模糊控制系統(tǒng)的MATLAB仿真PPT課件

1、5.1 Simlink仿真入門(mén)中的仿真模塊庫(kù)第1頁(yè)/共81頁(yè)第2頁(yè)/共81頁(yè)第3頁(yè)/共81頁(yè) 仿真模型圖的建立 1.打開(kāi)模型編輯器界面 2.移入模塊并予以合理布局第4頁(yè)/共81頁(yè)2. 編修模塊參數(shù)、名稱和形狀的方法1）模塊參數(shù)的編修第5頁(yè)/共81頁(yè) 3.連接各模塊1）連接各模塊方法 連接模塊的方法 連接分支線的方法2）插入模塊方法第6頁(yè)/共81頁(yè)4.小系統(tǒng)的封裝1）封裝方法 選中被封裝的模塊 進(jìn)行封裝2）自定義模塊的編修（1）Icon（圖標(biāo)）對(duì)話框（2）Parameters（參數(shù)）對(duì)話框（3）Initialization（初始化）對(duì)話框（4）Documentation（文檔）對(duì)話框3）自定義模

2、塊的查看第7頁(yè)/共81頁(yè)P(yáng)ID控制系統(tǒng)原理框圖第8頁(yè)/共81頁(yè)P(yáng)ID控制系統(tǒng)仿真模型圖第9頁(yè)/共81頁(yè)P(yáng)ID控制系統(tǒng)仿真模型封裝圖第10頁(yè)/共81頁(yè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的Simulink仿真1.信號(hào)源第11頁(yè)/共81頁(yè)2. 顯示器第12頁(yè)/共81頁(yè)1）參數(shù)設(shè)置General菜單 坐標(biāo)系數(shù)目 顯示時(shí)間范圍 坐標(biāo)系標(biāo)簽、Data history第13頁(yè)/共81頁(yè)2)視頻自動(dòng)縮放按鈕3 控制系統(tǒng)的Simulink仿真1）調(diào)整信號(hào)源的有關(guān)參數(shù)2）調(diào)出顯示器的顯示屏3）開(kāi)始仿真第14頁(yè)/共81頁(yè)5.2 模糊推理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真模糊推理系統(tǒng)的圖形用戶界面簡(jiǎn)介第15頁(yè)/共81頁(yè)第16頁(yè)/共81頁(yè)模糊推理系統(tǒng)編輯器1.F

3、IS編輯器界面簡(jiǎn)介 菜單條和?？騾^(qū) File Edit View第17頁(yè)/共81頁(yè)第18頁(yè)/共81頁(yè)第19頁(yè)/共81頁(yè)模糊邏輯區(qū)和當(dāng)前變量區(qū)2. FIS推理系統(tǒng)的編輯3.編輯FIS的維數(shù)4.編輯FIS輸入、輸出量的名稱第20頁(yè)/共81頁(yè)5.編輯FIS的名稱6.編輯模糊邏輯推理的具體算法在下部模糊邏輯區(qū)中第21頁(yè)/共81頁(yè)第22頁(yè)/共81頁(yè)Sugeno型模糊推理系統(tǒng)編輯器的模糊邏輯算法與Mamdani型有所不同第23頁(yè)/共81頁(yè)隸屬函數(shù)編輯器1.MF編輯器界面簡(jiǎn)介第24頁(yè)/共81頁(yè)第25頁(yè)/共81頁(yè)第26頁(yè)/共81頁(yè)2. Mamdani型FIS中隸屬函數(shù)（MF）的編輯1)編輯輸入變量的論域和顯示

4、范圍2）增加覆蓋輸入量模糊子集的數(shù)目 編輯MF類型 編輯隸屬函數(shù)的數(shù)目 3）編修隸屬函數(shù)曲線 MF的命名 細(xì)化MF的類型 非標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)MF的編修第27頁(yè)/共81頁(yè)4）編修模糊子集位置5）刪除模糊子集的方法 單擊 刪除第28頁(yè)/共81頁(yè)3. SUGeno型FIS隸屬函數(shù)MF的編輯1）進(jìn)入二維SUGeno型FIS編輯器2）調(diào)出Sugeno型MF編輯器第29頁(yè)/共81頁(yè)第30頁(yè)/共81頁(yè)模糊規(guī)則編輯器1.模糊規(guī)則編輯器界面簡(jiǎn)介1）Rule編輯器上的主菜單2）Rule編輯器上的顯示區(qū)和編輯區(qū)3）Rule編輯器上的“顯示帶”4）Rule編輯器上的編輯功能按鈕第31頁(yè)/共81頁(yè)2. 表述模糊規(guī)則的語(yǔ)言和格式

5、編輯1）語(yǔ)言型2）符號(hào)型3）索引型3. 模糊規(guī)則的編輯方法1）編輯一條新模糊規(guī)則的方法2）修改模糊規(guī)則3）刪除編好的模糊規(guī)則第32頁(yè)/共81頁(yè)第33頁(yè)/共81頁(yè)例題：（1）確定結(jié)構(gòu)（2）編輯輸入變量“l(fā)evel”和“rate”（3）編輯輸出量“valve”（4）編輯模糊規(guī)則（5）保存液位FIS并退出FIS編輯系統(tǒng)第34頁(yè)/共81頁(yè)第35頁(yè)/共81頁(yè)第36頁(yè)/共81頁(yè)模糊規(guī)則觀測(cè)窗1.Rule Viewer(Mamdani)的界面2.Mamdani型和Sugeno型規(guī)則觀測(cè)器比較例：第37頁(yè)/共81頁(yè)第38頁(yè)/共81頁(yè)第39頁(yè)/共81頁(yè)輸出量曲面觀測(cè)窗1.輸出量曲面觀測(cè)窗界面簡(jiǎn)介2.利用輸出量曲

6、面觀測(cè)窗進(jìn)行分析研究第40頁(yè)/共81頁(yè)用GUI設(shè)計(jì)Mamdani型模糊系統(tǒng)舉例1.選擇模糊控制器的結(jié)構(gòu)及模糊邏輯算法2.定義覆蓋輸入、輸出變量的模糊子集3，編輯模糊控制規(guī)則4.觀測(cè)模糊推理過(guò)程第41頁(yè)/共81頁(yè)第42頁(yè)/共81頁(yè)第43頁(yè)/共81頁(yè)4.觀測(cè)模糊推理過(guò)程5.觀測(cè)清晰化方法對(duì)輸出量的影響6.觀測(cè)整個(gè)論域上輸出量與輸入變量間的關(guān)系第44頁(yè)/共81頁(yè)用GUI設(shè)計(jì)Sugeno型模糊系統(tǒng)舉例1.選擇模糊系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及邏輯算法2.定義輸入、輸出變量的模糊子集1）增加一個(gè)輸出函數(shù)2）命名3）輸入?yún)?shù)3. 輸入模糊控制規(guī)則4.觀測(cè)模糊推理過(guò)程5.觀測(cè)整個(gè)論域上輸出量與輸入量間的關(guān)系第45頁(yè)/共81頁(yè)

7、第46頁(yè)/共81頁(yè)5.3 模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真與Simulink的連接1.模糊邏輯工具箱簡(jiǎn)介2.把FIS嵌入模糊邏輯控制器的方法1）把FIS結(jié)構(gòu)文件送入工作空間（1）在MAtlab主窗口中用指令readfis (2)在FIS編輯器中使用鼠標(biāo)2）把FIS結(jié)構(gòu)文件嵌入Fuzzy Logic Controller第47頁(yè)/共81頁(yè)構(gòu)建模糊控制系統(tǒng)的仿真模型圖例 5-51.利用GUI編輯FIS結(jié)構(gòu)文件，即構(gòu)建模糊控制器2.在模型編輯器中構(gòu)建模糊控制系統(tǒng)的仿真模型圖3.利用模型圖對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真第48頁(yè)/共81頁(yè)第49頁(yè)/共81頁(yè)第50頁(yè)/共81頁(yè)第51頁(yè)/共81頁(yè)按圖5-80所示，調(diào)入并擺好各個(gè)模塊

8、的位置第52頁(yè)/共81頁(yè)液位模糊控制系統(tǒng)仿真模型圖第53頁(yè)/共81頁(yè) 在Comparision屏幕上出現(xiàn)信號(hào)源輸出的方波經(jīng)過(guò)模糊控制系統(tǒng)前（黃色）后（紅）的兩條波形曲線，如圖5-85所示第54頁(yè)/共81頁(yè)通過(guò)仿真對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析1.Matlab中的模糊模型仿真示例2.用仿真模型圖觀察系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3. 隸屬函數(shù)對(duì)控制效果的影響4.模糊規(guī)則對(duì)控制效果的影響5.清晰化算法對(duì)控制效果影響6.Sltank中模糊控制和PID控制的比較第55頁(yè)/共81頁(yè)MATLAB中的模糊模型仿真示例列表第56頁(yè)/共81頁(yè)MATLAB中Sltank系統(tǒng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)框圖第57頁(yè)/共81頁(yè)第58頁(yè)/共81頁(yè)水位PID控制系統(tǒng)的方波及其

9、響應(yīng)曲線第59頁(yè)/共81頁(yè)一、模糊控制系統(tǒng)的常用實(shí)現(xiàn)算法1定義輸入和輸出變量及其個(gè)數(shù) 2定義所有變量的模糊化條件 3設(shè)計(jì)控制規(guī)則庫(kù) 4設(shè)計(jì)模糊推理結(jié)構(gòu) 5選擇解模糊判決方法 第60頁(yè)/共81頁(yè)設(shè)計(jì)模糊推理結(jié)構(gòu) Mamdani法 Lorsen法 Takagi-Sugeno方法。第61頁(yè)/共81頁(yè)(1).Mamdani方法利用“極大極小”合成規(guī)則定義模糊蘊(yùn)含表達(dá)的關(guān)系。例如： 表達(dá)的關(guān)系 定義為: R if xAyB為 ， then 為 CR( )( )( , )ABCX YxyRA Bx y當(dāng) 為 時(shí)， XAAAB( )( )( )x XCYxxyBARy第62頁(yè)/共81頁(yè)(2).Lorsen方

10、法采用乘積運(yùn)算作為蘊(yùn)含規(guī)則 ( )( )( , )ABPX YxyRA Bx y當(dāng) 為 時(shí)， XAAAB( )( )( )x XPYxxyBARy第63頁(yè)/共81頁(yè)(3).Takagi-Sugeno方法與其他模糊推理不同，Takagi-Sugeno型模糊推理將去模糊化也結(jié)合到推理過(guò)程中，其輸出為精確量。零階系統(tǒng)： 一階系統(tǒng)： : R if xAyBzk為 ， 為 ,then : R if xAyBzpxqyr為 ， 為 ,then 第64頁(yè)/共81頁(yè)二、模糊控制系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)的仿真實(shí)例 Matlab 環(huán)境的simulink工具箱第65頁(yè)/共81頁(yè)1、水位控制系統(tǒng)控制目的:根據(jù)偏差調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度，

11、以達(dá)到調(diào)整水位跟隨設(shè)定信號(hào).第66頁(yè)/共81頁(yè)仿真實(shí)現(xiàn)步驟:(1)分析對(duì)象,建立模型(2)確定輸入變量和輸出變量(3)總結(jié)控制器規(guī)則(4) 建立模糊控制器(5)進(jìn)行仿真第67頁(yè)/共81頁(yè)第68頁(yè)/共81頁(yè)三條規(guī)則五條規(guī)則第69頁(yè)/共81頁(yè)2. 倒車(chē)實(shí)驗(yàn)?zāi)：刂破骺梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)于卡車(chē)倒車(chē)入位進(jìn)行調(diào)控 第70頁(yè)/共81頁(yè)輸入變量選擇校車(chē)與入位點(diǎn)之間的距離 ,輸出變量選擇轉(zhuǎn)向角度 。 可以建立一個(gè)Sugeno型模糊系統(tǒng)，其輸入變量為 控制規(guī)則:當(dāng) 是“遠(yuǎn)”時(shí)，當(dāng) 是“近”時(shí)，distanceqdistancexdistancedistancex第71頁(yè)/共81頁(yè)第72頁(yè)/共81頁(yè)3、單級(jí)倒立擺控制目的：使得小車(chē)沿滑軌在水平方向運(yùn)動(dòng)，且倒立擺在垂直平面內(nèi)穩(wěn)定 第73頁(yè)/共81頁(yè)第