模糊控制器的設計

1、ScopeTime of feet: 01 simulink 原始框圖圖2單位階躍響應系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數如下，試設計一個模糊控制器4.228G ( s):2s 0.5 s2 1.64s 8.456要求：系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數各參數自行選擇，當控制系統(tǒng)輸入為階躍信號時，系統(tǒng)輸出的階躍響應應滿足以下性能指標要求：超調量10%穩(wěn)態(tài)精度5%過渡過程時間3s.當輸入為階躍信號時，對系統(tǒng)進行simulink仿真，如圖1所示.£cope2I q " E | S3昌回& 用甩舊干 .口 III0246 B 10Time offset: 0圖3誤差響應圖D Scopel| u 'H&

2、#39;l S3 |昌冷|閩R 1 |園用$ |曰中 ,圖4誤差變化量響應圖由圖2系統(tǒng)的單位階躍響應可：超調量為1.43%;穩(wěn)態(tài)精度為50% 過渡時間為8s。穩(wěn)態(tài)精度和過渡時間均不能滿足要求，下面用模糊 控制對系統(tǒng)進行設計(1)模糊集與隸屬函數的建立依據模糊控制器的控制規(guī)律，對誤差E、誤差變化EC及控制量U的模糊集及論域定義如下：E、EC和 U的模糊集均為NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PBE、EC和 U 的論域均為-6 , -5 , -4 , -3 , -2 , 1,0,1 , 2,3,4,5,6在MATLA中鍵入命令，" fuzzy”進入模糊邏輯編輯器窗口，建 立相應的模糊推

3、理系統(tǒng)，命名為“Test”。雙擊每個變量，打開隸屬函數編輯器，并編輯對應變量的隸屬函數。圖5圖7出變量U的隸屬度函數曲線(2)確定相關模糊規(guī)則并建立模糊控制規(guī)則表當偏差較大時，為了加快系統(tǒng)的響應速度，并防止開始時偏差的 瞬間變大使控制作用超出許可范圍，應取較大的U。當偏差和變化率為中等大小時，為了使系統(tǒng)響應的超調量減小和 保證一定的響應速度，U應取小些。當偏差變化較小時，為了使系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)態(tài)性能，應增大U。參考以上原則，在模糊規(guī)則編輯器窗口輸入表1所示的49條規(guī)則。如 if (E is NB ) and (EC is NB) then (U is PB)(1)表1模糊控制規(guī)則表、二NBNM

4、NSZOPSPMPBNBPBPBPBPBPMZOZONMPBPBPBPBPMZOZONSPMPMPMPMZONSNSZOPMPMPSZONSNMNMPSPSPSZONMNMNMNMPMZOZONMNBNBNBNBPBZOZONMNBNBNBNB(3)觀察模糊規(guī)則和模糊推理的輸出曲面在編輯器的View下拉菜單中選擇相應選項，觀察模糊規(guī)則圖形和模糊推理的輸出曲面Rule Viewer; TestFile Edit View OptionsRead/HelpCloseInput:Plot paints-：Mqvs:r right down1010；OJ圖8觀察模糊控制規(guī)則圖9觀察輸出曲面(4)用模糊

5、控制器在Simulink中構建整個控制系統(tǒng)仿真結構圖由圖2、圖3、圖4可知,U的論域為O,0.5 , E的論域為0.5,1,EC的論域為卜0.8,0.3。取初始KU=0.4, KE=3 KEC=80又原系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差過大，所以增加積分環(huán)節(jié)，初始比例因子為0.5。在Simulink下新建mdl文件并完成模糊仿真模型的建立(如圖，保存為 zuoye.mdl。在 MATLAB勺 Command Windo仲鍵入 zuoye=,回車后運行仿真。readfis('Test.fis')圖10系統(tǒng)仿真結構圖系統(tǒng)的單位階躍輸出如圖11所示，系統(tǒng)反應慢，過度時間太長。圖11單位階躍響應(5)單獨

6、調整參數或者單獨調整模糊控制規(guī)則均不能使系統(tǒng)滿足要求，考慮配合調整參數和控制規(guī)則。控制規(guī)則調整如下E、EC和U的論域均調整為-3 , -2 , 1,0,1 , 2,3表2調整后的模糊控制規(guī)則表£NBNMNSZOPSPMPBNBPBPBPMPMPSZOZONMPBPBPMPSPSZONSNSPMPMPMPSZONSNSZOPMPMPSZONSNMNMPSPSPSZONSNSNMNMPMPSZONSNMNMNMNBPBZOZONMNMNMNBNB調整參數使得KU=0.4, KE=15 KEC=500積分環(huán)節(jié)的比例因子為0.64。則調整后的單位階躍響應輸出如圖12W Scope| 口 回應

7、邑 a q國門拓將日卡0102030405060708090100Time offset 0由圖12知，系統(tǒng)超調量與穩(wěn)態(tài)精度符合要求，但過渡時間遠大于3s。實際上，模糊控制系統(tǒng)未直接作用到控制量U上，無論怎么調整參數都很難使過渡時間滿足要求，故考慮修改系統(tǒng)仿真結構圖， 使模糊控制系統(tǒng)直接作用到控制量 U上。修改后的系統(tǒng)仿真結構圖如 圖13。參數為KU=0.26, KE=-2, KEC=0.01,積分環(huán)節(jié)的比例因子為 0.80。圖13修改后系統(tǒng)仿真結構圖Q Scope q |互 宜域© |我中國|目即后舊中寶2468101214 1G 1620Time offset: 0圖14修改仿真系統(tǒng)后的單位階躍響應由圖可知，系統(tǒng)超調小于5%，穩(wěn)態(tài)誤差為0，過渡過