模糊控制的matlab實現(xiàn)課件

模糊控制的matlab實現(xiàn)1本實驗以Mtlab6.5為開發(fā)環(huán)境，基于模糊邏輯工具箱(Fuzzy

Logic

Toolbox)通過簡單直觀的例子，對模糊控制系統(tǒng)進行分析與研究。第4章4.1

認識實驗2GUI(圖形用戶界面)工具箱函數(shù)anfisedit功能：打開ANFIS編輯器的GUI格式：anfisedit(‘a(chǎn)’)anfisedit(a)anfisedit說明：利用anfisedit函數(shù)打開ANFIS編輯器的GUI，從中可裝入數(shù)據(jù)集合并訓(xùn)練ANFIS。利用anfisedit(‘a(chǎn)’)可從磁盤中裝入名為a.fis的FIS文件，并打開ANFIS編輯器。利用anfisedit(a)可按同樣的方式打開FIS結(jié)構(gòu)變量a。32.fuzzy功能：調(diào)用基本的FIS編輯器。格式：fuzzyfuzzy(fismat)說明：FIS編輯器可讓用戶方便地創(chuàng)建或修改FIS(模糊推理系統(tǒng))的高級特性。453.mfedit功能：隸屬度函數(shù)編輯器格式：mfedit

(‘a(chǎn)’)mfedit

(a)mfedit說明：mfedit

(‘a(chǎn)’)可打開隸屬度函數(shù)編輯器，其中包含文件a.fis的隸屬度函數(shù)，通過編輯器可對其進行修改。mfedit

(a)可打開保存在工作空間變量a中的FIS結(jié)構(gòu)。mfedit可打開隸屬度函數(shù)編輯器。674.ruleedit功能：ruleedit

(‘a(chǎn)’)ruleedit

(a)說明：利用ruleedit

(‘a(chǎn)’)可打開規(guī)則編輯器，從中可以查看或修改文件a.fis所對應(yīng)的FIS結(jié)構(gòu)中的規(guī)則。ruleedit

(a)格式可用來打開在工作空間中已存在的名為a的FIS結(jié)構(gòu)所對應(yīng)的規(guī)則編輯器。895.ruleview功能：規(guī)則觀測器和模糊推理框圖格式：ruleview

(‘a(chǎn)’)ruleview

(a)說明：利用ruleview(‘a(chǎn)’)可打開a.fis規(guī)則狀況的規(guī)則觀測器，從中可對文件a.fis所對應(yīng)的FIS結(jié)構(gòu)畫出模糊推理框圖，并可顯示整個框圖。ruleview

(a)格式可用來打開在工作空間中已存在的名為a的FIS結(jié)構(gòu)所對應(yīng)的規(guī)則觀測器。利用可打開

ruleview規(guī)則觀測器。10116.surfview功能：輸出曲面觀測器格式：surfview

(‘a(chǎn)’)surfview

(a)說明：利用surfview

(‘a(chǎn)’)可打開輸出曲面觀測器，從中可查看保存在文件a.fis中的單輸入或雙輸入FIS結(jié)構(gòu)的輸出曲面。12134.1.2隸屬度函數(shù)1.Gaussmf功能：高斯(Gaussian)型隸屬度函數(shù)格式：y=gaussmf(x,[sig

c])說明：對稱的高斯型函數(shù)取決于２個參數(shù)σ(sig)和c：gaussmf函數(shù)的參數(shù)以向量[sig，c]形式給出。例：x=

0:0.1:10;y=

gaussmf(x,[25]);plot(x,y);text(0.2,0.88,’gaussmf’);text(0.2,0.78,’P

=

[25]’);14152.sigmf功能：Sigmoid型隸屬度函數(shù)格式：y=sigmf(x,[a

c])說明：Sigmoid型函數(shù)由參數(shù)a和c確定：例：x=

0:0.1:10;y

=

sigmf(x,[24]);plot(x,y);text(0.2,0.88,’sigmf’);text(0.2,0.78,’P

=

[24]’);16173.trimf18功能：三角形隸屬度函數(shù)格式：y=trimf(x,[a

b

c])說明：三角函數(shù)曲線由３個參數(shù)a、b、c確定：參數(shù)a和c確定三角形的“腳”，而參

數(shù)b確定三角形的“峰”例：x=

0:0.1:10;y

=

trimf(x,[3

68]);plot(x,y);text(0.2,0.88,’trimf’);text(0.2,0.78,’P

=

[368]’);194.1.3

FIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)管理函數(shù)addmf功能：將隸屬度函數(shù)添加到FIS格式：a=addmf(a,’varType’,varIndex,’mfName’,’mfType,mfParams)addmf函數(shù)有６個變量(1)a:

工作空間中的FIS結(jié)構(gòu)變量名

(2)varType:要添加的隸屬度函數(shù)的變量類型

(3)varIndex:

要添加的隸屬度函數(shù)的變量編號mfName:新添加的隸屬度函數(shù)名mfType:新隸屬度函數(shù)的類型mfParams:

指定隸屬度函數(shù)的參數(shù)向量20例：21a=newfis(‘Simple’);a=addvar(a,’input’,’e’,[-6,6]);a=addmf(a,’input’,1,’NL’,’trapmf’,[-6,-6,-5,-3]);a=addmf(a,’input’,1,’NS’,’trapmf’,[-5,-3,-2,0]);a=addmf(a,’input’,1,’ZR’,’trapmf’,[-2,0,2])。addrule功能：在FIS中添加規(guī)則格式：a=addrule(a,ruleList)例：ruleList=[1

1

1

1

1

;1

2

2

1

1];a=addrule(a,ruleList);addvar功能：在FIS中添加變量格式：a=addvar(a,’varType’,varBounds)例：a=newfis(‘Simple’);a=addvar(a,’input’,’e’,[-6,6]);224.defuzz功能：對隸屬度函數(shù)進行反模糊化格式：out=defuzz(x,mf,type)說明：defuzz(x,mf,type)可得到輸入為x時隸屬度函數(shù)mf的反模糊值例：x=-10:0.1:10;mf=trapmf(x,[-10

-8

-4

7]);xx=defuzz(x,mf,’centroid’)234.1.4

Simulink仿真模塊fuzblock功能：模糊邏輯控制器仿真模塊格式：fuzblock說明：此命令將打開Simulink系統(tǒng)的模糊邏輯模塊庫，里面含有有關(guān)模糊邏輯器件的演示框圖。sffis功能：Simulink中的模糊推理S函數(shù)格式：output＝sffis（t，x，u，flag，fismat）說明：用此函數(shù)可得到一個由Simulink使用的MEX文件24模糊推理系統(tǒng)的任務(wù)4.2

水箱水位控制實驗建立模糊控制規(guī)則表進行輸出信息的模糊判決建立模糊推理系統(tǒng)，通常采用兩類方法：25(1)利用Matlab命令行建立模糊推理系統(tǒng)

(2)利用GUI建立模糊推理系統(tǒng)水箱水位模糊推理系統(tǒng)(FIS)的建立對測量數(shù)據(jù)進行模糊化水位模糊控制系統(tǒng)設(shè)定期望的水位，檢測實際的水位，計算水位誤差，由模糊控制器計算得到閥門控制量，即閥門開度，從而控制閥門，完成水位的控制。26取水位誤差e和誤差變化率ec作為模糊控制器的輸入變量。其中：e=r-y(誤差＝設(shè)定值－測量值)。選取誤差e的論域范圍：[-1?+1]，３個語言變量值為：negative、zero、positive，它們的隸屬度函數(shù)均取gaussmf；水位變化率ec的論域也為：[-

0.1?+0.1]，３個語言變量值為：negative、zero、positive，它們的隸屬度函數(shù)均取gaussmf；確定輸出變量數(shù)為１個，名為u，其論域為[-1?+1]，５個語言變量值為close-fast、close-slow、no-chang、open-slow、open-fast，隸屬度函數(shù)選為trimf。27規(guī)則分析：根據(jù)水箱水位控制的實際經(jīng)驗，可得到如下控制規(guī)則：If

e

is

negativethen

u

isclose-fastIf

e

is

zero

then

u

is

no-changIf

e

is

positive

then

u

is

open-fastIf

e

is

zeroand

ec

is

negative

then

u

is

open-slowIf

e

is

zeroand

ec

is

positive

then

u

is

close-slow284.2.1

利用GUI建立FIS291.

進入FIS編輯器在Matlab的Command

Window窗口的提示下，鍵入fuzzy可打開FIS編輯器，默認的文件名是Untitle，默認的系統(tǒng)是Mamdani型。由于本例有２個輸入變量，因此需要添加１個輸入變量，然后給輸入、輸出變量命名，再保存系統(tǒng)。本例創(chuàng)建的系統(tǒng)命名為WatLevControl。3031進入隸屬度函數(shù)編輯器進入方法:在FIS編輯器中雙擊任意一個輸入或輸出變量的圖框通過菜單Edit→Membership

Functions…在Matlab的Command

Window窗口的提示下，鍵入mfedit(WatLevControl)編輯過程：修改各變量的論域范圍編輯各個輸入或輸出變量的隸屬度函數(shù)及各隸屬度函數(shù)對應(yīng)的Name、Type、Params。系統(tǒng)默認每個變量有３個隸屬度函數(shù)，均為trimf，可根據(jù)需要進行刪減。323334353.進入規(guī)則編輯器36進入方法：(1)在FIS編輯器中雙擊規(guī)則處理圖框

(2)通過菜單Edit→Rules…(3)在Matlab的Command

Window窗口的提示下，鍵入ruleedit。3738查看規(guī)則觀測器目的：查看模糊規(guī)則的推理情況?？梢苑奖愕赜^察規(guī)則情況以及調(diào)整不同的輸入時所對應(yīng)的輸出的情況。打開規(guī)則觀測器的方法：通過菜單View→Rule查看曲面觀測器目的：查看模糊規(guī)則的曲面輸出情況。打開曲面觀測器的方法：通過菜單View→Surface3940414.2.2

利用Matlab命令行建立FIS1.建立新的FIS設(shè)所建的FIS結(jié)構(gòu)為wlcontrol,則命令行為：422.添加輸入輸出變量本例的模糊推理系統(tǒng)有２個輸入變量e和ec，１個輸出變量u，根據(jù)它們的論域要求，用add函數(shù)添加三個變量。433.添加隸屬函數(shù)44454.設(shè)計并添加規(guī)則列表46保存FIS結(jié)構(gòu)用writefis函數(shù)可以將Matlab工作空間中的FIS結(jié)構(gòu)變量wlcontrol保存到磁盤文件中：writefis(wlcontrol)此文件將以.fis為缺省后綴名?？梢岳孟铝泻瘮?shù)對所建立的FIS進行操作plotmf(繪制隸屬度函數(shù))、surfview(繪制系統(tǒng)輸出曲面)

plotfis(繪制FIS系統(tǒng)結(jié)構(gòu))、evalfis(計算FIS輸出)、

getfis(獲取FIS結(jié)構(gòu)的屬性)、showfis(顯示FIS結(jié)構(gòu)參數(shù))

evalmf(計算隸屬度函數(shù))47wlcontrol=addvar(wlcontrol,'input','e',[-1

1]);wlcontrol=addvar(wlcontrol,'input','ec',[-0.1

0.1]);wlcontrol=addvar(wlcontrol,'output','u',[-1

1]);wlcontrol=addmf(wlcontrol,'input',1,'negative','gaussmf',[0.45

-1]);wlcontrol=addmf(wlcontrol,'input',1,'zero','gaussmf',[0.45

0]);wlcontrol=addmf(wlcontrol,'input',1,'positive','gaussmf',[0.45

1]);wlcontrol=addmf(wlcontrol,'input',2,'negative','gaussmf',[0.045

-0.1]);wlcontrol=addmf(wlcontrol,'input',2,'zero','gaussmf',[0.045

0]);wlcontrol=addmf(wlcontrol,'input',2,'positive','gaussmf',[0.045

0.1]);wlcontrol=addmf(wlcontrol,'output',1,'close-fast','trimf',[-1.5

-1

-0.5]);wlcontrol=addmf(wlcontrol,'ou