matlab下模糊控制器设计步骤.doc

下面将根据模糊控制器设计步骤，一步步利用 Matlab 工具箱设计模糊控制器。Matlab 模糊控制工具箱为模糊控制器的设计提供了一种非常便捷的途径，通过它我们不需要进行复杂的模糊化、模糊推理及反模糊化运算，只需要设定相应参数，就可以很快得到我们所需要的控制器，而且修改也非常方便。首先我们在 Matlab 的命令窗口（command window）中输入 fuzzy，回车就会出来这样一个窗口。下面我们都是在这样一个窗口中进行模糊控制器的设计。1确定模糊控制器结构：即根据具体的系统确定输入、输出量。这里我们可以选取标准的二维控制结构，即输入为误差 e 和误差变化 ec，输出为控制量 u。注意这里的变量还都是精确量。相应的模糊量为 E，EC 和 U，我们可以选择增加输入(Add Variable)来实现双入单出控制结构。2输入输出变量的模糊化：即把输入输出的精确量转化为对应语言变量的模糊集合。首先我们要确定描述输入输出变量语言值的模糊子集，如NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB，并设置输入输出变量的论域，例如我们可以设置误差 E（此时为模糊量）、误差变化 EC、控制量 U 的论域均为-3，-2，-1，0，1，2，3；然后我们为模糊语言变量选取相应的隶属度函数。在模糊控制工具箱中，我们在 Member Function Edit 中即可完成这些步骤。首先我们打开 Member Function Edit 窗口.然后分别对输入输出变量定义论域范围，添加隶属函数，以 E 为例，设置论域范围为-3 3，添加隶属函数的个数为 7.然后根据设计要求分别对这些隶属函数进行修改，包括对应的语言变量，隶属函数类型。3模糊推理决策算法设计：即根据模糊控制规则进行模糊推理，并决策出模糊输出量。首先要确定模糊规则，即专家经验。对于我们这个二维控制结构以及相应的输入模糊集，我们可以制定 49 条模糊控制规则（一般来说，这些规则都是现成的，很多教科书上都有），如图。制定完之后，会形成一个模糊控制规则矩阵，然后根据模糊输入量按照相应的模糊推理算法完成计算，并决策出模糊输出量。4对输出模糊量的解模糊：模糊控制器的输出量是一个模糊集合，通过反模糊化方法判决出一个确切的精确量，凡模糊化方法很多，我们这里选取重心法。5然后 Export to disk，即可得到一个.fis 文件，这就是你所设计的模糊控制器。下面我们检验一下，看看我们的控制器到底怎么样。以一个简单的电机控制为例，我们在 Simulink 中建立了它的模糊控制系统如下：在用这个控制器之前，需要用 readfis 指令将 fuzzy1.fis 加载到 matlab 的工作空间，比如我们用这样的指令：myFLC=readfis（fuzzy1.fis）；就创建了一个叫myFLC 的结构体到工作空间，并在 fuzzy logic controller 中参数设为：myFLC。可以看到，在模糊控制器的输入和输出均有一个比例系数，我们叫它量化因子，它反映的是模糊论域范围与实际范围之间的比例关系，例如，模糊控制器输入输出的论域范围均为-3，3，而实际误差的范围是-10，10，误差变化率范围是-100，100，控制量的范围是-24，24，那么我们就可以算出量化因子分别为0.3，0.03，8。量化因子的选取对于模糊控制器的控制效果有很大的影响，因此要根据实际情况认真选取哦。好，现在我们可以设定仿真步长，比如定步长的 10ms，就可以运行了。运行后，产生这样一个错误：MinMax blocks do not accept 'boolean' signals. The input signal(s) of block 'test_fuzzy/Fuzzy Logic Controller/FIS Wizard/Defuzzification1/Max (COA)' must be one of the MATLAB 'uint8', 'uint16', 'uint32', 'int8', 'int16', 'int32', 'single', or 'double' data types我想很多朋友做模糊控制的时候都会遇到这个情况。没关系，这里提供两个解决办法：1直接在 Defuzzification1 这个模块中的那个比较环节后加入数据类型转换模块，将 boolean 转化为 double 型，或者双击那个比较模块，选中 show additional parameters，将输出数据类型改为 specify via dialog，然后选 uint(8)即可；但是在仿真之后，又会发现很多地方都存在这个问题，因此你不得不一个一个去修改，如果你不怕累的话。2第二个方法是最简单的，直接在 simulation parameters->advanced 将boolean logic signals 选为 off，强烈推荐你用这个。好了，这些都解决了，我们就可以仿真了，例如给个方波信号，可以得到仿真曲线如下