模糊控制系统的MATLAB仿真PPT学习教案.pptx

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1、会计学1模糊控制系统模糊控制系统(kn zh x tn)的的MATLAB仿真仿真第一页，共81页。5.1 Simlink仿真仿真(fn zhn)入门入门中的仿真(fn zhn)模块库第1页/共81页第二页，共81页。第2页/共81页第三页，共81页。第3页/共81页第四页，共81页。n n仿真(fn zhn)模型图的建立n n1.打开模型编辑器界面n n2.移入模块并予以合理布局第4页/共81页第五页，共81页。2.编修模块(m kui)参数、名称和形状的方法1）模块(m kui)参数的编修第5页/共81页第六页，共81页。n n3.连接(linji)各模块n n1）连接(linji)各模块方

2、法n n连接(linji)模块的方法n n连接(linji)分支线的方法n n2）插入模块方法第6页/共81页第七页，共81页。4.小系统的封装1）封装方法选中被封装的模块进行(jnxng)封装2）自定义模块的编修（1）Icon（图标）对话框（2）Parameters（参数）对话框（3）Initialization（初始化）对话框（4）Documentation（文档）对话框3）自定义模块的查看第7页/共81页第八页，共81页。PIDPID控制系统原理控制系统原理控制系统原理控制系统原理(yunl)(yunl)框图框图框图框图第8页/共81页第九页，共81页。PIDPID控制系统仿真控制系统仿

3、真控制系统仿真控制系统仿真(fn zhn)(fn zhn)模型图模型图模型图模型图第9页/共81页第十页，共81页。PIDPID控制系统控制系统控制系统控制系统(kn zh x tn)(kn zh x tn)仿真模型封装图仿真模型封装图仿真模型封装图仿真模型封装图第10页/共81页第十一页，共81页。动态(dngti)系统的Simulink仿真1.信号源第11页/共81页第十二页，共81页。2.显示器第12页/共81页第十三页，共81页。1）参数设置General菜单坐标系数目显示时间(shjin)范围坐标系标签、Data history第13页/共81页第十四页，共81页。2)视频自动(zd

4、ng)缩放按钮3 控制系统的Simulink仿真1）调整信号源的有关参数2）调出显示器的显示屏3）开始仿真第14页/共81页第十五页，共81页。5.2 模糊推理系统模糊推理系统(xtng)的设计的设计与仿真与仿真模糊推理系统(xtng)的图形用户界面简介第15页/共81页第十六页，共81页。第16页/共81页第十七页，共81页。模糊推理系统编辑器1.FIS编辑器界面简介(jin ji)菜单条和模框区 File Edit View第17页/共81页第十八页，共81页。第18页/共81页第十九页，共81页。第19页/共81页第二十页，共81页。模糊逻辑(lu j)区和当前变量区2.FIS推理系统的

5、编辑3.编辑FIS的维数4.编辑FIS输入、输出量的名称第20页/共81页第二十一页，共81页。5.编辑(binj)FIS的名称6.编辑(binj)模糊逻辑推理的具体算法在下部模糊逻辑区中第21页/共81页第二十二页，共81页。第22页/共81页第二十三页，共81页。SugenoSugeno型模糊推理系统型模糊推理系统型模糊推理系统型模糊推理系统(xtng)(xtng)编辑器的模糊逻辑算法与编辑器的模糊逻辑算法与编辑器的模糊逻辑算法与编辑器的模糊逻辑算法与MamdaniMamdani型有所不同型有所不同型有所不同型有所不同第23页/共81页第二十四页，共81页。隶属函数(hnsh)编辑器1.M

6、F编辑器界面简介第24页/共81页第二十五页，共81页。第25页/共81页第二十六页，共81页。第26页/共81页第二十七页，共81页。2.Mamdani2.Mamdani型型FISFIS中隶属函数（中隶属函数（MFMF）的编辑）的编辑1)1)编辑输入变量的论域和显示范围编辑输入变量的论域和显示范围2 2）增加）增加(zngji)(zngji)覆盖输入量模糊子集的数目覆盖输入量模糊子集的数目编辑编辑MFMF类型类型编辑隶属函数的数目编辑隶属函数的数目3 3）编修隶属函数曲线）编修隶属函数曲线MFMF的命名的命名细化细化MFMF的类型的类型非标准函数非标准函数MFMF的编修的编修第27页/共81

7、页第二十八页，共81页。4）编修(bin xi)模糊子集位置5）删除模糊子集的方法单击删除第28页/共81页第二十九页，共81页。3.SUGeno型FIS隶属函数(hnsh)MF的编辑1）进入二维SUGeno型FIS编辑器2）调出Sugeno型MF编辑器第29页/共81页第三十页，共81页。第30页/共81页第三十一页，共81页。模糊规则编辑器模糊规则编辑器界面简介1）Rule编辑器上的主菜单2）Rule编辑器上的显示(xinsh)区和编辑区3）Rule编辑器上的“显示(xinsh)带”4）Rule编辑器上的编辑功能按钮第31页/共81页第三十二页，共81页。2.表述模糊规则(guz)的语言和

8、格式编辑1）语言型2）符号型3）索引型3.模糊规则(guz)的编辑方法1）编辑一条新模糊规则(guz)的方法2）修改模糊规则(guz)3）删除编好的模糊规则(guz)第32页/共81页第三十三页，共81页。第33页/共81页第三十四页，共81页。例题：（1）确定结构（2）编辑输入变量“level”和“rate”（3）编辑输出量“valve”（4）编辑模糊规则（5）保存液位FIS并退出(tuch)FIS编辑系统第34页/共81页第三十五页，共81页。第35页/共81页第三十六页，共81页。第36页/共81页第三十七页，共81页。模糊规则观测(gunc)窗1.Rule Viewer(Mamdani

9、)的界面2.Mamdani型和Sugeno型规则观测(gunc)器比较例：第37页/共81页第三十八页，共81页。第38页/共81页第三十九页，共81页。第39页/共81页第四十页，共81页。输出量曲面观测窗1.输出量曲面观测窗界面简介2.利用输出量曲面观测窗进行分析(fnx)研究第40页/共81页第四十一页，共81页。用GUI设计Mamdani型模糊系统举例1.选择模糊控制器的结构(jigu)及模糊逻辑算法2.定义覆盖输入、输出变量的模糊子集3，编辑模糊控制规则4.观测模糊推理过程第41页/共81页第四十二页，共81页。第42页/共81页第四十三页，共81页。第43页/共81页第四十四页，共

10、81页。4.观测模糊推理过程5.观测清晰化方法(fngf)对输出量的影响6.观测整个论域上输出量与输入变量间的关系第44页/共81页第四十五页，共81页。用用GUIGUI设计设计(shj)Sugeno(shj)Sugeno型模糊系统举例型模糊系统举例1.1.选择模糊系统的结构及逻辑算法选择模糊系统的结构及逻辑算法2.2.定义输入、输出变量的模糊子集定义输入、输出变量的模糊子集1 1）增加一个输出函数）增加一个输出函数2 2）命名）命名3 3）输入参数）输入参数3.3.输入模糊控制规则输入模糊控制规则4.4.观测模糊推理过程观测模糊推理过程5.5.观测整个论域上输出量与输入量间的关系观测整个论域

11、上输出量与输入量间的关系第45页/共81页第四十六页，共81页。第46页/共81页第四十七页，共81页。5.3 模糊控制系统的设计与仿真与Simulink的连接(linji)1.模糊逻辑工具箱简介2.把FIS嵌入模糊逻辑控制器的方法1）把FIS结构文件送入工作空间（1）在MAtlab主窗口中用指令readfis (2)在FIS编辑器中使用鼠标2）把FIS结构文件嵌入Fuzzy Logic Controller第47页/共81页第四十八页，共81页。构建模糊控制系统的仿真模型(mxng)图例 5-51.利用GUI编辑FIS结构文件，即构建模糊控制器2.在模型(mxng)编辑器中构建模糊控制系统的

12、仿真模型(mxng)图3.利用模型(mxng)图对系统进行仿真第48页/共81页第四十九页，共81页。第49页/共81页第五十页，共81页。第50页/共81页第五十一页，共81页。第51页/共81页第五十二页，共81页。按图按图按图按图5-805-80所示，调入并摆好各个模块所示，调入并摆好各个模块所示，调入并摆好各个模块所示，调入并摆好各个模块(m kui)(m kui)的位置的位置的位置的位置第52页/共81页第五十三页，共81页。液位模糊液位模糊(m hu)控制系统仿真模型图控制系统仿真模型图第53页/共81页第五十四页，共81页。在Comparision屏幕(pngm)上出现信号源输出

13、的方波经过模糊控制系统前（黄色）后（红）的两条波形曲线，如图5-85所示第54页/共81页第五十五页，共81页。通过仿真对系统进行通过仿真对系统进行(jnxng)分析分析1.Matlab中的模糊模型仿真示例2.用仿真模型图观察系统结构3.隶属函数对控制效果(xiogu)的影响4.模糊规则对控制效果(xiogu)的影响5.清晰化算法对控制效果(xiogu)影响6.Sltank中模糊控制和PID控制的比较第55页/共81页第五十六页，共81页。MATLABMATLAB中的模糊中的模糊中的模糊中的模糊(m hu)(m hu)模型仿真示例列表模型仿真示例列表模型仿真示例列表模型仿真示例列表第56页/共

14、81页第五十七页，共81页。MATLABMATLAB中中中中SltankSltank系统系统系统系统(xtng)(xtng)的详细结构框图的详细结构框图的详细结构框图的详细结构框图第57页/共81页第五十八页，共81页。第58页/共81页第五十九页，共81页。水位水位水位水位PIDPID控制系统控制系统控制系统控制系统(kn(kn zh x t zh x t n n)的方波及其响应曲线的方波及其响应曲线的方波及其响应曲线的方波及其响应曲线第59页/共81页第六十页，共81页。一、模糊控制系统的常用一、模糊控制系统的常用(chn yn)实现算法实现算法1定义输入和输出(shch)变量及其个数 2

15、定义所有变量的模糊化条件 3设计控制规则库 4设计模糊推理结构 5选择解模糊判决方法 第60页/共81页第六十一页，共81页。设计设计(shj)模糊推理结构模糊推理结构n nMamdani法n nLorsen法n nTakagi-Sugeno方法(fngf)。第61页/共81页第六十二页，共81页。(1).Mamdani方法利用“极大极小”合成规则定义(dngy)模糊蕴含表达的关系。例如：表达的关系 定义(dngy)为当 为 时，第62页/共81页第六十三页，共81页。(2).Lorsen方法采用(ciyng)乘积运算作为蕴含规则 当 为 时，第63页/共81页第六十四页，共81页。(3).T

16、akagi-Sugeno方法与其他模糊推理不同(b tn)，Takagi-Sugeno型模糊推理将去模糊化也结合到推理过程中，其输出为精确量。零阶系统(xtng)：一阶系统(xtng)：第64页/共81页第六十五页，共81页。二、模糊控制系统控制器设计二、模糊控制系统控制器设计(shj)的的仿真实例仿真实例n nMatlab 环境(hunjng)的simulink工具箱第65页/共81页第六十六页，共81页。1、水位(shuwi)控制系统控制目的:根据偏差调节阀门开度，以达到调整水位跟随设定(sh dn)信号.第66页/共81页第六十七页，共81页。仿真实现步骤:(1)分析对象(duxing)

17、,建立模型(2)确定输入变量和输出变量(3)总结控制器规则(4)建立模糊控制器(5)进行仿真第67页/共81页第六十八页，共81页。第68页/共81页第六十九页，共81页。三条(sn tio)规则五条规则(guz)第69页/共81页第七十页，共81页。2.倒车(do ch)实验模糊控制器可以实现对于卡车倒车入位进行(jnxng)调控 第70页/共81页第七十一页，共81页。输入变量选择校车与入位点之间的距离 ,输出变量选择转向(zhunxing)角度 。可以建立一个Sugeno型模糊系统，其输入变量为 控制规则:当 是“远”时，当 是“近”时，第71页/共81页第七十二页，共81页。第72页/

18、共81页第七十三页，共81页。3、单级倒立(dol)摆控制目的：使得小车沿滑轨在水平方向(fngxing)运动，且倒立摆在垂直平面内稳定 第73页/共81页第七十四页，共81页。第74页/共81页第七十五页，共81页。第75页/共81页第七十六页，共81页。三、模糊控制三、模糊控制(kngzh)和传统和传统PID控制控制(kngzh)的结合的结合第76页/共81页第七十七页，共81页。第77页/共81页第七十八页，共81页。n n例：被控对象(duxing)为，采样时间为1ms，在第300个采样时刻加入1.0的干扰信号，采用模糊PID控制进行控制。第78页/共81页第七十九页，共81页。第79页/共81页第八十页，共81页。第80页/共81页第八十一页，共81页。