模糊控制Matlab仿真

1、說明:a. 控制對(duì)象為一階系統(tǒng)，目的是為了簡單，調(diào)通后可以修改控制對(duì)象，控制參數(shù)體會(huì)各個(gè)量 對(duì)控制效果的影響。b階系統(tǒng)直接施加輸入，如圖1所示的控制對(duì)象，上升時(shí)間會(huì)很大。完全可以使用PID控制使控制效果滿足需要。這里使用模糊控制來代替PID控制器。比較一下！模糊控制器設(shè)計(jì)模糊控制器的計(jì)算量是非常大的，我不從數(shù)學(xué)推導(dǎo)介紹。講一下利用matlab的模糊工具箱(Fuzzy logical toolbox)建立基本模糊控制器的方法。在命令行輸入fuzzy,就可以進(jìn)入模糊推理系統(tǒng)編輯器(fis editor )。利用這個(gè)工具制作一個(gè)*.fis的文件。這個(gè)文件就是模糊控制器的核心！在 simulink中和

2、以往進(jìn)行 PID控制一樣建立模型。如圖1，在simulink的庫里點(diǎn)擊 Fuzzy Logical toolbox，拖一個(gè) Fuzzyl logical controller with rule viewer ，雙擊這個(gè)環(huán)節(jié)，在彈出的對(duì)話框的fis Matrix里填入你自己起的*.fis的名字，不需輸入后綴fis。在設(shè)計(jì)模糊控制器(*.fis)前，要想好，你設(shè)計(jì)的控制器需要幾個(gè)輸入，幾個(gè)輸出。比如，本例中擬采用偏差E和偏差變化率Ec這兩個(gè)量作為模糊控制器的輸入，模糊控制器有一個(gè)輸出。很明顯，這是利用模糊控制器代替PD控制的。對(duì)應(yīng)的模糊控制器的設(shè)計(jì)也要具有兩個(gè)輸入一個(gè)輸出。利用matlab的Fu

3、zzy logical toolbox 設(shè)計(jì)模糊控制器(生成*.fis文件)的關(guān)鍵步驟：a. 添加輸入輸出。File Edit ViewFIS Editor： m/example圖3.fis編輯器默認(rèn)的具有一個(gè)輸出，添加第二個(gè)輸入，并且分別命名為E，Ec，U。b. 確定隸屬函數(shù)。雙擊黃色和綠色的方框就可以進(jìn)入隸屬函數(shù)編輯對(duì)話框了。設(shè)置E,Ec的range為-6,6，u的range為-1,1。然后每一個(gè)變量再添加4個(gè)輸入隸屬函數(shù)，總共7個(gè)。matlab提供了 11種隸屬函數(shù)，第一次用選擇常用的三角形trimf，區(qū)別不大的。三角形隸屬函數(shù)有三個(gè)點(diǎn)確定，其實(shí)是三角形底邊兩個(gè)端點(diǎn)和中點(diǎn)。c. 確定模糊

4、規(guī)則。d. 完畢。在窗口導(dǎo)出到磁盤，生成*.fis(如myexample.fis)即可。分析不要以為模糊控制可以模糊到弄個(gè)差不多就可以控制了。不是的！圖1中這個(gè)仿真中用到了 3個(gè)系數(shù)，Gain，Gain1，Gain2。調(diào)整這三個(gè)系數(shù)都會(huì)對(duì)整個(gè)控制效果有很大影響。說明：a很明顯發(fā)這三個(gè)參數(shù)對(duì)控制器的性能有很大的影響，所以不要指望，基本模糊控制器可以實(shí)現(xiàn)不用人工調(diào)整就可以。b. 三個(gè)參數(shù)中Gain類似于PD控制中的P,過小則穩(wěn)態(tài)誤差大，上升時(shí)間長。過大，穩(wěn)態(tài) 誤差小了，上升時(shí)間小了，但是出現(xiàn)超調(diào)，繼續(xù)增大則出現(xiàn)振蕩。c. 參數(shù)Gain2類似于PD控制中的D，可以調(diào)整系統(tǒng)的”阻尼”。對(duì)于電容-電阻電

5、路，傳遞函數(shù)分母為Ts+1，T=RC為系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)。修改Gain2可以改善系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)，使上升時(shí)間減小或增加。其作用相當(dāng)于改變電容大小，放電時(shí)間減小或增大。對(duì)于機(jī)械的彈簧-阻尼系統(tǒng)，T=f/k，調(diào)整D相當(dāng)于改變f。由仿真知，Gain2可以從負(fù)到正改變，值越大，系統(tǒng) 的上升時(shí)間越大，響應(yīng)越慢。當(dāng)改為負(fù)值時(shí)，系統(tǒng)地上升時(shí)間越來越小，以至于阻尼太小， 發(fā)生振蕩。d. 參數(shù)Gain1可修改的范圍比較大。對(duì)系統(tǒng)的影響相對(duì)較小。它是對(duì)誤差E的放大，或縮小，只要合適就行了。仿真建立 modle文件注意事項(xiàng)在仿真中使用 matlab7.0，模糊控制工具箱，一運(yùn)行就出錯(cuò)，提示一個(gè)max控件不能接受boole

6、an輸入。解決方法在上篇日志中意給出。還有一個(gè)是仿真中要加零階保持器。否則，系統(tǒng)當(dāng)連續(xù)系統(tǒng)運(yùn)行，很慢！有時(shí)仿真中會(huì)提示警告，說步長過大，就不最大步長由 自動(dòng)改為較小的值。另外，*fis文件名必須和模糊控制器名字一致。感悟在很多的控制系統(tǒng)中，不是采用這種方式的，都是離線的計(jì)算一張所謂控制表。它與 控制規(guī)則表類似。因?yàn)榇蠖嗫刂破鞑捎脝纹瑱C(jī)或DSP,這樣從頭到尾計(jì)算量太大?？刂票硎褂脮r(shí)，檢測到輸入和輸出，把它歸為正大正小這些等級(jí)，四舍五入也好，別的方法也行，就 丟失一些信息，換來速度，直接查表，也是一個(gè)數(shù)，把這個(gè)輸作為控制量。整個(gè)過程完全就 是精確控制，盜用模糊控制的名字而以。由分析可知，選擇 E，Ec的基本模糊控制基本就是PID控制效果，因?yàn)闆]有選擇 E積分，穩(wěn)態(tài)