基于MATLAB的模糊控制器設計及仿真專業(yè)：控制科學與工程學號：姓名：許興培摘要在深入了解系統(tǒng)的根底上針對傳統(tǒng)控制精度不高、系統(tǒng)穩(wěn)定性差的問題進行創(chuàng)新和探索研究詳細介紹了模糊控制原理和實現(xiàn)步驟。并在MATLAB環(huán)境下對完成了模糊控制器仿真研究發(fā)現(xiàn)模糊控制理論上可以用于工業(yè)實際。模糊控制設計簡便響應速度快魯棒性好具有一定的推廣價值。關鍵詞：模糊控制，系統(tǒng)仿真基于MATLAB的模糊控制器設計及仿真一、模糊系統(tǒng)模糊系統(tǒng)是一種基于知識或基于規(guī)那么的系統(tǒng)。它的核心就是由所謂的IF-THEN規(guī)那么所組成的知識庫。一個模糊的IF-THEN規(guī)那么就是一個用連續(xù)隸屬度函數(shù)對所描述的某些句子所做的IF-THEN形式的陳述。構造一個模糊系統(tǒng)的出發(fā)點就是要得到一組來自于專家或基于該領域知識的模糊IF-THEN規(guī)那么，然后將這些規(guī)那么組合到單一系統(tǒng)中。不同的模糊系統(tǒng)可采用不用的組合原那么。用隸屬度函數(shù)表征一個模糊描述后，實質上就將模糊描述的模糊消除了。模糊控制系統(tǒng)設計的關鍵在于模糊控制器的設計，主要有三個局部：(1)輸入量的模糊化 所謂模糊化(Fuzzification)就是先將某個輸入測量量的測量值作標準化處理，把該輸入測量量的變化范圍映射到相應論域中，再將論域中的各輸入數(shù)據(jù)以相應的模糊語言值的形式表示，并構成模糊集合。這樣就把輸入的測量量轉換為用隸屬度函數(shù)表示的某一模糊語言變量。(2)模糊邏輯推理根據(jù)事先已定制好的一組模糊條件語句構成模糊規(guī)那么庫，運用模糊數(shù)學理論對模糊控制規(guī)那么進行推理計算，從而根據(jù)模糊控制規(guī)那么對輸入的一系列條件進行綜合評估，以得到一個定性的用語言表示的量，即模糊輸出量。完成這局部功能的過程就是模糊邏輯推理過程。(3)反模糊化過程反模糊化(Defuzzification)有時又叫模糊判決。就是將模糊輸出量轉化為能夠直接控制執(zhí)行部件的精確輸出量的過程。模糊控制器的核心局部又在于模糊推理系統(tǒng)(FIS)的建立。二、MATLAB/SIMULINK工具箱的介紹在MATLAB菜單窗口中輸入命令fuzzy可進入FIS編輯器，在FIS編輯器中可以設置輸入輸入變量的模糊隸屬度函數(shù)和模糊控制規(guī)那么。如下列圖所示：設置好模糊推理系統(tǒng)FIS后保存設置結果，用菜單項里的File-〉Export-〉toworkspace將它導出到Matlab的工作空間，這樣在用SIMULINK仿真的時候FIS才能被調用。翻開SIMULINK工具箱，選擇相應的模塊，設置好模型參數(shù)，在FuzzyLogicToolbox中選擇FuzzyLogicController，在FISfilesorstructure中填入已經保存的FIS文件名，建立起系統(tǒng)的動態(tài)模型。點擊仿真按鈕，就可以在示波器中看到仿真結果。SIMULINK窗口FuzzyLogicController設置三、模糊控制在一個二階環(huán)節(jié)中的應用1、系統(tǒng)模型許多工業(yè)控制對象都可以等效為二階環(huán)節(jié)。以下面的二階環(huán)節(jié)為例：設計它的模糊控制器，觀察其階躍響應。2、語言變量的選取以及隸屬函數(shù)確實立假設系統(tǒng)輸入為階躍，可取系統(tǒng)輸出誤e和誤差變化ec作為模糊控制器的輸入，模糊控制器的輸出u作為被控對象的控制輸入。那么可根據(jù)系統(tǒng)輸出的誤差和誤差變化設計出模糊控制器，并根據(jù)一系列的模糊推理過程推導出最終的輸出控制量u。其中，誤差e誤差變化量de以及輸出u所對應的模糊語言變量分別為e、ec和u。每個語言變量都取5個語言值：“正大(PB)”、“正小(PS)”、“零(Z)”、“負小(NS)”、“負大(NB)”。一般設定e和ec的輸入范圍為【-66】。然后利用pid控制器對二階被控對象進行調節(jié)，使系統(tǒng)的超調和調節(jié)時間處在一個良好的范圍內。Pid控制器調節(jié)被控對象設置pid參數(shù)kp=30，ki=15，kd=20，此時系統(tǒng)輸出如下：Scope1輸出此時pid控制器的輸出如下：Scope3輸出此時根據(jù)pid的輸出值設定u的輸出范圍為【-55】，根據(jù)pid的穩(wěn)定輸出值設定模糊控制器的“零(Z)”的最大隸屬度輸出值。在利用Simulink圖形化工具平臺設計模糊控制系統(tǒng)模型并進行系統(tǒng)仿真之前，同樣要先建立相應的模糊推理器，這可以通過圖形用戶界面(GUI)來建立。利用GUI建立FIS的過程如下：〔1〕進入FIS編輯器在MATLAB的CommandWindow窗口下，輸入fuzzy。此時彈出FIS編輯器，如下列圖所示：FIS編輯器首先，確定模糊控制器的類型和結構。這里選用二輸入一輸出的模糊控制器。在FIS編輯窗口，選中edit——addvariable——input，即可增加一個輸入?！?〕編輯輸入、輸出變量的隸屬度函數(shù)在FIS編輯器窗口，雙擊輸入模塊，在彈出的隸屬度函數(shù)編輯窗口分別對輸入、輸出函數(shù)進行編輯。輸入e，ec，u的隸屬度函數(shù)如下圖：輸入e輸入ec輸出u3、模糊推理規(guī)那么的定義根據(jù)前面定義的隸屬度函數(shù)并且結合以往專家們所取得的經驗，定義該模糊控制系統(tǒng)的模糊控制規(guī)那么并將規(guī)那么編輯器中將規(guī)那么參加規(guī)那么庫。4、在SIMULINK中建立模糊控制系統(tǒng)并進行仿真取模糊量化因子Ke=8.8，Kde=2.6，比例因子Ku=10。仿真得到的階躍響應曲線如下圖：將其與pid輸出圖像比照方下：四、結論模糊控制以模糊集合論、模糊語言變量及模糊邏輯推理為根底，不要求被控對象的數(shù)學模型，能充分運用控制專家的信息，具有一定的魯棒性，在控制領域表現(xiàn)出極大的優(yōu)勢?；贛ATLAB所提供的模糊控制工具箱以及動態(tài)化的圖形仿真環(huán)境Simulink，使復雜的模糊控制系統(tǒng)的仿真過程更為簡便直觀。參考文獻基于MATLAB的兩種模糊控制系統(tǒng)的仿真方法，《計算機仿真》，20