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1、2.5 模糊控制仿真应用实例,一、模糊控制系统的常用实现算法二、模糊控制系统的仿真实例三、模糊控制和传统PID控制的结合,5.1 Simlink仿真入门,5.1.1 Matlab中的仿真模块库,5.1.2 仿真模型图的建立1.打开模型编辑器界面2.移入模块并予以合理布局,2. 编修模块参数、名称和形状的方法1）模块参数的编修,3.连接各模块1）连接各模块方法连接模块的方法连接分支线的方法2）插入模块方法,4.小系统的封装1）封装方法选中被封装的模块进行封装2）自定义模块的编修（1）Icon（图标）对话框（2）Parameters（参数）对话框（3）Initialization（初始化）对话框（
2、4）Documentation（文档）对话框3）自定义模块的查看,PID控制系统原理框图,PID控制系统仿真模型图,PID控制系统仿真模型封装图,5.1.3 动态系统的Simulink仿真1.信号源,2. 显示器,1）参数设置General菜单坐标系数目显示时间范围坐标系标签、Data history,2)视频自动缩放按钮3 控制系统的Simulink仿真1）调整信号源的有关参数2）调出显示器的显示屏3）开始仿真,5.2 模糊推理系统的设计与仿真,5.2.1 模糊推理系统的图形用户界面简介,5.2.2 模糊推理系统编辑器1.FIS编辑器界面简介菜单条和模框区 File Edit View,模糊
3、逻辑区和当前变量区2. FIS推理系统的编辑3.编辑FIS的维数4.编辑FIS输入、输出量的名称,5.编辑FIS的名称6.编辑模糊逻辑推理的具体算法在下部模糊逻辑区中,Sugeno型模糊推理系统编辑器的模糊逻辑算法与Mamdani型有所不同,5.2.3 隶属函数编辑器1.MF编辑器界面简介,2. Mamdani型FIS中隶属函数（MF）的编辑1)编辑输入变量的论域和显示范围2）增加覆盖输入量模糊子集的数目编辑MF类型编辑隶属函数的数目3）编修隶属函数曲线MF的命名细化MF的类型非标准函数MF的编修,4）编修模糊子集位置5）删除模糊子集的方法单击删除,3. SUGeno型FIS隶属函数MF的编辑
4、1）进入二维SUGeno型FIS编辑器2）调出Sugeno型MF编辑器,5.2.4 模糊规则编辑器模糊规则编辑器界面简介1）Rule编辑器上的主菜单2）Rule编辑器上的显示区和编辑区3）Rule编辑器上的“显示带”4）Rule编辑器上的编辑功能按钮,2. 表述模糊规则的语言和格式编辑1）语言型2）符号型3）索引型3. 模糊规则的编辑方法1）编辑一条新模糊规则的方法2）修改模糊规则3）删除编好的模糊规则,例题：（1）确定结构（2）编辑输入变量“level”和“rate”（3）编辑输出量“valve”（4）编辑模糊规则（5）保存液位FIS并退出FIS编辑系统,5.2.5 模糊规则观测窗1.Rul
5、e Viewer(Mamdani)的界面2.Mamdani型和Sugeno型规则观测器比较例：,5.2.6 FIS输出量曲面观测窗1.输出量曲面观测窗界面简介2.利用输出量曲面观测窗进行分析研究,5.2.7 用GUI设计Mamdani型模糊系统举例1.选择模糊控制器的结构及模糊逻辑算法2.定义覆盖输入、输出变量的模糊子集3，编辑模糊控制规则4.观测模糊推理过程,4.观测模糊推理过程5.观测清晰化方法对输出量的影响6.观测整个论域上输出量与输入变量间的关系,5.2.8 用GUI设计Sugeno型模糊系统举例1.选择模糊系统的结构及逻辑算法2.定义输入、输出变量的模糊子集1）增加一个输出函数2）命
6、名3）输入参数3. 输入模糊控制规则4.观测模糊推理过程5.观测整个论域上输出量与输入量间的关系,5.3 模糊控制系统的设计与仿真5.3.1 FIS与Simulink的连接1.模糊逻辑工具箱简介2.把FIS嵌入模糊逻辑控制器的方法1）把FIS结构文件送入工作空间（1）在MAtlab主窗口中用指令readfis (2)在FIS编辑器中使用鼠标2）把FIS结构文件嵌入Fuzzy Logic Controller,5.3.2 构建模糊控制系统的仿真模型图例 5-51.利用GUI编辑FIS结构文件，即构建模糊控制器2.在模型编辑器中构建模糊控制系统的仿真模型图3.利用模型图对系统进行仿真,按图5-80
7、所示，调入并摆好各个模块的位置,液位模糊控制系统仿真模型图,在Comparision屏幕上出现信号源输出的方波经过模糊控制系统前（黄色）后（红）的两条波形曲线，如图5-85所示,5.3.3 通过仿真对系统进行分析,1.Matlab中的模糊模型仿真示例2.用仿真模型图观察系统结构3. 隶属函数对控制效果的影响4.模糊规则对控制效果的影响5.清晰化算法对控制效果影响6.Sltank中模糊控制和PID控制的比较,MATLAB中的模糊模型仿真示例列表,MATLAB中Sltank系统的详细结构框图,水位PID控制系统的方波及其响应曲线,一、模糊控制系统的常用实现算法,1定义输入和输出变量及其个数 2定义
8、所有变量的模糊化条件 3设计控制规则库 4设计模糊推理结构 5选择解模糊判决方法,设计模糊推理结构,Mamdani法Lorsen法Takagi-Sugeno方法。,(1).Mamdani方法利用“极大极小”合成规则定义模糊蕴含表达的关系。例如： 表达的关系 定义为,当 为 时，,(2).Lorsen方法采用乘积运算作为蕴含规则,当 为 时，,(3).Takagi-Sugeno方法与其他模糊推理不同，Takagi-Sugeno型模糊推理将去模糊化也结合到推理过程中，其输出为精确量。,零阶系统：,一阶系统：,二、模糊控制系统控制器设计的仿真实例,Matlab 环境的simulink工具箱,1、水位
9、控制系统,控制目的:根据偏差调节阀门开度，以达到调整水位跟随设定信号.,仿真实现步骤:(1)分析对象,建立模型(2)确定输入变量和输出变量(3)总结控制器规则(4) 建立模糊控制器(5)进行仿真,三条规则,五条规则,2. 倒车实验,模糊控制器可以实现对于卡车倒车入位进行调控,输入变量选择校车与入位点之间的距离 ,输出变量选择转向角度 。 可以建立一个Sugeno型模糊系统，其输入变量为 控制规则:当 是“远”时，当 是“近”时，,3、单级倒立摆,控制目的：使得小车沿滑轨在水平方向运动，且倒立摆在垂直平面内稳定,三、模糊控制和传统PID控制的结合,例：被控对象为，采样时间为1ms，在第300个采样时刻加入1.0的干扰信号，采用模糊PID控制进行控制。,模糊控制及其应用部分结束,