實驗一模糊控制器的MATLAB仿真

1、實驗一 模糊控制器的MATLAB仿真一、實驗?zāi)康?本實驗要求利用MATLAB/SIMULINK與FUZZYTOOLBOX對給定的二階動態(tài)系統(tǒng)，確定模糊控制器的結(jié)構(gòu)，輸入和輸出語言變量、語言值及隸屬函數(shù)，模糊控制規(guī)則；比較其與常規(guī)控制器的控制效果；研究改變模糊控制器參數(shù)時，系統(tǒng)響應(yīng)的變化情況；掌握用 MATLAB 實現(xiàn)模糊控制系統(tǒng)仿真的方法。二、實驗設(shè)備：計算機系統(tǒng)、Matlab 仿真軟件 三、實驗原理 模糊控制器它包含有模糊化接口、規(guī)則庫、模糊推理、清晰化接口等部分，輸人變量是過程實測變量與系統(tǒng)設(shè)定值之差值。輸出變量是系統(tǒng)的實時控制修正變量。模糊控制的核心部分是包含語言規(guī)則的規(guī)則庫和模糊推理。

2、模糊推理就是一種模糊變換，它將輸入變量模糊集變換為輸出變量的模糊集，實現(xiàn)論域的轉(zhuǎn)換。工程上為了便于微機實現(xiàn)，通常采用“或”運算處理這種較為簡單的推理方法。Mamdani推理方法是一種廣泛采用的方法。它包含三個過程：隸屬度聚集、規(guī)則激活和輸出總合。模糊控制器的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1 模糊控制器的體系結(jié)構(gòu)四、實驗步驟 （1）對循環(huán)流化床鍋爐床溫，對象模型為采用simulink圖庫，實現(xiàn)常規(guī)PID和模糊自整定PID。（2）確定模糊語言變量及其論域：模糊自整定PID為2輸入3輸出的模糊控制器。該模糊控制器是以|e|和|ec|為輸入語言變量，Kp、Ki、Kd為輸出語言變量，其各語言變量的論域如下：誤差

3、絕對值：e=0，3，6，10；誤差變化率絕對值：ec=0，2，4，6；輸出Kp：Up=0，0.5，1.0，1.5；輸出Ki：Ui=0，0.002，0.004，0.006；輸出Kd：Ud=0，3，6，9。（3）語言變量值域的選取：輸入語言變量|e|和|ec|的值域取值“大”(B)、“中”(M)、“小”(s)和“零”(Z) 4種；輸出語言變量Kp、Ki、Kd的值域取值為“很大”(VB)、 “大”(B)、“中”(M)、“小”(s) 4種。步驟如下：在MATLAB控制窗口輸入：Fuzzy回撤增加輸入變量和輸出變量：修改輸入變量和輸出變量的名稱得到：雙擊每個輸入變量和輸出變量進(jìn)行分別設(shè)計：（4）規(guī)則的制

4、定：根據(jù)PID參數(shù)整定原則及運行經(jīng)驗，可列出輸出變量Kp、Ki、Kd的控制規(guī)則表。l 表1 參數(shù)Kp的整定規(guī)則BMSZBBMBBMVBBVBVBSVBBVBBZVBBBSl 表2 參數(shù)Ki的整定規(guī)則 BMSZBSMBVBMSMVBVBSSSVBVBZSSVBVBl 表3 參數(shù)Kd的整定規(guī)則 BMSZBSSSSMMMMMSMMMMZVBVBVBVB設(shè)計模糊控制規(guī)則表；（5）推理方法的確定Ø 隱含采用“mamdani”方法：max-min；Ø 推理方法，即“min”方法；Ø 去模糊方法：面積中心法；Ø 選擇隸屬函數(shù)的形式：三角型?；氐組ATLAB主界面，可得到如下：由此，利用FUZZYTOOLS的GUI工具建立模糊控制器(PID_auot.fis)之后，在Simulink環(huán)境下，構(gòu)建模糊自整定PID和常規(guī)PID控制系統(tǒng)，如圖2。其中：雙擊Fuzzy Logic Controller，設(shè)置如下：Subsystem設(shè)計如下：圖2 模糊自整定PID和常規(guī)PID控制仿真系統(tǒng)（6）給定輸入為階躍信號，運行程序，記錄實驗數(shù)據(jù)和控制曲線。（7）比較兩種控制器的控制效果；（8）當(dāng)通過改變模糊控制器的比例因子時，分析系統(tǒng)響應(yīng)有什么變化？五、實驗報告要求 給出模糊自整定 PID 控制系統(tǒng)的設(shè)計過程和仿真結(jié)構(gòu)圖