1、MATLAB模糊邏輯工具箱,工具,命令行函數(shù)（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(shù)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),1,2, 模糊推理系統(tǒng)編輯器Fuzzy,處理最頂層構(gòu)建問(wèn)題，例如輸入輸出變量的數(shù)目、變量名等,激活（進(jìn)入）方法：命令窗口(comma

2、nd window)執(zhí)行Fuzzy命令。,激活模糊推理系統(tǒng)系統(tǒng)編輯器 ：,3,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,4,基本屬性包括：,模糊集合合成運(yùn)算（連接詞的運(yùn)算）, and,min（最小法）,prod（乘積法）,5, or,max（最大法）,prober（概率法）,prober(a,b)=a+b-ab,6,2. 蘊(yùn)涵計(jì)算(Implication),min,prod （乘積法）,7,3. 輸出的合成計(jì)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,8

3、,4. 逆模糊化計(jì)算(Defuzzification),centroid（重心法）,mom（平均最大隸屬度法）,som（最大隸屬度函數(shù)中的取最小值法）,bisector（面積平分法）,lom（最大隸屬度函數(shù)中的取最大值法）, 在命令窗口鍵入mfedit可激活隸屬度函數(shù)編輯器,9,MATLAB的FIS結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ),1、FIS(模糊推理系統(tǒng))結(jié)構(gòu),模糊推理系統(tǒng)是以一種FIS的結(jié)構(gòu)來(lái)表示和存儲(chǔ)的,訪問(wèn)方法,GUI工具,函數(shù),結(jié)構(gòu)名.成員名,2、存儲(chǔ)（ .fis文件）,訪問(wèn),readfis讀,writefis寫,10,命令函數(shù),1、隸屬度函數(shù),函數(shù)trimf(表示triangular membershi

4、p function),格式：y=trimf(x,a b c),其中：參數(shù)x指定變量論域范圍，參數(shù)a,b和c指定三角形函數(shù)的形狀，該函數(shù)在b點(diǎn)處取最大值1，a,c點(diǎn)為0。,例：建立三角形隸屬度函數(shù)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(shù)。,11,函數(shù)trapmf(trap表示trapezium梯形),格式：y=trapmf(x,a b c d),其中：參數(shù)x指定變量論域范圍，參數(shù)a,b, c和d指定梯形隸屬度函數(shù)的形狀，該函數(shù)在b,c點(diǎn)處取最大值1，a,d點(diǎn)為0。,功能

5、：建立梯形隸屬度函數(shù)。,例： x=0:0.1:10; y=trapmf(x, 1 5 7 8); plot(x,y) xlable(trapmf,P=1 5 7 8),12, 函數(shù)gaussmf,格式：y=gaussmf(x,sig c),功能：建立高斯型隸屬度函數(shù)。,其中：參數(shù)x指定變量論域范圍，參數(shù)c決定了函數(shù)的中心點(diǎn)，sig決定了函數(shù)曲線的寬度。,高斯函數(shù)的表達(dá)式為：,例： x=0:0.1:10; y=gaussmf(x, 2 5); plot(x,y) xlable(gaussmf,P=2 5),13,函數(shù)zmf,格式：y=zmf(x,a b),功能：建立Z型隸屬度函數(shù)。,說(shuō)明：曲線在

6、（a,b）之間是光滑的樣條曲線，在a左段為1，b右段為0,跳躍點(diǎn)是(a+b)/2。參數(shù)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),14,函數(shù)smf,格式：y=smf(x,a b),功能：建立S型隸屬度函數(shù)。,說(shuō)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(diǎn)是(a+b)/2。參數(shù)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),15,2、模糊邏輯系統(tǒng)輸入輸出變量及隸屬度函數(shù)的添加,函數(shù)ad

7、dvar,功能：向模糊推理系統(tǒng)中添加語(yǔ)言變量。,格式：a=addvar(a, varType, varName, varBounds),說(shuō)明：參數(shù)列表中，a為模糊推理系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的矩陣變量名， varType用于指定語(yǔ)言變量的類型為字符型（如input或output）； varName用于指定語(yǔ)言變量的名； varBounds用于指定語(yǔ)言變量的論域范圍。 注意：對(duì)于添加到同一個(gè)模糊推理系統(tǒng)的語(yǔ)言變量，按先后順序自動(dòng)編號(hào)，編號(hào)從1開始，逐漸遞增。對(duì)于分屬于輸入與輸出的不同語(yǔ)言變量則獨(dú)立地分別編號(hào)。,例：a=newfis(tipper); /創(chuàng)建并返回一個(gè)新的FIS系統(tǒng) a=addvar(a,inpu

8、t,service,0 10); getfis(a,input,1) /取得FIS的部分或全部屬性,16,函數(shù)addmf,功能：向模糊推理系統(tǒng)的語(yǔ)言變量添加隸屬度函數(shù)。,格式：a=addmf(a, varType, varIndex,mfName,mfType, mfParams),說(shuō)明：隸屬度函數(shù)只能為模糊推理系統(tǒng)中已經(jīng)存在的某一語(yǔ)言變量的語(yǔ)言值添加隸屬度函數(shù)。參數(shù)列表中，a為模糊推理系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的矩陣變量名， varType指定語(yǔ)言變量類型的字符串（如input或output）； varIndex指定語(yǔ)言變量編號(hào)的數(shù)字；mfName指定隸屬度函數(shù)名稱；mfType指定隸屬度函數(shù)類型； mfPa

9、rams指定隸屬度函數(shù)的參數(shù)。,17,注意：對(duì)于每個(gè)語(yǔ)言變量的隸屬度函數(shù)按該函數(shù)被添加的順序編號(hào)，編號(hào)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),18,3、FIS系統(tǒng)相關(guān)操作, 函數(shù)newfis,功能：創(chuàng)建并返回一個(gè)新的模糊推理系統(tǒng)。,格式

10、：a=newfis(fisName),函數(shù)readfis,功能：從磁盤中讀出并返回模糊推理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變量。,格式：Fismat=readfis(filename),例：fismat=readfis(tipper); /tipper.fis已經(jīng)存在,說(shuō)明：打開一個(gè)由filename指定的數(shù)據(jù)文件（.fis），并將其加載到當(dāng)前的工作空間(Workspace)中的變量Fismat中。,19,函數(shù)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,

11、varprop),例：a=readfis(tipper); getfis(a),輸出結(jié)果：Name=tipper Type=mamdani NumInputs=2 ,20,例：getfis(a,input,1),注：屬性為input或output時(shí)，后面的第三個(gè)參數(shù)指定某一個(gè)輸入或輸出語(yǔ)言變量。,輸出結(jié)果：Name=service NumMFs=3 MFLabels=poor good excellent Range=0 10,例：getfis(a,input,1,name),輸出結(jié)果：service,21, 函數(shù)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：sho

12、wfis(fismat), 函數(shù)writefis,功能：將以矩陣形式保存在內(nèi)存中的模糊推理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)寫入磁盤文件中。,格式：writefis(fismat,filename),例：writefis(a,my_file) type my_file.fis,22, 函數(shù)setfis,功能：設(shè)置、改變模糊推理系統(tǒng)的屬性。,格式：FIS2=setfis(fis1,fispropname,newPropValue),說(shuō)明：參數(shù)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=se

13、tfis(a,DefuzzMethod,mom);,Defuzzification:,centroid（重心法：系統(tǒng)默認(rèn)）,mom（平均最大隸屬度法）,som（最大隸屬度函數(shù)中的取最小值法）,bisector（面積平分法）,lom（最大隸屬度函數(shù)中的取最大值法）,23,4、系統(tǒng)圖形顯示函數(shù), 函數(shù)plotfis,功能：繪制模糊推理系統(tǒng)的推理過(guò)程結(jié)構(gòu)框圖。,例：plotfis(tipper), 函數(shù)plotmf,功能：繪制語(yǔ)言變量所有語(yǔ)言值的隸屬度函數(shù)曲線。,格式：plotmf(fismat,varType,varIndex),說(shuō)明：參數(shù)fismat指明模糊推理系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)矩陣變量名稱；varTy

14、pe指明變量類型（input或output）；varIndex指明輸入或輸出語(yǔ)言變量的編號(hào)。,例： plotmf(a,input,2),24,5、模糊規(guī)則建立,函數(shù)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(shuō)明：參數(shù)a為模糊推理系統(tǒng)對(duì)應(yīng)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(gè)輸入語(yǔ)言變量和n個(gè)輸出語(yǔ)言變量，則向量rulelist的列數(shù)必須為m+n+2，而行數(shù)等于需要添加的規(guī)則數(shù)目。,在rulelist的每一行中，前m個(gè)數(shù)字表示各輸入語(yǔ)言變量的語(yǔ)言值（隸屬度函數(shù)的編號(hào)），隨后的n個(gè)數(shù)字表

15、示輸出語(yǔ)言變量的語(yǔ)言值，第n+m+1個(gè)數(shù)字是該規(guī)則的權(quán)重，權(quán)重的值在0到1之間，一般設(shè)定為1；第n+m+2個(gè)數(shù)字為0或1兩者之一，為1表示模糊規(guī)則各輸入語(yǔ)言變量之間是and關(guān)系，為0則表示是or關(guān)系。,25,函數(shù)showrule,格式：showrule(fis) showrule(fis,indexlist) showrule(fis,indexlist,format),說(shuō)明：fis為模糊推理系統(tǒng)矩陣變量的名稱；indexlist為規(guī)則編號(hào)，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(yǔ)句方式（verbose），符號(hào)方式（symbolic）和索引方式（indexe

16、d）。,例：showrule(a,1:2,indexed) 輸出結(jié)果：1 1，1（1）：1 1 2，2（1）：1,26,6、計(jì)算模糊推理輸出結(jié)果函數(shù)evalfis,格式：y=evalfis(U,FIS),說(shuō)明：參數(shù)U是輸入數(shù)據(jù)，F(xiàn)IS是模糊推理矩陣。U的每一行是一個(gè)特定的輸入向量，Y的每一行是一個(gè)特定的輸出向量。,如果輸入U(xiǎn)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(shù)目。,例：fis=readfis(tipper); out=evalfis(2 1; 4 9,fis),輸出結(jié)果：out=7.0169 19.6810,27,MATLAB模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例1,一、設(shè)計(jì)

17、目的：了解用MATLAB模糊工具箱的圖形界面可視化工具實(shí)現(xiàn)模糊控制系統(tǒng)的方法。,二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求： 1、輸入變量：偏差e、偏差變化率de；輸出變量：u 相應(yīng)隸屬度函數(shù)為：,28,2、規(guī)則要求：,3、反模糊化方法：平均最大隸屬度函數(shù)法mom。,29,三、設(shè)計(jì)步驟： 1、進(jìn)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(gè)輸入變量。 2、在圖形界面中通過(guò)鼠標(biāo)雙擊就能激活隸屬度函數(shù)編輯器和模糊規(guī) 則編輯器等相應(yīng)的編輯窗口，在窗口中進(jìn)行相應(yīng)屬性設(shè)置即可；再 在模糊推理系統(tǒng)編輯器中設(shè)置反模糊化方法。 3、進(jìn)入Ruleview觀察器，觀察模糊推理系統(tǒng)

18、的輸出情況。 四、設(shè)計(jì)結(jié)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(dāng)e=2，de=1時(shí)u為多少？當(dāng)e=1，de=2時(shí)u為多少？,30,激活模糊推理系統(tǒng)編輯器 ：,31,32,增加一個(gè)輸入變量：,33,34,35,雙擊進(jìn)入Mfedit:,36,37,修改每個(gè)變量的論域和隸屬度函數(shù)：,38,trimf三角形(triangular membership function),39,40,41,42,trapmf(trapezium梯形),Gaussmf(高斯型),zmf(Z型) smf(S型),NB選哪種Type?,43,44,增加隸屬度函數(shù)個(gè)數(shù)：,45,46,PB選哪種Type?,trapmf(trapezium梯形),Gaussmf(高斯型),zmf(Z型) smf(S型),