模糊控制位置跟蹤的SIMULINK仿真

1、智能控制作業(yè)二“模糊控制位置跟蹤的SIMULINK 仿真一、題目設(shè)被控對象的傳遞函數(shù)為 G（s）二了500 ，輸入信號為方波，周期為 1秒，幅值為1, s +25s（可以用 Pulse Generator模塊來產(chǎn)生）。1） 試設(shè)計兩輸入單輸出模糊控制器，輸入為偏差E和偏差變化率 EC,輸出為控制量 U , 使系統(tǒng)輸出能實時跟蹤輸入信號。2）通過仿真理解并分析 E和EC的參數(shù)選擇對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差和動態(tài)性能的影響，這些參數(shù) 包括模糊子集的個數(shù)，論域的范圍等。作業(yè)中最好把不同參數(shù)下的仿真結(jié)果附上。二、MATLAB解決方案1、模糊控制模塊的創(chuàng)建在MATLAB命令窗口中輸入fuzzy命令，會彈出模糊控制

2、GUI界面，打開隸屬度函數(shù) 編輯窗口，輸入變量為 E和EC，輸出變量為U，輸入輸出論域均設(shè)置為-3 3，每個變量都 設(shè)置NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB七個模糊子集，每個變量的隸屬度函數(shù)均如圖1所示，為了使輸入誤差在零附近反應(yīng)敏感，這一部分隸屬度函數(shù)設(shè)置得比較尖。圖1隸屬度函數(shù)編輯窗口根據(jù)如表1輸入控制規(guī)則，如圖 2所示:NBNMNSZ0PSPMPBNBNBNBNMNMNSZ0Z0NMNBNBNMNSNSZ0PSNSNMNMNMNSZ0PSPSZ0NMNMNSZ0PSPMPMPSNSNSZ0PSPSPMPMPMNSZ0PSPMPMPMPBPBZ0Z0PMPMPMPBPB編輯完成后可以看

3、到如圖 3所示的模糊輸入與輸出的三維示意圖:圖2控制規(guī)則輸入窗口圖3輸出三維示意圖2、simulink 的仿真新建一個 model，搭建如圖4所示的控制框圖，保存為 fuc2文件夾中的fuz_ctrl.mdl。3、調(diào)試后的仿真結(jié)果圖4 simulink控制框圖表1控制規(guī)則經(jīng)過調(diào)試優(yōu)化，最終得到的仿真波形如圖5所示。其中Ke=3 , Kec=0.06 , Ku=1.圖5最終運行結(jié)果三、控制參數(shù)對控制結(jié)果的影響1、論域?qū)刂平Y(jié)果的影響這里采用Ke和Kec來起到控制輸入變量的論域的作用， 當(dāng)增大量化因子，相當(dāng)于縮小 了輸入變量的論域，當(dāng)減小量化因子時， 相當(dāng)于增大了輸入變量的論域。 在原來的基礎(chǔ)上改

4、 變Ke，Kec的值，通過觀察跟蹤效果來說明論域?qū)刂平Y(jié)果的影響。首先討論偏差 E的論域?qū)刂平Y(jié)果的影響：保持Kec=0.06，當(dāng)Ke=4時，運行結(jié)果如圖6所示：圖6 Ke=4時的運行結(jié)果當(dāng)Ke=1時的運行結(jié)果如圖 7所示:rMH Scope 圖7 Ke=1時運行結(jié)果從以上兩幅圖的對比可以看出，當(dāng)偏差 E的論域過大時，響應(yīng)速度回變慢，超調(diào)會減 小，當(dāng)論域過小時，響應(yīng)速度回變快，但會出現(xiàn)超調(diào)。下面討論偏差的變化率對控制結(jié)果的影響：保持Ke=3，當(dāng)Kec=0.4時的運行結(jié)果如圖8所示：rIB Scope J 圖8Kec=0.04時的運行結(jié)果當(dāng)Kec=0.12時的運行結(jié)果如圖 9所示:圖9Kec=0

5、.12時的運行結(jié)果從以上兩圖的對比可以看出，偏差的變化率的論域增大有利于提高響應(yīng)時間，但會引 起過大的超調(diào)，論域減小有利于減小超調(diào)，但會減慢響應(yīng)速度，在實際控制中應(yīng)該綜合考慮以上兩點。2、模糊子集個數(shù)對控制結(jié)果的影響本示例中設(shè)置了七個模糊子集，在同樣的控制參數(shù)下，模糊子集個數(shù)為5和3時的控制結(jié)果圖：其中模糊子集數(shù)為 5時的仿真模型保存為文件夾 fuc2_1中的fuz_ctrl2.mdl，模糊 子集數(shù)為3的仿真模型保存為文件夾 fuc2_2中fuz_ctrl3.mdl。F Scope昌自色昇爐盹迢錮曰年TjiPTmeofiset: 0圖10模糊子集為5個是響應(yīng)波形<055125.45.6圖

6、11模糊子集為7個和5個時局部放大比較圖12模糊子集個數(shù)為3時的響應(yīng)波形從上述幾幅波形對比可以看到，模糊子集個數(shù)越少，其控制就越不精確，引起的誤差也越大，但當(dāng)模糊子集個數(shù)太大時， 每一步計算花費的時間會變長，在實際設(shè)計中應(yīng)綜合考慮這兩個因素。四、討論與心得此次大作業(yè)主要利用了模糊控制的GUI界面為simulink創(chuàng)建一個論域連續(xù)的模糊控制模型，然后將其運用到實際的控制過程當(dāng)中去。在剛開始時，隸屬度函數(shù)和控制規(guī)則就采用常用的函數(shù)和控制規(guī)則。最初遇到的問題就是論域我都選擇了-3 3,然后仿真出來的波形根本不對，于是我查閱了相關(guān)的文獻(xiàn)，在輸入和輸出的環(huán)節(jié)中都加入了一個量化因子，用示波器觀察了偏差和偏差的變化率的變化范圍以后，按照課本中的公式Ke2meH弋Kec =2n，初步選擇了 Ke和Kec，Ku初步選擇為1，然后再調(diào)整各個量化因子,ecH -ecL觀察各個參數(shù)對結(jié)果的影響，最后得到一個比較理想的結(jié)果。由于修改論域比較麻煩，我就采用了這種量化因子的方式對論域進(jìn)行了討論，因為這兩者的效果是一樣的。經(jīng)過調(diào)整后得到圖形后，