模糊控制的MATLAB實現(xiàn)具體過程(強勢吐血推薦).ppt

1、MATLAB模糊邏輯工具箱,工具,命令行函數（以 .m文件存放）,圖形交互工具(GUIGraphical User Interface) (圖形用戶界面),接口仿真邏輯模塊（Simulink環(huán)境）,圖形交互工具箱提供的圖形化工具有五類：,模糊推理系統(tǒng)編輯器Fuzzy,隸屬度函數編輯器Mfedit (Membership function),模糊規(guī)則編輯器Ruleedit,模糊規(guī)則觀察器Ruleview,模糊推理輸入輸出曲面視圖Surfview (Surface), 模糊推理系統(tǒng)編輯器Fuzzy,處理最頂層構建問題，例如輸入輸出變量的數目、變量名等,激活（進入）方法：命令窗口(command w

2、indow)執(zhí)行Fuzzy命令。,激活模糊推理系統(tǒng)系統(tǒng)編輯器 ：,組成,輸入模糊變量圖形框,模糊規(guī)則圖形框,輸出模糊變量圖形框,基本屬性包括：,模糊集合合成運算（連接詞的運算）, and,min（最小法）,prod（乘積法）, or,max（最大法）,prober（概率法）,prober(a,b)=a+b-ab,2. 蘊涵計算(Implication),min,prod （乘積法）,3. 輸出的合成計算Aggregation（模糊規(guī)則綜合采用的方法）,Aggregation,max,prober （概率法）,sum（求和法）,prober(a,b)=a+b-ab,4. 逆模糊化計算(Defuz

3、zification),centroid（重心法）,mom（平均最大隸屬度法）,som（最大隸屬度函數中的取最小值法）,bisector（面積平分法）,lom（最大隸屬度函數中的取最大值法）, 在命令窗口鍵入mfedit可激活隸屬度函數編輯器,MATLAB的FIS結構和存儲,1、FIS(模糊推理系統(tǒng))結構,模糊推理系統(tǒng)是以一種FIS的結構來表示和存儲的,訪問方法,GUI工具,函數,結構名.成員名,2、存儲（ .fis文件）,訪問,readfis讀,writefis寫,命令函數,1、隸屬度函數,函數trimf(表示triangular membership function),格式：y=trim

4、f(x,a b c),其中：參數x指定變量論域范圍，參數a,b和c指定三角形函數的形狀，該函數在b點處取最大值1，a,c點為0。,例：建立三角形隸屬度函數并繪制曲線。 x=0:0.1:10; y=trimf(x, 3 6 8); plot(x,y) xlable(trimf,P=3 6 8),功能：建立三角形隸屬度函數。,函數trapmf(trap表示trapezium梯形),格式：y=trapmf(x,a b c d),其中：參數x指定變量論域范圍，參數a,b, c和d指定梯形隸屬度函數的形狀，該函數在b,c點處取最大值1，a,d點為0。,功能：建立梯形隸屬度函數。,例： x=0:0.1:1

5、0; y=trapmf(x, 1 5 7 8); plot(x,y) xlable(trapmf,P=1 5 7 8), 函數gaussmf,格式：y=gaussmf(x,sig c),功能：建立高斯型隸屬度函數。,其中：參數x指定變量論域范圍，參數c決定了函數的中心點，sig決定了函數曲線的寬度。,高斯函數的表達式為：,例： x=0:0.1:10; y=gaussmf(x, 2 5); plot(x,y) xlable(gaussmf,P=2 5),函數zmf,格式：y=zmf(x,a b),功能：建立Z型隸屬度函數。,說明：曲線在（a,b）之間是光滑的樣條曲線，在a左段為1，b右段為0,跳

6、躍點是(a+b)/2。參數x指定變量論域范圍。,例： x=0:0.1:10; y=zmf(x, 2 8); plot(x,y) xlable(zmf,P=2 8),函數smf,格式：y=smf(x,a b),功能：建立S型隸屬度函數。,說明：曲線在（a,b）之間是光滑的樣條曲線，在a左段為0，b右段為1,跳躍點是(a+b)/2。參數x指定變量論域范圍。,例： x=0:0.1:10; y=smf(x, 2 8); plot(x,y) xlable(smf,P=2 8),2、模糊邏輯系統(tǒng)輸入輸出變量及隸屬度函數的添加,函數addvar,功能：向模糊推理系統(tǒng)中添加語言變量。,格式：a=addvar(

7、a, varType, varName, varBounds),說明：參數列表中，a為模糊推理系統(tǒng)對應的矩陣變量名， varType用于指定語言變量的類型為字符型（如input或output）； varName用于指定語言變量的名； varBounds用于指定語言變量的論域范圍。 注意：對于添加到同一個模糊推理系統(tǒng)的語言變量，按先后順序自動編號，編號從1開始，逐漸遞增。對于分屬于輸入與輸出的不同語言變量則獨立地分別編號。,例：a=newfis(tipper); /創(chuàng)建并返回一個新的FIS系統(tǒng) a=addvar(a,input,service,0 10); getfis(a,input,1) /

8、取得FIS的部分或全部屬性,函數addmf,功能：向模糊推理系統(tǒng)的語言變量添加隸屬度函數。,格式：a=addmf(a, varType, varIndex,mfName,mfType, mfParams),說明：隸屬度函數只能為模糊推理系統(tǒng)中已經存在的某一語言變量的語言值添加隸屬度函數。參數列表中，a為模糊推理系統(tǒng)對應的矩陣變量名， varType指定語言變量類型的字符串（如input或output）； varIndex指定語言變量編號的數字；mfName指定隸屬度函數名稱；mfType指定隸屬度函數類型； mfParams指定隸屬度函數的參數。,注意：對于每個語言變量的隸屬度函數按該函數被添

9、加的順序編號，編號從1開始，依次遞增。,例：a=newfis(tipper); a=addvar(a,input,service,0 10); a=addmf(a,input,1,poor,guassmf,1.5 0); a=addmf(a,input,1,good,guassmf,1.5 5); a=addmf(a,input,1,excellent,guassmf,1.5 10); plot(a,input,1),3、FIS系統(tǒng)相關操作, 函數newfis,功能：創(chuàng)建并返回一個新的模糊推理系統(tǒng)。,格式：a=newfis(fisName),函數readfis,功能：從磁盤中讀出并返回模糊推理

10、系統(tǒng)結構變量。,格式：Fismat=readfis(filename),例：fismat=readfis(tipper); /tipper.fis已經存在,說明：打開一個由filename指定的數據文件（.fis），并將其加載到當前的工作空間(Workspace)中的變量Fismat中。,函數getfis,功能：取得模糊推理系統(tǒng)的部分或全部屬性。,格式：getfis(a) /顯示系統(tǒng)所有屬性 getfis(a,fisprop) /顯示系統(tǒng)某一屬性 getfis(a,vartype,varindex,varprop),例：a=readfis(tipper); getfis(a),輸出結果：Nam

11、e=tipper Type=mamdani NumInputs=2 ,例：getfis(a,input,1),注：屬性為input或output時，后面的第三個參數指定某一個輸入或輸出語言變量。,輸出結果：Name=service NumMFs=3 MFLabels=poor good excellent Range=0 10,例：getfis(a,input,1,name),輸出結果：service, 函數showfis,功能：以分行的形式顯示模糊推理系統(tǒng)矩陣的所有屬性。,格式：showfis(fismat), 函數writefis,功能：將以矩陣形式保存在內存中的模糊推理系統(tǒng)的數據寫入磁盤

12、文件中。,格式：writefis(fismat,filename),例：writefis(a,my_file) type my_file.fis, 函數setfis,功能：設置、改變模糊推理系統(tǒng)的屬性。,格式：FIS2=setfis(fis1,fispropname,newPropValue),說明：參數fis1指明模糊推理系統(tǒng)的名稱；fispropname指明模糊推理系統(tǒng)的全局屬性； newPropValue指明此屬性的新值。,例：a=readfis(tipper); a2=setfis(a,DefuzzMethod,mom);,Defuzzification:,centroid（重心法：系

13、統(tǒng)默認）,mom（平均最大隸屬度法）,som（最大隸屬度函數中的取最小值法）,bisector（面積平分法）,lom（最大隸屬度函數中的取最大值法）,4、系統(tǒng)圖形顯示函數, 函數plotfis,功能：繪制模糊推理系統(tǒng)的推理過程結構框圖。,例：plotfis(tipper), 函數plotmf,功能：繪制語言變量所有語言值的隸屬度函數曲線。,格式：plotmf(fismat,varType,varIndex),說明：參數fismat指明模糊推理系統(tǒng)的對應矩陣變量名稱；varType指明變量類型（input或output）；varIndex指明輸入或輸出語言變量的編號。,例： plotmf(a,i

14、nput,2),5、模糊規(guī)則建立,函數addrule,功能：向模糊推理系統(tǒng)添加模糊規(guī)則。,格式：a=addrule(a,rulelist),說明：參數a為模糊推理系統(tǒng)對應的矩陣變量名稱，rulelist以向量的形式給出需要添加的模糊規(guī)則。如果模糊推理系統(tǒng)有m個輸入語言變量和n個輸出語言變量，則向量rulelist的列數必須為m+n+2，而行數等于需要添加的規(guī)則數目。,在rulelist的每一行中，前m個數字表示各輸入語言變量的語言值（隸屬度函數的編號），隨后的n個數字表示輸出語言變量的語言值，第n+m+1個數字是該規(guī)則的權重，權重的值在0到1之間，一般設定為1；第n+m+2個數字為0或1兩者之

15、一，為1表示模糊規(guī)則各輸入語言變量之間是and關系，為0則表示是or關系。,函數showrule,格式：showrule(fis) showrule(fis,indexlist) showrule(fis,indexlist,format),說明：fis為模糊推理系統(tǒng)矩陣變量的名稱；indexlist為規(guī)則編號，可以以向量形式指定顯示多條規(guī)則；format為顯示方式，有三種顯示方式，即語句方式（verbose），符號方式（symbolic）和索引方式（indexed）。,例：showrule(a,1:2,indexed) 輸出結果：1 1，1（1）：1 1 2，2（1）：1,6、計算模糊推理輸

16、出結果函數evalfis,格式：y=evalfis(U,FIS),說明：參數U是輸入數據，F(xiàn)IS是模糊推理矩陣。U的每一行是一個特定的輸入向量，Y的每一行是一個特定的輸出向量。,如果輸入U是M*N矩陣，則系統(tǒng)是N輸入的，返回的Y是M*L矩陣，L是系統(tǒng)的輸出的數目。,例：fis=readfis(tipper); out=evalfis(2 1; 4 9,fis),輸出結果：out=7.0169 19.6810,MATLAB模糊控制系統(tǒng)設計實例1,一、設計目的：了解用MATLAB模糊工具箱的圖形界面可視化工具實現(xiàn)模糊控制系統(tǒng)的方法。,二、系統(tǒng)設計要求： 1、輸入變量：偏差e、偏差變化率de；輸出變

17、量：u 相應隸屬度函數為：,2、規(guī)則要求：,3、反模糊化方法：平均最大隸屬度函數法mom。,三、設計步驟： 1、進入MATLAB系統(tǒng)，在MATLAB命令窗口執(zhí)行fuzzy命令即可激 活基本模糊推理系統(tǒng)編輯器，首先增加一個輸入變量。 2、在圖形界面中通過鼠標雙擊就能激活隸屬度函數編輯器和模糊規(guī) 則編輯器等相應的編輯窗口，在窗口中進行相應屬性設置即可；再 在模糊推理系統(tǒng)編輯器中設置反模糊化方法。 3、進入Ruleview觀察器，觀察模糊推理系統(tǒng)的輸出情況。 四、設計結果要求 1、記錄模糊規(guī)則編輯器Ruleedit中索引indexed方式顯示的規(guī)則。 2、記錄Ruleview觀察器中模糊推理系統(tǒng)的輸出情況： 當e=2，de=1時u為多少？當e=1，de=2時u為多少？,激活模糊推理系統(tǒng)編輯器 ：,增加一個輸入變量：,雙擊進入Mfedit:,修改每個變量的論域和隸屬度函數：,trimf三角形(triangular membership function),trapmf(trapezium梯形),Gaussmf(高斯型),zmf(Z型) smf(S型),NB選哪種Type?,增加隸屬度函數個數：,PB選哪種Type?,trapmf(tr