实验一模糊控制器MATLAB仿真.docx

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实验一模糊控制器MATLAB仿真

实验一模糊控制器的MATLAB仿真

一、实验目的

本实验要求利用MATLAB/SIMULINK与FUZZYTOOLBOX对给定的二阶动态系统，确定模糊控制器的构造，输入和输出语言变量、语言值及隶属函数，模糊控制规那么；比拟其与常规控制器的控制效果；研究改变模糊控制器参数时，系统响应的变化情况；掌握用MATLAB实现模糊控制系统仿真的方法。

二、实验设备：

计算机系统、Matlab仿真软件

三、实验原理

模糊控制器它包含有模糊化接口、规那么库、模糊推理、清晰化接口等局部，输人变量是过程实测变量与系统设定值之差值。

输出变量是系统的实时控制修正变量。

模糊控制的核心局部是包含语言规那么的规那么库和模糊推理。

模糊推理就是一种模糊变换，它将输入变量模糊集变换为输出变量的模糊集，实现论域的转换。

工程上为了便于微机实现，通常采用“或〞运算处理这种较为简单的推理方法。

Mamdani推理方法是一种广泛采用的方法。

它包含三个过程：

隶属度聚集、规那么激活和输出总合。

模糊控制器的体系构造如图1所示。

图1模糊控制器的体系构造

四、实验步骤

〔1〕对循环流化床锅炉床温，对象模型为

采用simulink图库，实现常规PID和模糊自整定PID。

〔2〕确定模糊语言变量及其论域：

模糊自整定PID为2输入3输出的模糊控制器。

该模糊控制器是以|e|和|ec|为输入语言变量，Kp、Ki、Kd为输出语言变量，其各语言变量的论域如下：

误差绝对值：

e={0，3，6，10}；

误差变化率绝对值：

ec={0，2，4，6}；

输出Kp：

Up={0，0.5，1.0，1.5}；

输出Ki：

Ui={0，0.002，0.004，0.006}；

输出Kd：

Ud={0，3，6，9}。

〔3〕语言变量值域的选取：

输入语言变量|e|和|ec|的值域取值“大〞（B）、“中〞（M）、“小〞（s）和“零〞（Z）4种；输出语言变量Kp、Ki、Kd的值域取值为“很大〞（VB）、“大〞（B）、“中〞（M）、“小〞（s）4种。

步骤如下：

在MATLAB控制窗口输入：

Fuzzy回撤

增加输入变量和输出变量：

修改输入变量和输出变量的名称得到：

双击每个输入变量和输出变量进展分别设计：

〔4〕规那么的制定：

根据PID参数整定原那么及运行经历，可列出输出变量Kp、Ki、Kd的控制规那么表。

●表1参数Kp的整定规那么

●表2参数Ki的整定规那么

●表3参数Kd的整定规那么

设计模糊控制规那么表；

〔5〕推理方法确实定

Ø隐含采用“mamdani〞方法：

max-min；

Ø推理方法，即“min〞方法；

Ø去模糊方法：

面积中心法；

Ø选择隶属函数的形式：

三角型。

回到MATLAB主界面，可得到如下：

由此，利用FUZZYTOOLS的GUI工具建立模糊控制器（PID_auot.fis）之后，在Simulink环境下，构建模糊自整定PID和常规PID控制系统，如图2。

其中：

双击FuzzyLogicController，设置如下：

Subsystem设计如下：

图2模糊自整定PID和常规PID控制仿真系统

〔6〕给定输入为阶跃信号，运行程序，记录实验数据和控制曲线。

〔7〕比拟两种控制器的控制效果；

〔8〕当通过改变模糊控制器的比例因子时，分析系统响应有什么变化？

五、实验报告要求

给出模糊自整定PID控制系统的设计过程和仿真构造图，记录试验数据和曲线，分析试验结果。

六、思考题

1、模糊控制器中隶属函数形式、推理方法、去模糊方法的改变、对控制效果有什么影响？

2、模糊控制规那么如何建立？

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