【正文】 控制是一個(gè)很好的選擇，模糊控制可以建立在技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)之上，由技術(shù)人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來給出控制量，當(dāng)控制系統(tǒng)偏差大時(shí)，控制人員就給出大的輸出量，偏差為中時(shí)，輸出控制量為中，偏差小時(shí)，控制量為小。通過這樣模糊的控制規(guī)則，可以達(dá)到較好的控制效果。 在一般的控制中具有幾種形式的模糊控制器，它是根據(jù)輸入變量的數(shù) 量來區(qū)分的，可以分成如下幾種： （ 1） 一維模糊控制器：即只有一個(gè)輸入變量 e，這個(gè)變量就是系統(tǒng)的偏差，即設(shè)定值與實(shí)際值之差，模糊控制器就是根據(jù)這個(gè)差值進(jìn)行確定輸出控制量大小的，類似于比例方式的調(diào)節(jié)方法，但這種一維模糊控制器不能提前預(yù)知系統(tǒng) 的誤差變化，只有系統(tǒng)出現(xiàn)誤差后才能做出反應(yīng)，進(jìn)而輸出控制調(diào)節(jié)量， 故這種一 維模糊控制器調(diào)節(jié)過程較粗糙，在要求較高的系統(tǒng)中不能滿足系統(tǒng)要求，其示意圖如圖 所示。 圖 一維模糊控制器 示意圖 （ 2）二 維 模糊控制器：即有兩個(gè)輸入變量 e 和 de，變量 e 為系統(tǒng)的偏差，變量 de為系統(tǒng)偏差的變化率，控制量由這兩個(gè)量同時(shí)決定，二位模糊控制器增加了誤差變化率作為其輸入變量，這個(gè)變量能夠提前判斷 誤差變化的趨勢，所以能提前對誤差進(jìn)行校正，提高了系統(tǒng)的動態(tài)性能，其示意圖如圖 所示。 圖 二維模糊控制器 示意圖 （ 3）三維模糊控制器：即有輸入變量 e， de 和 d2e，變量 e 為系統(tǒng)誤差， de 為系統(tǒng)誤差 e 的導(dǎo)數(shù)， d2e 為系統(tǒng)誤差 e 的二階導(dǎo)數(shù)，除了這三種模糊控制器以外，還有更高桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 17 頁 共 48 頁 維數(shù)的模糊控制器，但隨著維數(shù)越高，其控制復(fù)雜程度也越高，所以，在日常的控制系統(tǒng)中， 都只使用三維以下模糊控制器，其中 二維模糊控制器使用得最為普遍的，其示意圖如圖 所示。 圖 三維模糊控制器 示意圖 模糊控制器系統(tǒng)主要有四個(gè)部分組成，即模糊控制器、輸入輸出端口、被控對象和傳感器部分。模糊控制器主要是其主控板中的控制算法，輸入輸出端口主要有主控板和被控對象的連接的信號，包 含數(shù)?；蚰?shù)轉(zhuǎn)換等電路；被控對象包含執(zhí)行器機(jī)構(gòu)等；傳感器是將 所需要控制的信號量轉(zhuǎn)換成電信號的元件。 模糊控制器的 原理 模糊控制的處理的控制過程一般分成以下幾個(gè)步驟：計(jì)算系統(tǒng)偏差和偏差的變化率、模糊化處理、通過模糊控制規(guī)則判斷、得出 模糊控制決策、進(jìn)行非模糊化處理和控制量輸出。此次設(shè)計(jì)采用二維模糊控制器。本次設(shè)計(jì)采用的是在 MATLAB simulink 的環(huán) 境下進(jìn)行溫度控制，故可以使用模糊控制工具箱進(jìn)行模糊控制器的設(shè)計(jì)，原理為： (1)根據(jù)模糊控制輸入偏差 e，偏差變化率 de，輸出量 u 的實(shí)際取值范圍確定其系統(tǒng)的基本論域，每個(gè)實(shí)際變量的論域劃分為離散值的的集合，作為變量的模糊論域，本次設(shè)計(jì)取 e 和 de 的模糊論域均為 [6,6]， u 的模糊論域?yàn)?[7,7]。 (2)將模糊論域分成多個(gè)模糊子集，子集越多，控制精度相對較高，但設(shè)計(jì)也較復(fù)雜，結(jié)合本設(shè)計(jì) 系統(tǒng)精度要求，本設(shè)計(jì)將偏差 e分成 8個(gè)模糊子集，即 NB(負(fù)大 )， NM(負(fù)中 )NS（負(fù)?。?NO( 負(fù)零 )PO （正零） PS( 正小 )PM （正中） PB （正大）其論域?yàn)閑={6,5,4,3,1,0,+0,1,2,3,4,5,6}。 de 和 u 都分成 7 個(gè)模糊子集，為 NB(負(fù)大 )， NM(負(fù)中 )NS （ 負(fù) 小 ） 0 （零） PS( 正小 )PM （ 正 中 ） PB （ 正 大 ）， 其 論 域 為de={6,5,4,3,1,0,1,2,3,4,5,6}。 (3)確定其隸屬函數(shù)，模糊控制工具箱提供的隸屬函數(shù)有高斯隸屬函數(shù)、通用鐘型隸屬函數(shù)、梯形隸屬 函數(shù)、三角形隸屬函數(shù)、 S 型隸屬函數(shù)等，本次設(shè)計(jì)采用較為常用的三角形隸屬函數(shù)作為模糊集隸屬度的確定。 (4)確定模糊因子，模糊因子是將精確量模糊化過程中的量化因子，本次系統(tǒng)的偏差e 的基本論域?yàn)?[100,100],模糊論域?yàn)?[6,6],故量化因子 k=7/100=。根據(jù)系統(tǒng)為控制水溫，具有一定的滯后特性，故 de 結(jié)合系統(tǒng)的采樣時(shí)間可選擇其基本論域?yàn)?[7,7]， 所以它的量化因子為 ke=6/7≈ 。 u 的實(shí)際論域?yàn)?[100,100],量化因子 ku=6/100=。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 18 頁 共 48 頁 (5)根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)可以總結(jié)出 系統(tǒng)的 各變量的 隸屬度情況 ，見表 ～ 。 表 水溫控制偏差 e 的模糊集隸屬度表 6 5 4 3 2 1 0 +0 1 2 3 4 5 6 PB 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 PM 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 PS 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 PO 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 NO 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 NS 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 NM 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 NB 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 表 水溫控制偏差變化率 de 的模糊集隸屬度表 6 5 4 3 2 1 0 +0 1 2 3 4 5 6 PB 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 PM 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 PS 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 O 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 NS 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 NM 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 NB 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 表 水溫控輸出占空比 u 的模糊集隸屬度表 6 5 4 3 2 1 0 +0 1 2 3 4 5 6 PB 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 PM 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 PS 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 O 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 NS 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 NM 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 NB 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 根據(jù)人們的經(jīng)驗(yàn)和控溫系統(tǒng)的實(shí)際特性，可得到如下的控制規(guī)則 ： 表 模糊控制規(guī)則 序號 控制規(guī)則 序號 控制規(guī)則 1 If (e is NB) and (de is NB) then (u is PB) 29 If (e is PO) and (de is NB) then (u is PM) 2 If (e is NB) and (de is NM) then (u is PB) 30 If (e is PO) and (de is NM) then (u is PM) 3 If (e is NB) and (de is NS) then (u is PB) 31 If (e is PO) and (de is NS) then (u is PS) 4 If (e is NB) and (de is 0) then (u is PB) 32 If (e is PO) and (de is 0) then (u is 0) 5 If (e is NB) and (de is PS) then (u is PM) 33 If (e is PO) and (de is PS) then (u is NS) 6 If (e is NB) and (de is PM) then (u is 0) 34 If (e is PO) and (de is PM) then (u is NM) 7 If (e is NB) and (de is PB) then (u is 0) 35 If (e is PO) and (de is PB) then (u is NM) 8 If (e is NM) and (de is NB) then (u is PB) 36 If (e is PS) and (de is NB) then (u is PS) 9 If (e is NM) and (de is NM) then (u is PB) 37 If (e is PS) and (de is NM) then (u is PS) 10 If (e is NM) and (de is NS) then (u is PB) 38 If (e is PS) and (de is NS) then (u is 0) 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 19 頁 共 48 頁 11 If (e is NM) and (de is 0) then (u is PB) 39 If (e is PS) and (de is 0) then (u is NS) 12 If (e is NM) and (de is PS) then (u is PM) 40 If (e is PS) and (de is PS) then (u is NM) 13 If (e is NM) and (de is PM) then (u is 0) 41 If (e is PS) and (de is PM) then (u is NM) 14 If (e is NS) and (de is NB) then (u is PM) 42 If (e is PS) and (de is PB) then (u is NM) 15 If (e is NS) and (de is NB) then (u is PM) 43 If (e is PM) and (de is NB) then (u is 0) 16 If (e is NS) and (de is NM) then (u is PM) 44 If (e is PM) and (de is NM) then (u is 0) 17 If (e is NS) and (de is NS) then (u is PM) 45 If (e is PM) and (de is NS) then (u is NM) 18 If (e is NS) and (de is 0) then (u is PS) 46 If (e is PM) and (de is 0) then (u is NB) 19 If (e is NS) and (de is PS) then (u is 0) 47 If (e is PM) and (de is PS) then (u is NB) 20 If (e is NS) and (de is PM) then (u is NS) 48 If (e is PM) and (de is PM) then (u is NB) 21 If (e is NS) and (de is PB) then (u is NS) 49 If (e is PM) and (de is PB) then (u is NB) 22 If (e is NO) and (de is NB) then (u is PM) 50 If (e is PB) and (de is NB) then (u is 0) 23 If (e is NO) and (de is NM) then (u is PM) 51 If (e is PB) and (de is NM) then (u is 0) 24 If (e is NO) and (de is NS) then (u is PS) 52 If (e is PB) and (de is NS) then (u is NM) 25 If (e is NO) and (de is 0) then (u is 0) 53 If (e is PB) and (de is 0) then (u is NB) 26 If (e is NO) and (de is PS) then (u is NS) 54 If (e is PB) and (de is PS) then (u is NB) 27 If (e is NO) and (de is PM) then (u is NM) 55 If (e is PB) and (de is PM) then (u is NB) 28 If (e is NO) and (de is PB) then (u is NM) 56 If (e is PB) and (de is PB) then (u is NB) 根據(jù)控制規(guī)則可得到如下控制狀態(tài)表： 表 模糊控制狀態(tài)表 控制量 u 誤差變化率 de NB NM NS 0 PS PM PB 偏 差 e NB PB PB PB PB PM 0 0 NM PB PB PB PB PM 0 0 NS PM PM PM PS 0 NS NS NO PM PM PS 0 NS NM NM PO PM PM PS 0 NS NM NM PS PS PS 0 NS NM NM NM PM 0 0 NM NB NB NB NB PB 0 0 NM NB NB NB NB 模糊控制器的 設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)是在 MATLAB simulink 環(huán)境下對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的，所以需要用MATLAB 的模糊控制工具箱設(shè)計(jì)模糊控制器， 有了上一節(jié)介紹的模糊控制器的設(shè)計(jì)