模糊控制系統(tǒng)的MATLAB仿真PPT課件

1、5.1 Simlink仿真入門中的仿真模塊庫第1頁/共81頁第2頁/共81頁第3頁/共81頁 仿真模型圖的建立 1.打開模型編輯器界面 2.移入模塊并予以合理布局第4頁/共81頁2. 編修模塊參數(shù)、名稱和形狀的方法1）模塊參數(shù)的編修第5頁/共81頁 3.連接各模塊1）連接各模塊方法 連接模塊的方法 連接分支線的方法2）插入模塊方法第6頁/共81頁4.小系統(tǒng)的封裝1）封裝方法 選中被封裝的模塊 進行封裝2）自定義模塊的編修（1）Icon（圖標）對話框（2）Parameters（參數(shù)）對話框（3）Initialization（初始化）對話框（4）Documentation（文檔）對話框3）自定義模

2、塊的查看第7頁/共81頁PID控制系統(tǒng)原理框圖第8頁/共81頁PID控制系統(tǒng)仿真模型圖第9頁/共81頁PID控制系統(tǒng)仿真模型封裝圖第10頁/共81頁動態(tài)系統(tǒng)的Simulink仿真1.信號源第11頁/共81頁2. 顯示器第12頁/共81頁1）參數(shù)設置General菜單 坐標系數(shù)目 顯示時間范圍 坐標系標簽、Data history第13頁/共81頁2)視頻自動縮放按鈕3 控制系統(tǒng)的Simulink仿真1）調整信號源的有關參數(shù)2）調出顯示器的顯示屏3）開始仿真第14頁/共81頁5.2 模糊推理系統(tǒng)的設計與仿真模糊推理系統(tǒng)的圖形用戶界面簡介第15頁/共81頁第16頁/共81頁模糊推理系統(tǒng)編輯器1.F

3、IS編輯器界面簡介 菜單條和?？騾^(qū) File Edit View第17頁/共81頁第18頁/共81頁第19頁/共81頁模糊邏輯區(qū)和當前變量區(qū)2. FIS推理系統(tǒng)的編輯3.編輯FIS的維數(shù)4.編輯FIS輸入、輸出量的名稱第20頁/共81頁5.編輯FIS的名稱6.編輯模糊邏輯推理的具體算法在下部模糊邏輯區(qū)中第21頁/共81頁第22頁/共81頁Sugeno型模糊推理系統(tǒng)編輯器的模糊邏輯算法與Mamdani型有所不同第23頁/共81頁隸屬函數(shù)編輯器1.MF編輯器界面簡介第24頁/共81頁第25頁/共81頁第26頁/共81頁2. Mamdani型FIS中隸屬函數(shù)（MF）的編輯1)編輯輸入變量的論域和顯示

4、范圍2）增加覆蓋輸入量模糊子集的數(shù)目 編輯MF類型 編輯隸屬函數(shù)的數(shù)目 3）編修隸屬函數(shù)曲線 MF的命名 細化MF的類型 非標準函數(shù)MF的編修第27頁/共81頁4）編修模糊子集位置5）刪除模糊子集的方法 單擊 刪除第28頁/共81頁3. SUGeno型FIS隸屬函數(shù)MF的編輯1）進入二維SUGeno型FIS編輯器2）調出Sugeno型MF編輯器第29頁/共81頁第30頁/共81頁模糊規(guī)則編輯器1.模糊規(guī)則編輯器界面簡介1）Rule編輯器上的主菜單2）Rule編輯器上的顯示區(qū)和編輯區(qū)3）Rule編輯器上的“顯示帶”4）Rule編輯器上的編輯功能按鈕第31頁/共81頁2. 表述模糊規(guī)則的語言和格式

5、編輯1）語言型2）符號型3）索引型3. 模糊規(guī)則的編輯方法1）編輯一條新模糊規(guī)則的方法2）修改模糊規(guī)則3）刪除編好的模糊規(guī)則第32頁/共81頁第33頁/共81頁例題：（1）確定結構（2）編輯輸入變量“l(fā)evel”和“rate”（3）編輯輸出量“valve”（4）編輯模糊規(guī)則（5）保存液位FIS并退出FIS編輯系統(tǒng)第34頁/共81頁第35頁/共81頁第36頁/共81頁模糊規(guī)則觀測窗1.Rule Viewer(Mamdani)的界面2.Mamdani型和Sugeno型規(guī)則觀測器比較例：第37頁/共81頁第38頁/共81頁第39頁/共81頁輸出量曲面觀測窗1.輸出量曲面觀測窗界面簡介2.利用輸出量曲

6、面觀測窗進行分析研究第40頁/共81頁用GUI設計Mamdani型模糊系統(tǒng)舉例1.選擇模糊控制器的結構及模糊邏輯算法2.定義覆蓋輸入、輸出變量的模糊子集3，編輯模糊控制規(guī)則4.觀測模糊推理過程第41頁/共81頁第42頁/共81頁第43頁/共81頁4.觀測模糊推理過程5.觀測清晰化方法對輸出量的影響6.觀測整個論域上輸出量與輸入變量間的關系第44頁/共81頁用GUI設計Sugeno型模糊系統(tǒng)舉例1.選擇模糊系統(tǒng)的結構及邏輯算法2.定義輸入、輸出變量的模糊子集1）增加一個輸出函數(shù)2）命名3）輸入?yún)?shù)3. 輸入模糊控制規(guī)則4.觀測模糊推理過程5.觀測整個論域上輸出量與輸入量間的關系第45頁/共81頁

7、第46頁/共81頁5.3 模糊控制系統(tǒng)的設計與仿真與Simulink的連接1.模糊邏輯工具箱簡介2.把FIS嵌入模糊邏輯控制器的方法1）把FIS結構文件送入工作空間（1）在MAtlab主窗口中用指令readfis (2)在FIS編輯器中使用鼠標2）把FIS結構文件嵌入Fuzzy Logic Controller第47頁/共81頁構建模糊控制系統(tǒng)的仿真模型圖例 5-51.利用GUI編輯FIS結構文件，即構建模糊控制器2.在模型編輯器中構建模糊控制系統(tǒng)的仿真模型圖3.利用模型圖對系統(tǒng)進行仿真第48頁/共81頁第49頁/共81頁第50頁/共81頁第51頁/共81頁按圖5-80所示，調入并擺好各個模塊

8、的位置第52頁/共81頁液位模糊控制系統(tǒng)仿真模型圖第53頁/共81頁 在Comparision屏幕上出現(xiàn)信號源輸出的方波經(jīng)過模糊控制系統(tǒng)前（黃色）后（紅）的兩條波形曲線，如圖5-85所示第54頁/共81頁通過仿真對系統(tǒng)進行分析1.Matlab中的模糊模型仿真示例2.用仿真模型圖觀察系統(tǒng)結構3. 隸屬函數(shù)對控制效果的影響4.模糊規(guī)則對控制效果的影響5.清晰化算法對控制效果影響6.Sltank中模糊控制和PID控制的比較第55頁/共81頁MATLAB中的模糊模型仿真示例列表第56頁/共81頁MATLAB中Sltank系統(tǒng)的詳細結構框圖第57頁/共81頁第58頁/共81頁水位PID控制系統(tǒng)的方波及其

9、響應曲線第59頁/共81頁一、模糊控制系統(tǒng)的常用實現(xiàn)算法1定義輸入和輸出變量及其個數(shù) 2定義所有變量的模糊化條件 3設計控制規(guī)則庫 4設計模糊推理結構 5選擇解模糊判決方法 第60頁/共81頁設計模糊推理結構 Mamdani法 Lorsen法 Takagi-Sugeno方法。第61頁/共81頁(1).Mamdani方法利用“極大極小”合成規(guī)則定義模糊蘊含表達的關系。例如： 表達的關系 定義為: R if xAyB為 ， then 為 CR( )( )( , )ABCX YxyRA Bx y當 為 時， XAAAB( )( )( )x XCYxxyBARy第62頁/共81頁(2).Lorsen方

10、法采用乘積運算作為蘊含規(guī)則 ( )( )( , )ABPX YxyRA Bx y當 為 時， XAAAB( )( )( )x XPYxxyBARy第63頁/共81頁(3).Takagi-Sugeno方法與其他模糊推理不同，Takagi-Sugeno型模糊推理將去模糊化也結合到推理過程中，其輸出為精確量。零階系統(tǒng)： 一階系統(tǒng)： : R if xAyBzk為 ， 為 ,then : R if xAyBzpxqyr為 ， 為 ,then 第64頁/共81頁二、模糊控制系統(tǒng)控制器設計的仿真實例 Matlab 環(huán)境的simulink工具箱第65頁/共81頁1、水位控制系統(tǒng)控制目的:根據(jù)偏差調節(jié)閥門開度，

11、以達到調整水位跟隨設定信號.第66頁/共81頁仿真實現(xiàn)步驟:(1)分析對象,建立模型(2)確定輸入變量和輸出變量(3)總結控制器規(guī)則(4) 建立模糊控制器(5)進行仿真第67頁/共81頁第68頁/共81頁三條規(guī)則五條規(guī)則第69頁/共81頁2. 倒車實驗模糊控制器可以實現(xiàn)對于卡車倒車入位進行調控 第70頁/共81頁輸入變量選擇校車與入位點之間的距離 ,輸出變量選擇轉向角度 。 可以建立一個Sugeno型模糊系統(tǒng)，其輸入變量為 控制規(guī)則:當 是“遠”時，當 是“近”時，distanceqdistancexdistancedistancex第71頁/共81頁第72頁/共81頁3、單級倒立擺控制目的：使得小車沿滑軌在水平方向運動，且倒立擺在垂直平面內(nèi)穩(wěn)定 第73頁/共81頁第