基于matlab的非線性系統(tǒng)模糊建模及仿真

《基于matlab的非線性系統(tǒng)模糊建模及仿真》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、------------------------------------------------------------------------------------------------基于MATLAB的非線性系統(tǒng)模糊建模及仿真　　第21卷　第5期文章編號(hào):1006-9348(2004)05-0049-04計(jì)　算　機(jī)　仿　真2004年5月　　許麗佳,陳陽舟(北京工業(yè)大學(xué)信息與控制工程學(xué)院,北京100022)摘要:該文主要介紹了利用MATLAB的fuzzy工具箱來解決非線性系統(tǒng)的模糊建模問題的幾種方法,講解了模糊建模的設(shè)計(jì)原理與步驟,在MATLAB環(huán)境中用編程和可視化編輯兩方法來解決建模問

2、題,針對(duì)原有方法的不足給出了改進(jìn),并給出程序設(shè)計(jì)。通過一個(gè)非線性實(shí)例設(shè)計(jì)了它的自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊模型,從仿真結(jié)果可看出改進(jìn)后的非線性系統(tǒng)模型更有效。關(guān)鍵詞:模糊建模;模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);可視化;減法聚類中圖分類號(hào):TP273+.4　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B1　引言MATLAB軟件是Mathworks公司于1982年推出的一套用于數(shù)學(xué)建模的高性能工具軟件,是當(dāng)今國際上最流行的軟件之一。它集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形顯示于一體,為用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算和數(shù)據(jù)分析提供了強(qiáng)有力的工具,從而大大簡化了用戶的編程工作量。隨著模糊邏輯在自動(dòng)控制領(lǐng)域的成功應(yīng)用,尤其是模糊控制的迅速推廣應(yīng)用,使得MathWorks公司在其

3、MATLAB版中添加了FuzzyLogic工——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------具箱,提供了GUI(圖形用戶界面)編輯函數(shù),利用它用戶可以更直接迅速地生成系統(tǒng)。本文主要介紹應(yīng)用MATLAB工具箱實(shí)現(xiàn)非線性系統(tǒng)的模糊建模方法及仿真,并驗(yàn)證它的準(zhǔn)確性?！　〉诙?O2,i=wi=O1,1＊O1,3=μ(x1)μx2),i=1,2AiB,i(第三層:O3,i==wi/(w

4、1+w2),i=1,2第四層:O4,i=wizi=wi(pi＊xi+qi＊x2+ri),i=1,2第五層:y=O5=O4,1+O4,2在這一網(wǎng)絡(luò)中,對(duì)其中的未知參數(shù)(A,B,C,D,pi,qi,ri)通過某種算法訓(xùn)練ANFIS,按指定的指標(biāo)(如均方誤差最小)得到這些參數(shù),從而達(dá)到模糊建模的目的。在生成模糊推理系統(tǒng)時(shí),應(yīng)注意選擇與輸入輸出數(shù)據(jù)對(duì)相匹配的隸屬函數(shù),以反映已知數(shù)據(jù)對(duì)的變化特點(diǎn)。對(duì)ANFIS(即Sugeno型)模糊推理系統(tǒng),其推理規(guī)定后項(xiàng)結(jié)論中的輸出變量的隸屬函數(shù)只能是關(guān)于輸入線性或是常值函數(shù),若為線性函數(shù)則稱為一階系統(tǒng),若輸出為常值函數(shù),則稱為0階系統(tǒng),本質(zhì)就是從模糊集到常數(shù)集或線性

5、集的映射。它的典型模糊規(guī)則有以下形式:ifxisAandyisBthenz=k(0型系統(tǒng))ifxisAandyisBthenz=p＊x+q＊y+r(Ⅰ型系統(tǒng))一般地,在MATLAB中模糊建模的過程可分為以下步驟:1)假設(shè)一個(gè)參數(shù)化的模型用來產(chǎn)生訓(xùn)練數(shù)據(jù)和檢驗(yàn)數(shù)據(jù);2)確定輸入變量的隸屬度函數(shù)的類型和個(gè)數(shù);3)由genfis1函數(shù)使用訓(xùn)練數(shù)據(jù)產(chǎn)生初始的FIS結(jié)構(gòu);收稿日期:2003-03-01——————————————————————————————————————-----------------------------------------------------------------

6、-------------------------------圖1　模糊推理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖2　模糊建模的設(shè)計(jì)原理模糊通常是指利用模糊系統(tǒng)來逼近未知系統(tǒng)的非線性動(dòng)態(tài),對(duì)一般線性系統(tǒng)而言,用經(jīng)典方法即用傳遞函數(shù)來描述輸入輸出間的關(guān)系,而對(duì)非線性系統(tǒng)就顯得非常困難,在此研究領(lǐng)域里,Zadeh首先提出模糊建模的思想,從而使模糊建模作為模糊系統(tǒng)研究中的一個(gè)關(guān)鍵問題而受到人們的關(guān)注。在實(shí)際應(yīng)用中,非線性函數(shù)建模方法有很多,在MATLAB模糊控制工具箱中,就提出了基于Sugeno模型的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)方法,而與此相應(yīng),學(xué)者Jang-Sugeno提出了與一階Sugeno模糊推理系統(tǒng)功能相同的基于自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊

7、推理系統(tǒng)(ANFIS)。此類系統(tǒng)是最適合模糊建模,它的典型結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。x1,x2是系統(tǒng)的輸入,Y是推理系統(tǒng)的輸出,均為可提供的數(shù)據(jù)對(duì)。第一層:O1,i=μ(x1),i=1,2AiO1,j=μ(x2),j=3,4B(j-2)其中,Ai(或Bi)是模糊集,如“多”,“少”等,O1,i是模糊集的隸屬函數(shù),默認(rèn)值為鐘型函數(shù)。4)設(shè)定ANFIS訓(xùn)練的參數(shù);5)利用anfis函數(shù)訓(xùn)練ANFIS;6)用檢