基于MATLAB的模糊控制系統(tǒng)設(shè)計

1、實驗一基于 matlab 的模糊控制系統(tǒng)設(shè)計1.1 實驗內(nèi)容（1）基于 matlab 圖形模糊推理系統(tǒng)設(shè)計，小費模糊推理系統(tǒng)；（2）飛機下降速度模糊推理系統(tǒng)設(shè)計；（3）水箱液位模糊控制系統(tǒng)設(shè)計及仿真運行。1.2 實驗步驟1 小費模糊推理系統(tǒng)設(shè)計（1）在 matlab 的命令窗口輸入fuzzy 命令，打開模糊邏輯工具箱的圖形用戶界面窗口，新建一個madmdani 模糊推理系統(tǒng)。（2）增加一個輸入變量， 將輸入變量命名為service、food，輸出變量為 tip，這樣建立了一個兩輸入單輸出模糊推理系統(tǒng)框架。（3）設(shè)計模糊化模塊：雙擊變量圖標(biāo)打開membership fgunction edito

2、r 窗口，分別將兩個輸入變量的論域均設(shè)為0,10,輸出論域為 0,30。通過增加隸屬度函數(shù)來進(jìn)行模糊空間劃分。輸入變量 service劃分為三個模糊集： poor、good 和 excellent，隸屬度函數(shù)均為高斯函數(shù)，參數(shù)分別為1.5 0、1,5 5和1.5 10；輸入變量 food 劃分為兩個模糊集： rancid 和 delicious，隸屬度函數(shù)均為梯形函數(shù)，參數(shù)分別為 0 0 1 3和7 9 10 10；輸出變量 tip 劃分為三個模糊集： cheap 、average和 generous ，隸屬度函數(shù)均為 三 角 形 函 數(shù) ， 參 數(shù) 分 別 為 0 5 10 、 10 15

3、20 和 20 25 30 。（4）設(shè)置模糊規(guī)則：打開rule editor 窗口，通過選擇添加三條模糊規(guī)則：if (service is poor) or (food is rancid) then (tip is cheap) if (service is good) then (tip is average) if (service is excellent) or (food is delicious) then (tip is generous) 三條規(guī)則的權(quán)重均為1.（5）模糊推理參數(shù)均使用默認(rèn)值，通過曲面觀察器（surface viewer）查看小費模糊推理的輸入輸出關(guān)系曲面。通

4、過規(guī)則觀察器 （rule viewer）查看對具體輸入的模糊推理及輸出情況， 輸入各種不同的數(shù)據(jù)， 查看模糊推理情況及輸出數(shù)據(jù)。（6）增加規(guī)則，查看曲面的變化、推理輸出的變化。2.飛機下降速度模糊推理系統(tǒng)設(shè)計（1）打開模糊推理邏輯工具箱的圖形用戶界面，新建一個 sugeno模糊推理系統(tǒng)。（2）將輸入變量命名為height，輸出變量為 speed ，這是一個 siso 模糊推理系統(tǒng)。（3）設(shè)計模糊化模塊：分別將輸入變量的論域設(shè)為0,10，輸出論域不用修改。模糊空間劃分 : 輸入變量 height分為五個模糊集：mf1 （高斯函數(shù) 0.5 0） 、 mf2 （函數(shù)0.754 2.58 3.32 4

5、.64） 、mf3(函數(shù)3.19 4.88 5.81 7.11)、mf4(函數(shù) 6.362 7.9 8.56 9.54)和 mf5（s函數(shù)8.664 9.83 ）; 輸出變量 speed分為五個與輸入模糊空間對應(yīng)的線性函數(shù)：mf1(0.8 0.2)、mf2(4.6 -4.5) 、 mf3(10.3 -26) 、mf4 (16 -64) 和 mf5(20 -100).（4）設(shè)置模糊規(guī)則：打開rule editor 窗口，通過選擇添加五條模糊規(guī)則： if（height is mf1） then (speed is mf1) if（height is mf2） then (speed is mf2)

6、 if（height is mf3） then (speed is mf3) if（height is mf4） then (speed is mf4) if（height is mf5） then (speed is mf5) 五條的權(quán)重均為 1. 模糊推理參數(shù)均使用默認(rèn)值，通過曲面觀察器（surface viewer）查看飛機降落速度模糊推理的輸入輸出關(guān)系曲面。通過規(guī)則觀察器 （rule viewer）查看對具體輸入的模糊推理及輸出情況，輸入各種不同的數(shù)據(jù)，查看模糊推理情況及輸出數(shù)據(jù)。（6）修改規(guī)則、隸屬度函數(shù)參數(shù)，查看曲線的變化，修改參數(shù)使輸入輸出關(guān)系曲線擬合二次曲線更好。3 水箱液位模

7、糊控制系統(tǒng)設(shè)計及仿真運行（1）打開模糊邏輯工具箱的圖形用戶界面窗口，新建一個madmdani 模糊推理系統(tǒng)。（2）增加一個輸入變量，將輸入變量命名為level、rate，輸出變量為 valve，這樣建立了一個兩輸入單輸出模糊推理系統(tǒng),保存為 tank().fis。（3）設(shè)計模糊化模塊：將輸入變量rate 的論域設(shè)為 -0.1,0.1,另外兩個變量采用論域 -1,1。通過增加隸屬度函數(shù)來進(jìn)行模糊空間劃分。輸入變量 level 劃分為三個模糊集： high、okay 和 low，隸屬度函數(shù)均為高斯函數(shù)，參數(shù)分別為 0.3 -1、0.3 0和0.3 1；輸入變量 rate劃分為三個模糊集： nega

8、tive、none和 delicious，隸屬度函數(shù)均為高斯函數(shù)，參數(shù)分別為0.03 -0.1、0.03 0和0.03 0.1；輸出變量valve 劃分為五個模糊集：close_fast 、close_slow、no_change 、open_slow 和 open_fast，隸屬度函數(shù)均為三角形函數(shù)，參數(shù)分別為-1 -0.9 -0.8、-0.6 -0.5 -0.4、 -0.1 0 0.1、0.2 0.3 0.4和0.8 0.9 1。（4）設(shè)置模糊規(guī)則：打開rule editor 窗口，通過選擇添加三條模糊規(guī)則：if (level is okay) then (valve is no_chan

9、ge) if (level is low) then (valve is open_fast) if (level is high) then (valve is close_fast) if (level is okay) and (rate is positive) then (valve is close_slow) if (level is okay) and (rate is negative) then (valve is poen_slow) 五條的權(quán)重均為 1。（5）修改部分模糊推理參數(shù)： and 采用乘（pord） 、or 采用概率或（probor） 、implication

10、 采用乘（pord） ，其余均由默認(rèn)值， 通過曲面觀察器 （surface viewer ）查看水箱液位模糊推理的輸入輸出關(guān)系曲面。通過規(guī)則觀察器（rule viewer）查看對具體輸入的模糊推理及輸出情況，輸入各種不同的數(shù)據(jù)，查看模糊推理情況及輸出數(shù)據(jù)。實驗三基于 matlab 的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計3.1 實驗內(nèi)容（1）利用 matlab 的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱設(shè)計感知器實現(xiàn)線性兩分類；（2）利用 matlab的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱編程設(shè)計前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近平方函數(shù)。3.2 實驗步驟1感知器實現(xiàn)線性分類設(shè)計（1）問題描述：已知二維平面上的六個樣本點（0,0） 、 （1,1） 、 （1,3） 、 （3,1） 、

11、（3,3） 、 （5,5） 。它們的標(biāo)簽（目標(biāo)值）為：t= 0 0 0 1 1 1 編程設(shè)計感知器，實現(xiàn)樣本點的分類。（2）在 matlab 中新建 m 文件編程：建立變量保存六個樣本的二維輸入值、目標(biāo)值變量保存樣本的目標(biāo)值。（3）利用 newp建立一個兩輸入單輸出的感知器。（4）利用六個訓(xùn)練樣本訓(xùn)練感知器。（5）顯示建立的感知器分類面，用測試樣本進(jìn)行分類測試。參考程序如下：p=0 1 1 3 3 5; 0 1 3 1 3 5; t=0 0 0 1 1 1 ; ptest=0 1 3 4;3 2 2 1; net=newp(minmax(p),1); net rt=train(net,p,t)

12、; iw1=net.iw1 b1=net.b1 epoch1=tr.epoch perf1=tr.perf pause; plotpv(p,t); plotpc(net.iw1,net.b1); pause; t2=sim(net,ptest); lotpv(ptest,t2); plotpc(iw1,b1); 2 設(shè)計前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近平方函數(shù)（1）問題描述：設(shè)計前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在x0,10區(qū)間上逼近函數(shù) y=x2（2）在 matlab 中新建 m 文件編程：產(chǎn)生 100 個隨機訓(xùn)練樣本及函數(shù)值。（3）利用 newff 建立一個兩輸入單輸出兩層前饋網(wǎng)絡(luò)，隱藏五個神經(jīng)元。（4）設(shè)計訓(xùn)練參數(shù)，訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。（5）對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行仿真測試，顯示輸出曲線。（6）觀察過擬合現(xiàn)象：如果采用50 個隱層神經(jīng)元，測試性能如何？參考程序如下：rand(state,sum(100*clock); p=10*rand(1,100); t=p.2; testp=0:0.1:10; net=newff(0 10,5 1,tansig