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模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)(參考版)

2025-08-02 04:51本頁面
  

【正文】 參考文獻[1] 章乃蕘,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊控制[M],清華大學(xué)出版社,1998 [2] 王正林,王勝開,/Simulink與控制系統(tǒng)仿真[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005. [3] 齊京禮,邊永青,[J].微計算機信息,2008,24(9):74[4] 劉曙光,魏俊民,[M].北京:中國紡織出版社,2001. [5] 王振宇,[J].浙江大學(xué)學(xué)報(農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版),2006,32(2). [6] 湯兵勇,路林吉,[M].北京:清華大學(xué)出版社,2002. [7] 李士勇等,模糊控制和智能控制理論與應(yīng)用[M],哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1990: 250280 [8] [J].鹽城工學(xué)院學(xué)報,2008(9):1821. [9] 諸靜,模糊控制原理與應(yīng)用及現(xiàn)狀,電子技術(shù)雜志 [10] 屠乃威,付華,[J].微計算機信息(測控儀表自動化),2004,20(6). [11] 劉向東,常江,張崇會,[J].佳木斯大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 。國外專家預(yù)言:模糊技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、混沌理論作為人工智能的三大支柱,將是下一代工業(yè)自動化的基礎(chǔ)。并且針對不同的控制對象,在不改變參數(shù)的情況下,都達到了較好的控制效果。此模糊控制器針對沒有精確的數(shù)學(xué)模型,帶有滯后性的溫度系統(tǒng),進行了恒溫控制。模糊控制根據(jù)專家經(jīng)驗進行控制,控制智能、靈活,并可對系統(tǒng)進行實時、精確的控制,控制過程精簡,效果良好。所以說模糊控制器可以克服普通PID控制器的局限性,在溫度自動控制中具有廣泛的應(yīng)用價值。(2)系統(tǒng)具有良好的響應(yīng)速度、穩(wěn)定性和精確性,且具有較強的魯棒性。圖515 階躍響應(yīng)曲線使用以上設(shè)計的模糊控制器,通過計算機實現(xiàn)實時控制。為了分析比較,對上述系統(tǒng)的控制效果與傳統(tǒng)的PID控制效果放在一個坐標系里。在仿真過程中可根據(jù)系統(tǒng)仿真或?qū)嶋H的控制結(jié)果調(diào)整輸入、輸出的隸屬度函數(shù),一直調(diào)整到理想的控制效果為止。在用設(shè)計好的控制器之前,需要用read fis指令將lz. fis加載到matlab的工作空間,在Matlab提示符下輸入指令:FUZ=read fis(‘lz. fis’),就創(chuàng)建了一個叫myFLC的結(jié)構(gòu)體到工作空間,然后打開模型,并在fuzzy logic controller中參數(shù)設(shè)為:FUZ。將相關(guān)的模塊組中的模塊拖動到此窗口中,設(shè)置參數(shù)并將各個模塊連接起來。通過上述工作,完成對模糊控制器的設(shè)計,接下來需要建立模糊控制系統(tǒng)的仿真模型。模糊控制器的輸出量是一個模糊集合,通過反模糊化方法判決出一個確切的精確量,圖513 解模糊方法MATLAB中的模糊邏輯工具箱提供反模糊化方法(總共提供5種反模糊化方法,即centriod, bisector, mom, lom, som),這里選用其中的centriod法,即可對所設(shè)計的模糊控制系統(tǒng)進行仿真,方法的選取如下圖13選擇File→Export菜單項就可以分別將建立起來的模糊推理系統(tǒng)存*. fis文件或存成MATLAB工作空間中的變量。建立起模糊推理規(guī)則后,由View→Rules和View→Surface菜單將分別得出如圖511和圖512所示規(guī)則顯示圖形,由這些圖形可以更好地理解建立的模糊推理規(guī)則。模糊規(guī)則的設(shè)置可由以下步驟完成: Edit→Rules可得到模糊規(guī)則編輯界面如圖510:圖510 模糊規(guī)則的編輯在應(yīng)用模糊控制器實際進行實時控制時,一定的偏差e和偏差變化率de/dt,對應(yīng)的就有某一些控制規(guī)則生效,而這些生效的控制規(guī)則產(chǎn)生一個綜合推斷結(jié)論,并通過解模糊過程轉(zhuǎn)換為一個確定的輸出值,從而給定輸出u。首先要確定模糊規(guī)則,即專家經(jīng)驗。圖58 輸入變量e的論域設(shè)定然后根據(jù)設(shè)計要求分別對這些隸屬函數(shù)進行修改,包括對應(yīng)的語言變量,隸屬函數(shù)類型。首先我們打開Member Function Edit窗口,如圖56所示。初始設(shè)定時,可采用均勻等分的方式布置,然后再根據(jù)系統(tǒng)仿真或?qū)嶋H的控制結(jié)果進行合理的調(diào)整。語言值隸屬度函數(shù)選擇梯形,如圖55所示。語言值隸屬度函數(shù)選擇三角如圖54(b)所示。語言值隸屬度函數(shù)選擇三角形,如圖54(a)所示。其結(jié)構(gòu)如下:圖53 變量結(jié)構(gòu)圖輸入輸出變量的模糊化就是把輸入輸出的精確量轉(zhuǎn)化為對應(yīng)語言變量的模糊集合。(3)輸出語言變量,記為u,是控制量。溫度模糊控制器有兩個輸入信號和一個輸出信號,分別為:(1)輸入語言變量之一,記為e,是溫度設(shè)定值和實際溫度的偏差,e=sy。首先我們在Matlab的命令窗口(mand window)中輸入fuzzy,回車就可啟動模糊控制系統(tǒng)的編輯界面。圖51 模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖根據(jù)模糊控制器設(shè)計步驟,一步步利用Matlab工具箱設(shè)計模糊控制器。5. 模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計模糊控制(fuzzy control)是一種對系統(tǒng)控制的宏觀方法,加入了控制規(guī)則,規(guī)則通常采用“IFTHEN”方式來表達實際控制中的專家知識和規(guī)則,其最大的特征是將專家的控制經(jīng)驗、知識表達成語言控制規(guī)則,用規(guī)則去控制目標系統(tǒng),特別適用于那些數(shù)學(xué)模型未知的、復(fù)雜的、非線性系統(tǒng)進行控制。在此范圍內(nèi),采樣周期越小,就接近連續(xù)控制。選擇采樣時間是計算機控制中的構(gòu)性問題,所以模糊控制作為計算機控制的一種類型,也存在合理的選擇采樣時間的問題。在模糊控制系統(tǒng)中,由于對建立的模糊控制規(guī)則通過模糊推理決策出的控制變量是一個模糊子集,它不能直接控制被控對象,所以還需要采取合理的方法將其轉(zhuǎn)換為精確量,以便最好的發(fā)揮出模糊推理結(jié)果的決策效果。如所選模糊集合論域為X={n, n+1, . . . , 0, . . . , nl, n},而輸入的基本論域為[e, e],輸入精確量為e。由于計算機采樣
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