基于matlab的兩種模糊控制系統(tǒng)的仿真方法

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1、第21卷 第3期計 算 機 仿 真2004年3月  文章編號:1006-9348(2004)03-0041-04基于MATLAB的兩種模糊控制系統(tǒng)的仿真方法曹志國,廉小親(北京工商大學(xué)信息工程學(xué)院,北京100037)摘要:該文論述了針對同一個典型二階環(huán)節(jié),用MATLAB語言編程的方法以及通過Simulink可視化工具平臺建模的方法分別設(shè)計模糊控制系統(tǒng)的全過程。所設(shè)計出的模糊控制系統(tǒng)具有相同的輸入、輸出、隸屬度函數(shù)以及模糊推理規(guī)則,并且在對兩個系統(tǒng)設(shè)置相同的仿真參數(shù)的情況下對模糊控制系統(tǒng)進行仿真。從而對兩種MATLAB仿真方法的設(shè)計過程以及仿真結(jié)果進行了

2、比較,體現(xiàn)了兩種設(shè)計與仿真方法各自的特點,通過比較,顯現(xiàn)了通過Simulink可視化工具平臺進行建模與仿真時的簡捷、直觀而且迅速等優(yōu)點。關(guān)鍵詞:編程;可視化建模;模糊控制系統(tǒng);仿真中圖分類號:TP273文獻標(biāo)識碼:B1 引言模糊控制系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵在于模糊控制器的設(shè)計。??刂葡到y(tǒng)計算機仿真是應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)手段對控制系統(tǒng)糊控制器的設(shè)計主要有三個部分:進行科學(xué)研究的十分重要的手段之一。目前,近乎所有的高1)輸入量的模糊化品質(zhì)的控制都離不開系統(tǒng)仿真研究。利用仿真工具對控制所謂模糊化(Fuzzification)就是先將某個輸入測量量的測系統(tǒng)進行設(shè)計與仿真,可以有

3、效地對比各種控制模型與方量值作標(biāo)準(zhǔn)化處理,把該輸入測量量的變化范圍映射到相應(yīng)案,選取并優(yōu)化相關(guān)控制參數(shù),從而對整個控制系統(tǒng)的性能論域中,再將論域中的各輸入數(shù)據(jù)以相應(yīng)的模糊語言值的形進行優(yōu)化與提高,尤其是對于一些新型控制理論與算法的研式表示,并構(gòu)成模糊集合。這樣就把輸入的測量量轉(zhuǎn)換為用究,進行系統(tǒng)仿真更是必不可少的。隸屬度函數(shù)表示的某一模糊語言變量。MATLAB是一套強有力的計算機應(yīng)用軟件,它可以有效2)模糊邏輯推理地用于諸多控制系統(tǒng)的計算機仿真。該軟件自1984年推向根據(jù)事先已定制好的一組模糊條件語句構(gòu)成模糊規(guī)則市場以來,經(jīng)過近二十年來的不斷發(fā)展與更新

4、,現(xiàn)已成為國庫,運用模糊數(shù)學(xué)理論對模糊控制規(guī)則進行推理計算,從而際公認(rèn)的一門優(yōu)秀的科技應(yīng)用軟件,加上在其發(fā)展的過程根據(jù)模糊控制規(guī)則對輸入的一系列條件進行綜合評估,以得中,不斷溶入眾多領(lǐng)域的一些專業(yè)性理論知識,從而出現(xiàn)了到一個定性的用語言表示的量,即模糊輸出量。完成這部分功能強大的MATLAB配套工具箱,如模糊邏輯工具箱(Fuzzy功能的過程就是模糊邏輯推理過程。LogicToolbox)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱(NeuralNetworkToolbox),以及3)反模糊化過程圖形化的系統(tǒng)模型設(shè)計與仿真環(huán)境(Simulink)。尤其是反模糊化(Defuzzifi

5、cation)有時又叫模糊判決。就是將模Simulink工具平臺的出現(xiàn),使得控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真變得糊輸出量轉(zhuǎn)化為能夠直接控制執(zhí)行部件的精確輸出量的過相當(dāng)容易和直觀。本論文的創(chuàng)作前提便是在MATLAB的環(huán)程。境下,針對某個控制對象環(huán)節(jié),分別利用MATLAB語言編程常規(guī)模糊控制器如圖1所示。以及直接利用Simulink圖形化工具平臺的設(shè)計與仿真方法,采用模糊控制系統(tǒng)進行設(shè)計與仿真,從而說明MATLAB在模糊控制設(shè)計與仿真中的應(yīng)用。2 基于MATLAB對模糊控制系統(tǒng)進行設(shè)計與仿真圖1 常規(guī)模糊控制器示意圖的兩種方法而模糊控制器的核心部分又在于模糊推理系統(tǒng)(

6、FIS)的建立,常見的二維輸入、一維輸出的模糊控制器的模糊推理收稿日期:2003-07-17—41—?1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net系統(tǒng)可用圖2所示的結(jié)構(gòu)框圖表示。表1 模糊推理規(guī)則表(U)2.1 問題的提出EDE許多工業(yè)控制對象都可以等效為二階環(huán)節(jié)。試設(shè)計典NBNSZRPSPB型二階環(huán)節(jié)NBPBPBPSPSZR20NSPBPSPSZRZRH(S)=21.6s+4.4s+1ZRPSPSZRZRNS的模

7、糊控制器,當(dāng)系統(tǒng)的輸入為單位階躍信號時,系統(tǒng)輸出PSPSZRZRNSNS能盡快跟隨系統(tǒng)輸入。其模糊控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所PBZRZRNSNSNB示。2.4 用MATLAB語言編程的方法實現(xiàn)模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真2.4.1 建立模糊推理系統(tǒng)(FIS)要想設(shè)計整個模糊控制系統(tǒng),首先需要建立模糊推理系統(tǒng),這也是建模的主要工作。采用MATLAB語言編程的方法建立模糊推理系統(tǒng)的過程如下所述。1)建立新的FIS結(jié)構(gòu)圖2FIS結(jié)構(gòu)框圖設(shè)所建的FIS結(jié)構(gòu)為FC.fis,則命令行為:FC=newfis(’FC’);這時便建立了一個新的名叫FC的mamdani型系統(tǒng)。

8、此時它的輸入、輸出及規(guī)則都還沒有定義。2)添加輸入輸出變量圖3 典型二階環(huán)節(jié)模糊控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

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