模糊控制應(yīng)用示例ppt課件

1、模糊控制應(yīng)用示例,第5次課,例1：工業(yè)工程控制 例2：典型二階環(huán)節(jié) 的模糊控制,例1： 工業(yè)過(guò)程,例1: 某一工業(yè)過(guò)程要根據(jù)測(cè)量的溫度（t）和壓力（p）來(lái)確定閥門(mén)開(kāi)啟的角 度: 這種關(guān)系很難用數(shù)學(xué)模型精確描述。實(shí)際中由有經(jīng)驗(yàn)的操作員完成，因此通?？稍O(shè)計(jì)模糊控制器取而代之,輸入輸出變量的論域,溫度： 0 30 度 壓力： 0 3 大氣壓 閥門(mén)開(kāi)啟的角度 ： 1010度,溫度和壓力的模糊隸屬度函數(shù),采用三角形隸屬度函數(shù) 溫度： “冷”“熱” 壓力： “正?！薄案?閥門(mén)開(kāi)啟角度的模糊隸屬度函數(shù),負(fù)” “零” “正,模糊推理規(guī)則庫(kù),模糊推理規(guī)則有3條： If 溫度“冷” and 壓力“高”，則閥門(mén)角度

2、增量為“正” If 溫度“熱” and 壓力“高”，則閥門(mén)角度增量為“負(fù)” If 壓力“正常”，則閥門(mén)角度增量為“零,模糊控制器設(shè)計(jì)（51,pc1=newfis(pc1); pc1=addvar(pc1,input,溫度,0 30); pc1=addvar(pc1,input,壓力,0 3); pc1=addvar(pc1,output,增量,-10 10,addvar 功能：在FIS中添加變量。 格式：a = addvar (a,varType,varName,varBounds,模糊控制器設(shè)計(jì)（52,addmf 功能：隸屬度函數(shù)添加到FIS(模糊推理系統(tǒng))。 格式：a = addmf(a,

3、varType,varIndex,mfName,mfType,mfParams,三角形：3個(gè)參數(shù) 梯形：4個(gè)參數(shù),模糊控制器設(shè)計(jì)（53,pc1=addmf(pc1,input,1,冷,trapmf,0 0 10 20); pc1=addmf(pc1,input,1,熱,trapmf,10 20 30 30); pc1=addmf(pc1,input,2,正常,trimf,0 1 2); pc1=addmf(pc1,input,2,高,trapmf,1 2 3 3); pc1=addmf(pc1,output,1,負(fù),trimf,-10 -5 0); pc1=addmf(pc1,output,1

4、,零,trimf,-5 0 5); pc1=addmf(pc1,output,1,正,trimf,0 5 10,模糊控制器設(shè)計(jì)（54,addrule 功能：在FIS中添加規(guī)則。 格式： a = addrule (a,ruleList,m個(gè)輸入，n個(gè)輸出： 前m列表示系統(tǒng)的輸入，每列的數(shù)值表示輸入變量隸屬度函數(shù)的編號(hào)；接著的n列表示系統(tǒng)的輸出，每列的數(shù)值表示輸出變量隸屬度函數(shù)的編號(hào)；第m + n + 1 列為該條規(guī)則的權(quán)值（01）；第m + n + 2 列的值決定模糊操作符的類型：1（當(dāng)模糊操作符為AND時(shí)）或2（當(dāng)模糊操作符為OR時(shí),模糊控制器設(shè)計(jì)（55,rulelist=1 2 3 1 1;

5、 2 2 1 1 1; 0 1 2 1 2; pc1=addrule(pc1,rulelist,模糊推理規(guī)則 If 溫度“冷” and 壓力“高”，則閥門(mén)角度增量為“正” If 溫度“熱” and 壓力“高”，則閥門(mén)角度增量為“負(fù)” If 壓力“正常”，則閥門(mén)角度增量為“零,模糊推理計(jì)算,evalfis 功能：完成模糊推理計(jì)算。 格式：output= evalfis (input, fismat) output= evalfis (input, fismat, numPts) numPts：計(jì)算輸入和輸出隸屬度函數(shù)時(shí)采用的取樣點(diǎn)數(shù)，如缺省，則采用缺省值：101,模糊推理計(jì)算,例如，當(dāng)t=5，P

6、=2，則 evalfis(5 2,pc1) ans = 5 這說(shuō)明模糊控制器的輸出為5,輸入輸出控制曲線,繪制出當(dāng)t（或者P）不變時(shí)的控制曲線，例如當(dāng)t5時(shí)，可求出控制輸出與壓力P之間的關(guān)系，如圖（a）所示,t=5; P=0.1:0.1:3; X=t*ones(size(P),P; Y=evalfis(X,pc1); figure(1) subplot 211 plot(P,Y),xlabel(壓力);ylabel(控制,輸入輸出控制曲線,t1=0:30; P1=2; X1=t1, P1*ones(size(t1); Y1=evalfis(X1,pc1); subplot 212 plot(t

7、1,Y1),xlabel(溫度);ylabel(控制,模糊控制器的輸入/輸出曲面,gensurf（pc1,例2：典型二階環(huán)節(jié) 的模糊控制,其中 a = -2.7500 -0.6250 b =1 1.0000 0 0 c = 0 12.5000 d = 0,這種以傳遞函數(shù)形式表示的系統(tǒng)可以等效表示成狀態(tài)方程形式,設(shè)計(jì)模糊控制器，使系統(tǒng)輸出盡快跟隨系統(tǒng)輸入,龍格-庫(kù)塔(Runge-Kutta)方法,四階龍格庫(kù)塔公式，也就是在工程中應(yīng)用廣泛的經(jīng)典龍格庫(kù)塔算法,系統(tǒng)輸入輸出,設(shè)系統(tǒng)輸入為R，系統(tǒng)輸出誤差為e，誤差導(dǎo)數(shù)為de，則可根據(jù)系統(tǒng)輸出的誤差和誤差導(dǎo)數(shù)設(shè)計(jì)出模糊控制器（FC）。 誤差e的論域：【6

8、 6】 誤差導(dǎo)數(shù)de的論域：【6 6】 控制輸入u的論域：【3 3,模糊化,模糊化,模糊推理規(guī)則,模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì), Example 3.8 % 典型二階系統(tǒng)的模糊控制 % %被控系統(tǒng)建模 num=20; den=1.6,4.4,1; a1,b,c,d=tf2ss(num,den); x=0;0,模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),系統(tǒng)參數(shù) T =0.01; h=T; N=250; R =1.5*ones(1,N); %參考輸入,模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),定義輸入和輸出變量及其隸屬度函數(shù) a=newfis(Simple); a=addvar(a,input,e,-6 6); a=addmf(a,input,1,NB,t

9、rapmf,-6,-6,-5,-3); a=addmf(a,input,1,NS,trapmf ,-5,-3,-2 0); a=addmf(a,input,1,ZR,trimf ,-2,0,2); a=addmf(a,input,1,PS,trapmf ,0,2,3 5); a=addmf(a,input,1,PB,trapmf,3,5,6,6,模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),a=addvar(a,input,de,-6 6); a=addmf(a,input,2,NB,trapmf ,-6,-6,-5,-3); a=addmf(a,input,2,NS,trapmf ,-5,-3,-2 0); a=add

10、mf(a,input,2,ZR,trimf ,-2,0,2); a=addmf(a,input,2,PS,trapmf ,0,2,3,5); a=addmf(a,input,2,PB,trapmf ,3,5,6,6,模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),a=addvar(a,output,u,-3 3); a=addmf(a,output,1,NB,trapmf,-3,-3,-3,-2); a=addmf(a,output,1,NS,trimf,-2,-1,0); a=addmf(a,output,1,ZR,trimf,-1,0,1); a=addmf(a,output,1,PS,trimf,0,1,2); a=

11、addmf(a,output,1,PB,trapmf,2,3,3,3,模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),模糊規(guī)則矩陣。 rr =5 5 4 4 3 5 4 4 3 3 4 4 3 3 2 4 3 3 2 2 3 3 2 2 1; r1=zeros(prod(size(rr),3); k=1,for i=1:size(rr,1) for j=1:size(rr,2) r1(k,:)=i,j,rr(i,j); k=k+1; end end r,s=size(r1); r2=ones(r,2); rulelist=r1,r2; a=addrule(a,rulelist,模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),采用模糊控制器的二階系統(tǒng)仿真

12、 e=0; de=0; ke=30; kd=20; ku=1; for k=1:N %輸入變量變換至論域,模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),e1=ke*e; de1=kd*de; if e1=6 e1=6; elseif e1=-6 e1=-6; end,if de1=6 de1=6; elseif de1=-6 de1=-6; end,模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),模糊推理,計(jì)算出被控對(duì)象的控制輸入 in=e1 de1; u=ku*evalfis(in,a); uu(1,k)=u,模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),控制作用于被控系統(tǒng),計(jì)算系統(tǒng)輸出 k0=a1*x+b*u; k1=a1*(x+h*k0/2)+b*u; k2=a1*(x+

13、h*k1/2)+b*u; k3=a1*(x+h*k2)+b*u; x=x+(k0+2*k1+2*k2+k3)*h/6; y=c*x+d*u; yy(1,k)=y,模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),計(jì)算系統(tǒng)輸出誤差及誤差導(dǎo)數(shù) e1=e; e=y-R(1,k); de=(e-e1)/T; end,模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì), 典型二階環(huán)節(jié)的模糊控制輸出曲線 kk=1:N*T; figure(1); plot(kk,R,k,kk,yy,r); grid on xlabel(時(shí)間(秒); ylabel(輸出,模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),模糊控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線,校 園 新 貌,完成下列題目之一，獨(dú)立思考，可以互相討論，目的是掌握模糊控制系統(tǒng)的實(shí)際設(shè)計(jì)； 將自己設(shè)計(jì)結(jié)果形成報(bào)告，應(yīng)該包含系統(tǒng)分析、模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、程序、結(jié)果、結(jié)果分析和設(shè)計(jì)體會(huì)。報(bào)告發(fā)送地址： Email：,綜合設(shè)計(jì),題目1：二階系統(tǒng)的模糊控制,典型二階系統(tǒng)的模糊控制與傳統(tǒng)PID控制的性能比較。通常的工業(yè)過(guò)程可等效成二階系統(tǒng)加上一些典型的非線性環(huán)節(jié)，如死區(qū)、飽和、純延遲等，這里假設(shè)系統(tǒng)為： 控制執(zhí)行結(jié)構(gòu)具有0.07的死區(qū)和0.7的飽和區(qū)，取樣時(shí)間間隔T0.01。設(shè)計(jì)模糊控制器，并繪出參考輸入為1時(shí)的模糊