模糊控制.docx

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模糊控制

《模糊控制》大作业

王光辉自123121001

水箱液位模糊控制系统的设计

一、目的：

1、掌握利用matlab进行模糊控制系统设计与仿真的方法

2、深入理解模糊控制器的设计过程和设计方法

3、深入理解模糊控制系统的设计过程

二、设计内容

已知一水箱中液体的流出是随机变化的。

通过人工控制进液阀门开度大小，能够调节水箱内液位的高低，使液位保持恒定。

根据人工操作经验，总结出如下的操作规则：

如果液位偏低，则快开阀门

如果液位正好，则阀门开度不变

如果液位偏高，则快关阀门

如果液位正好而液位变化慢，则慢开阀门

如果液位正好而液位变化快，则慢关阀门

设计一个模糊控制系统，使水箱液位保持恒定。

三、设计过程（alt+印屏幕键，可以复制当前窗口）

1、模糊控制器的设计

利用FIS编辑器设计mamdani型模糊控制器

（1）模糊控制器的结构

输入变量：

液位level进液流速rate

输出变量：

阀门开度valve

（2）模糊化

输入输出变量的模糊论域、覆盖变量论域的模糊子集的名称、隶属函数

及拐点的参数见表1。

表1覆盖输入输出变量的模糊子集设定值

变量名称

变量模糊论域

覆盖的模糊子集名称

模糊子集类型

模糊子集拐点的参数

液位

level

[-11]

negative（偏高）

高斯型

[0.3-1]

zero（正好）

[0.30]

positive（偏低）

[0.31]

液位变化率

rate

[-0.10.1]

negative（偏慢）

[0.03-0.1]

zero（正好）

[0.030]

positive（偏快）

[0.030.1]

阀门开度

valve

[-11]

closefast（快关）

三角型

[-1-0.9-0.8]

closeslow（慢关）

[-0.6-0.5-0.4]

nochange（不变）

[-0.100.1]

openslow（慢开）

[0.20.30.4]

openfast（快开）

[0.80.91]

（3）编辑模糊规则

模糊控制规则如表2所示，利用规则编辑器编辑语言型模糊规则。

表2液位模糊控制规则

Levelrate

none（无）

negative（偏慢）

zero（正好）

positive（偏快）

none（无）

negative（偏高）

closefast（快关）

zero（正好）

nochange（不变）

openslow（慢开）

closeslow（慢关）

positive（偏低）

openfast（快开）

（4）模糊逻辑推理

按表3选择模糊逻辑推理算法，并利用5种清晰化算法，分别求出模糊控制器在level=0.3和rate=0.08时的输出。

表3模糊逻辑推理算法

模糊逻辑选项

Andmethod

Ormethod

Implication

Aggregation

defuzzification

选定算法

min

max

min

max

（5）保存

注意：

在设计过程中随时保存。

2、模糊控制系统的仿真

利用simulink建立水箱液位模糊控制系统的模型并仿真。

系统模型见tank_fc.mdl文件，理解系统模型（双击模块可查看模块属性），

嵌入上面设计好的模糊控制器，仿真运行，分析结果。

图1水箱模糊控制系统模型

面积中心法

面积平分法

最大隶属度法（平均值法）

最大隶属度法（最大值法）

最大隶属度法（最小值法）

总结：

运用不同的模糊算法得到的输出结果不同，就本系统来说，面积中心法比面积平分法来说，输出波形更稳定一些，波动要小一些。

当液位及液位变化率选择不同的模糊集合隶属函数，会使输出产生极大的变化，甚至使系统不稳定。

3、选做：

改变模糊集合的隶属函数类型、模糊规则数目、清晰化算法等，分析对控制效果的影响。

参见P211~P217