模糊邏輯控制matlab編程仿真作業(yè)

1、東南大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院智能控制概論模糊控制設(shè)計(jì)報(bào)告 學(xué) 院： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 日 期： 目 錄一任務(wù)及要求3二系統(tǒng)分析及控制設(shè)計(jì)原理3三設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn).4四仿真驗(yàn)證.7五討論與分析.12一任務(wù)及要求（1）任務(wù)已知被控對(duì)象模型為給定階躍響應(yīng)幅值為30，系統(tǒng)初值為0，完成以下內(nèi)容：(a) 設(shè)計(jì)常規(guī)的模糊邏輯控制器；(b) 當(dāng)通過(guò)改變模糊邏輯控制器比例因子時(shí)，分析系統(tǒng)響應(yīng)有什么變化？(c) 聯(lián)系、結(jié)合模糊邏輯控制器設(shè)計(jì)過(guò)程（結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模糊化設(shè)計(jì)、規(guī)則設(shè)計(jì)、精確化設(shè)計(jì)）以及控制系統(tǒng)響應(yīng)情況，談?wù)劚救藢?duì)模糊邏輯控制系統(tǒng)的一些認(rèn)識(shí)和看法。（2）要求（1）先進(jìn)行系統(tǒng)分析，然后給出完整詳細(xì)的設(shè)計(jì)過(guò)程，可參見P59-

2、61頁(yè)直流調(diào)速系統(tǒng)的模糊邏輯控制器設(shè)計(jì)過(guò)程；（2）提交完整的報(bào)告包括：封面(題目、個(gè)人學(xué)號(hào)姓名等信息)、目錄、任務(wù)要求敘述、系統(tǒng)分析及控制設(shè)計(jì)原理(包括控制系統(tǒng)原理圖及文字分析)、完整的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程(包括模糊控制器每部分的選擇與實(shí)現(xiàn)、計(jì)算、原理過(guò)程等)、仿真驗(yàn)證(算法流程圖、軟件實(shí)現(xiàn)手段介紹、系統(tǒng)參數(shù)選擇、響應(yīng)曲線圖、結(jié)合調(diào)參對(duì)響應(yīng)曲線的影響給出必要的分析)、討論與分析，其中對(duì)(b)(c)部分的分析字?jǐn)?shù)要求在5002000字以內(nèi)；（3）提交可運(yùn)行的軟件程序，計(jì)算機(jī)上可檢驗(yàn)結(jié)果；必須在根目錄下附軟件/程序使用說(shuō)明，運(yùn)行說(shuō)明(可能的話，附那些參數(shù)可調(diào)及具體效果的說(shuō)明)。二系統(tǒng)分析及控制設(shè)計(jì)原理 模

3、糊控制是以模糊集合論、模糊語(yǔ)言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)控制方法，作為智能控制的一個(gè)重要分支，在控制領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。模糊控制的核心是模糊控制器，而模糊控制器的關(guān)鍵是模糊控制規(guī)則的確定，即模糊控制規(guī)則表，模糊控制規(guī)則表是根據(jù)專家或者操作者的手動(dòng)控制經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的一系列控制規(guī)則。   由被控對(duì)象模型可知，此對(duì)象為一個(gè)純延時(shí)的慣性環(huán)節(jié)，該系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)為一個(gè)二維的單輸出模糊控制系統(tǒng)，它的輸入量是偏差E 和偏差變化率ES ，以控制量的變化值U 作為輸出量，它比一維控制器有較好的控制效果，且易于計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)。圖1.控制系統(tǒng)原理圖如上圖所示，e，de為輸入變量，k1，k2，

4、k3是量化因子，模糊化模塊是把輸入量做相應(yīng)的處理，把其變化范圍映射到相應(yīng)的論域中，再把論域中的該輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)語(yǔ)言變量術(shù)語(yǔ)，并構(gòu)成模糊集合；控制規(guī)則則是對(duì)一系列條件進(jìn)行綜合評(píng)估，以得到一個(gè)定性的用語(yǔ)言表示的量，即所謂的模糊輸出量；精確化計(jì)算則把模糊控制量轉(zhuǎn)化為一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可接受的執(zhí)行量。三設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)（1） 確定輸入輸出變量這里我們可以選取標(biāo)準(zhǔn)的二維控制結(jié)構(gòu)，即輸入為誤差e和誤差變化es，輸出為控制量u 。注意這里的變量還都是精確量。相應(yīng)的模糊量為E，ES和U，我們可以選擇增加輸入(Add Variable)來(lái)實(shí)現(xiàn)雙入單出控制結(jié)構(gòu)。首先我們要確定描述輸入輸出變量語(yǔ)言值的模糊子集，如N

5、B，NS，ZO，PS，PB，并設(shè)置輸入輸出變量的論域，例如我們可以設(shè)置誤差E（此時(shí)為模糊量）、誤差變化ES、控制量U的論域均為-3,3；然后我們?yōu)槟：Z(yǔ)言變量選取相應(yīng)的隸屬度函數(shù)。 a) 的隸屬度函數(shù)圖2. E的隸屬度函數(shù)b) 的隸屬度函數(shù) 圖3. ES的隸屬度函數(shù)c) 的隸屬度函數(shù)圖4. U的隸屬度函數(shù)（2）設(shè)計(jì)控制規(guī)則圖5. 添加控制規(guī)則NB、NS、ZE、PS、PB分別表示負(fù)大，負(fù)小，零，正小，正大。表1. 模糊控制規(guī)則表ES/SNBNSZEPSPBNBPBPBPBPSNBNSPBPSPSZENBZEPBPSZENSNBPSPBZENSNSNBPBPBNSNBNBNB（3）輸出量

6、精確化（重心法）圖6. 用重心法使得輸出量精確化四仿真驗(yàn)證圖7. 系統(tǒng)仿真圖在MATLAB軟件中建立如上圖的Simulink仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。由于論域范圍均為-3，3，而實(shí)際誤差的范圍是-30，30，誤差變化率范圍大概是-300，300。模糊邏輯控制器比例因子的選取對(duì)于模糊控制器的控制效果有很大的影響，因此要根據(jù)實(shí)際情況選擇。如圖，紅色線為普通PID響應(yīng)曲線，黃色線為模糊控制的PID 控制器響應(yīng)曲線，仿真結(jié)果較理想。 圖8. 系統(tǒng)響應(yīng)圖a) 改變圖9. =0.2 時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)圖圖10. =0.3 時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)圖圖11. =0.5 時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)圖由此可以看出越大，系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間越短; 過(guò)大，系統(tǒng)上升速率過(guò)大

7、，產(chǎn)生的超調(diào)過(guò)大，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)的時(shí)間加長(zhǎng)，甚至產(chǎn)生振蕩乃至系統(tǒng)不穩(wěn)定;而若過(guò)小，調(diào)節(jié)時(shí)間變長(zhǎng)。b) 保持=0.33；改變圖12. =0.01 時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)圖圖13. =0.03 時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)圖圖14. =0.3 時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)圖由此可以看出越小，系統(tǒng)響應(yīng)速度越快，但太小會(huì)出現(xiàn)超調(diào)；如果太大，系統(tǒng)將出現(xiàn)震蕩。所以的選取應(yīng)和值相對(duì)應(yīng)。c) 保持K1=0.33；K2=0.033改變; 只加上比例P會(huì)有靜態(tài)誤差，所以還應(yīng)加上積分I，I參數(shù)值為P的十分之一。圖15. =10 時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)圖圖16. =30 時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)圖圖17. =60 時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)圖這里相當(dāng)于系統(tǒng)總的放大倍數(shù)。當(dāng)增大時(shí)，系統(tǒng)響應(yīng)速度加快; 而過(guò)大，會(huì)導(dǎo)

8、致系統(tǒng)上升速率過(guò)大，從而使得超調(diào)過(guò)大甚至發(fā)生振蕩或發(fā)散; 如果過(guò)小，系統(tǒng)的前向增益很小，系統(tǒng)上升速率較小，快速性變差，穩(wěn)態(tài)精度隨之變差。五討論與分析 不論是傳統(tǒng)還是近現(xiàn)代的控制理論都是建立在被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型之上的，然而在現(xiàn)實(shí)生活中，有很多情況不是實(shí)時(shí)的或者模型是不能用數(shù)學(xué)模型精確的表示，由此模糊控制的研究和應(yīng)用顯得非常火熱，它可以解決存在許多不確定性的或者復(fù)雜變化的系統(tǒng)。模糊控制的實(shí)質(zhì)是模糊邏輯推理。模糊控制器的設(shè)計(jì)是依據(jù)設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，在邏輯模型產(chǎn)生的規(guī)則基礎(chǔ)上進(jìn)行的，而模糊控制規(guī)則卻是將人的操作經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為模糊語(yǔ)言的形式獲取的，所以帶有很濃烈的主觀色彩。所以，實(shí)際上，每一種設(shè)計(jì)方法、控制方式都不是最優(yōu)的，都存在優(yōu)缺點(diǎn)，因而我們一直研究探索最優(yōu)化的解決方法。本次設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，有一定的綜合性，既有理論知識(shí)的靈活綜合運(yùn)用，還需要工程實(shí)