，可以使用多種不同類型的隸屬函數(shù)，從中選出最正確系統(tǒng)的隸屬函數(shù)類型，以使系統(tǒng)到達(dá)最正確的控制效果。四模糊規(guī)那么對控制效果的影響模糊規(guī)那么的數(shù)目不同，其控制效果也不相同。實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量減少模糊控制規(guī)那么的數(shù)目，一便減少近似推理的運(yùn)算時間。得到系統(tǒng)的9條模糊控制規(guī)那么如下：①如果水溫“偏冷”，流速“偏緩”，那么冷水閥“慢開”、熱水閥“快開”；②如果水溫“偏冷”，流速“適宜”，那么冷水閥“慢開”、熱水閥“慢開”；③如果水溫“偏冷”，流速“偏急”，那么冷水閥“快開”、熱水閥“慢開”；④如果水溫“適宜”，流速“適宜”，那么冷水閥“不變”、熱水閥“不變”；⑤如果水溫“適宜”，流速“偏急”，那么冷水閥“慢關(guān)”、熱水閥“慢關(guān)”；⑥如果水溫“偏熱”，流速“偏緩”，那么冷水閥“快開”、熱水閥“慢開”；⑦如果水溫“偏熱”，流速“適宜”，那么冷水閥“慢開”、熱水閥“慢開”；⑧如果水溫“偏熱”，流速“偏急”，那么冷水閥“慢開”、熱水閥“快開”。去掉后4個規(guī)那么后，再次對系統(tǒng)進(jìn)行仿真，得到圖4-1.圖4-1水溫示波器比擬圖3-2和圖4-1可知，原來的9條規(guī)那么和刪除后4條規(guī)那么后的響應(yīng)曲線有很大的差異。在實(shí)際工作中，可以改變一個模糊的規(guī)那么數(shù)目，使其增多或減少，比擬他們的控制效果，以便考慮經(jīng)濟(jì)、適用、可行等多種因素決定取舍，確定設(shè)計(jì)方案。五清晰化方法對控制效果的影響清晰化算法對控制效果的影響更為直接。在fis編輯器中把defuzzification算法由centroid改為bisector(面積平分法)，得到圖5-1.圖5-1清晰化方法取“bisector”水溫示波器同樣的方法，得出清晰化方法取“l(fā)om”時的方波響應(yīng)曲線圖5-2清晰化方法取“l(fā)om”水溫示波器同樣的方法，得出清晰化方法取“som”時的方波響應(yīng)曲線圖5-3清晰化方法取“som”水溫示波器對于仿真，比擬defuzzification的幾種算法的響應(yīng)曲線可知，在其他條件不變的情況下，選取“centriod〔面積中心法〕”效果最好。在模糊邏輯的推理過程中，許多參數(shù)都會影響控制效果，最終的綜合效果取決于不同選項(xiàng)的組合。因此，只能在實(shí)踐中根據(jù)需要摸索探究。六實(shí)驗(yàn)心得與體會通過這次對該系統(tǒng)進(jìn)行matlab仿真，學(xué)會了淋浴水溫控制的工作原理以及閉環(huán)控制系統(tǒng)的仿真控制調(diào)節(jié)。充分認(rèn)識到了理論知識對應(yīng)用技術(shù)的指導(dǎo)性作用，進(jìn)一步加深了對專業(yè)知識和理論知識的學(xué)習(xí)和理解，對matla仿真環(huán)境更加熟悉，提高了我們的設(shè)計(jì)水平和對所學(xué)知識的應(yīng)用能力以及分析問題解決問題的能力，并且培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作意識，合理分工，使各人特長得到充分發(fā)揮。七參考文獻(xiàn)[1]石辛民.模糊控制及其matlab仿真[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008.2[2