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1、基于MATLAB的模糊控制器的仿真研究shixi导语：用模糊控制器来实现对一阶线性时滞系统的控制，应用模糊条件句与模糊控制规那么，对模糊集合的隶属度函数的详细描绘，把被控对象作用后的结果用Matlab提供的模糊系统工具箱的图形用户界面工具摘要：本文介绍了用模糊控制器来实现对一阶线性时滞系统的控制，应用模糊条件句与模糊控制规那么，对模糊集合的隶属度函数的详细描绘，把被控对象作用后的结果用Matlab提供的模糊系统工具箱的图形用户界面工具，在Simulink环境下进展了系统仿真。关键词：Matlab模糊控制器仿真一、引言对于具有延迟的一阶线性系统的阶跃响应，在工业控制中具有相当广泛的应用。其特性就
2、是在初始时有相当一段时间的滞后，然后单调上升，最后到达稳态。而工业消费中的动态控制不仅要求系统具有一定的稳定性，还要求系统到达稳态具有一定的快速性。因此，对于一阶线性时滞系统来讲，有时就达不到快速性的要求。用模糊控制器来实现对一阶线性时滞系统的控制就大大改良了原系统的控制效果，在一定程度上完全知足了系统的快速性的要求。用Matlab仿真的结果那么更清楚的显示出改良的控制效果。二、模糊控制器的根本构造和组成模糊控制器主要由以下四局部组成：模糊化、模糊推理、明晰化和知识库。模糊化的作用是将输入的准确量转换成模糊化量，并用相应的模糊集合来表示。模糊推理是模糊控制器的核心，它具有模拟人的基于模糊概念的
3、推理才能。该推理经过是基于模糊逻辑中的蕴涵关系及推理规那么来进展的。明晰化的作用是将模糊推理得到的控制量变换为实际用于控制的明晰量。知识库中包含了详细应用领域的知识和要求的控制目的。它通常由数据库和模糊控制规那么库两局部组成。在模糊控制中，一般通过用一组语言描绘的规那么来表示专家的知识，专家知识通常具有如下的形式：IF满族一组条件THEN可以推出一组结论。当论域为离散量时，经过量化后的输入量个数是有限的。可以针对输入情况的不同组合离线计算出相应的控制量，进而组成一张控制表，可以减少在线的运算量。这种模糊控制方法很轻易知足实时控制的要求。在这种模糊控制构造中，通常用误差e和误差的导数de/dt作
4、为模糊控制器的输入量。如图2所示:三、模糊控制器的设计：设控制系统的输入为单位阶跃信号r，输出为y，误差为e，误差导数为de;被控对象的输入为u;模糊控制器与e，de对应的输入分别为e1,de1，与u对应的输出为u1。e1,de1,u1的论域取-6,+6，语言值取5个，分别为“负大NB,“负小NS,“零ZR,“正小PS和“正大PB。NB,NS,PS,PB取梯形隶属度函数，ZR取三角形隶属度函数。el,del,u1的隶属度函数如图3所示。根据经历，可以得到用“if。then。形式表达的模糊控制规那么：1.IfelisNBanddelisNBthenulisNB2.IfelisNBanddelis
5、NSthenulisNS3.IfelisNBanddelisZRthenulisNS23.IfelisPBanddelisZRthenulisPS24.IfelisPBanddelisPSthenulisPB25.IfelisPBanddelisPBthenulisPB以上模糊控制规那么共计25条，这些控制规那么可以总结归纳成表。四、模糊控制器的仿真模型这里取被控对象为：在MATLAB的命令窗口输入命令Fuzzy，进入图形用户界面GUI窗口。根据上述隶属度函数和控制规那么，利用模糊推理系统FIS编辑器可以建立一个FIS文件，取名为flc.fis。这里模糊推理及其非模糊化方法采用MIN-MAX一
6、重心法，即有名的Mamdani推理法在SIMULINK环境中，用鼠标将相应模块拖入窗口中，连接好便得到图5所示的模糊控制系统仿真模型见最后页。这里模糊控制器的构造变量取flc，误差的量化因子Ke取6，误差变化的量化因子Kc取0.5，控制输出的比例因子Ku取0.4。限幅器1和限幅器2的限幅范围是-6,6，其作用是把控制系统的误差及误差导数由根本论域变换到模糊控制器输入变量的论域。假设被控对象允许的最大输入是士20，因此在被控对象的前面设置了限幅器3，其限幅范围是-20,20。利用仿真参数对话框，可以设置相关的仿真参数。这里仿真时间设置为15秒，采样周期设置为0.01秒。五、系统的仿真整个系统在S
7、imulink环境下所搭建的构造图4如下：在MATLAB的命令窗口中输入指令:flc=readfisflc.fis这样就在根本工作空间中建立起了模糊推理系统的构造变量flc。，然后再输入指令:start，仿真即开场。这时可以利用模拟示波器来观察系统的动态响应情况。仿真完毕后，可以利用plott,y指令将响应曲线绘出，如图5所示。图5中,u为控制量黄色,f1为原来未加模糊控制器控制的曲线绿色，f2为加了模糊控制器以后的响应曲线紫色。六、结论由图5可以看出，原系统调节时间大约为14秒，而用模糊控制器控制后调节时间为大约6秒。可见，固然用模糊控制器控制后系统略有超调，但它所存在的这种微小超调是在系统稳定所允许范围之内的，而用模糊控制器控制却大大缩短了调节时间，进而进步了系统的特性。参考文献1.孙增圻，张再兴，邓志东。智能控制理论与技术清华大学出版社2004年度2月2.欧阳黎明MATLAB控制系统设计国防工业出版社2001年度9月0