第五章-模糊控制系统的MATLAB仿真PPT课件

.,1,2.5模糊控制仿真应用实例,一、模糊控制系统的常用实现算法二、模糊控制系统的仿真实例三、模糊控制和传统PID控制的结合,.,2,5.1Simlink仿真入门,5.1.1Matlab中的仿真模块库,.,3,.,4,.,5,5.1.2仿真模型图的建立1.打开模型编辑器界面2.移入模块并予以合理布局,.,6,2.编修模块参数、名称和形状的方法1）模块参数的编修,.,7,3.连接各模块1）连接各模块方法连接模块的方法连接分支线的方法2）插入模块方法,.,8,4.小系统的封装1）封装方法选中被封装的模块进行封装2）自定义模块的编修（1）Icon（图标）对话框（2）Parameters（参数）对话框（3）Initialization（初始化）对话框（4）Documentation（文档）对话框3）自定义模块的查看,.,9,PID控制系统原理框图,.,10,PID控制系统仿真模型图,.,11,PID控制系统仿真模型封装图,.,12,5.1.3动态系统的Simulink仿真1.信号源,.,13,.,14,2.显示器,.,15,1）参数设置General菜单坐标系数目显示时间范围坐标系标签、Datahistory,.,16,2)视频自动缩放按钮3控制系统的Simulink仿真1）调整信号源的有关参数2）调出显示器的显示屏3）开始仿真,.,17,5.2模糊推理系统的设计与仿真,5.2.1模糊推理系统的图形用户界面简介,.,18,.,19,5.2.2模糊推理系统编辑器1.FIS编辑器界面简介菜单条和模框区FileEditView,.,20,.,21,.,22,模糊逻辑区和当前变量区2.FIS推理系统的编辑3.编辑FIS的维数4.编辑FIS输入、输出量的名称,.,23,5.编辑FIS的名称6.编辑模糊逻辑推理的具体算法在下部模糊逻辑区中,.,24,.,25,Sugeno型模糊推理系统编辑器的模糊逻辑算法与Mamdani型有所不同,.,26,5.2.3隶属函数编辑器1.MF编辑器界面简介,.,27,.,28,.,29,2.Mamdani型FIS中隶属函数（MF）的编辑1)编辑输入变量的论域和显示范围2）增加覆盖输入量模糊子集的数目编辑MF类型编辑隶属函数的数目3）编修隶属函数曲线MF的命名细化MF的类型非标准函数MF的编修,.,30,4）编修模糊子集位置5）删除模糊子集的方法单击删除,.,31,3.SUGeno型FIS隶属函数MF的编辑1）进入二维SUGeno型FIS编辑器2）调出Sugeno型MF编辑器,.,32,.,33,5.2.4模糊规则编辑器模糊规则编辑器界面简介1）Rule编辑器上的主菜单2）Rule编辑器上的显示区和编辑区3）Rule编辑器上的“显示带”4）Rule编辑器上的编辑功能按钮,.,34,2.表述模糊规则的语言和格式编辑1）语言型2）符号型3）索引型3.模糊规则的编辑方法1）编辑一条新模糊规则的方法2）修改模糊规则3）删除编好的模糊规则,.,35,.,36,例题：（1）确定结构（2）编辑输入变量“level”和“rate”（3）编辑输出量“valve”（4）编辑模糊规则（5）保存液位FIS并退出FIS编辑系统,.,37,.,38,.,39,5.2.5模糊规则观测窗1.RuleViewer(Mamdani)的界面2.Mamdani型和Sugeno型规则观测器比较例：,.,40,.,41,.,42,5.2.6FIS输出量曲面观测窗1.输出量曲面观测窗界面简介2.利用输出量曲面观测窗进行分析研究,.,43,5.2.7用GUI设计Mamdani型模糊系统举例1.选择模糊控制器的结构及模糊逻辑算法2.定义覆盖输入、输出变量的模糊子集3，编辑模糊控制规则4.观测模糊推理过程,.,44,.,45,.,46,4.观测模糊推理过程5.观测清晰化方法对输出量的影响6.观测整个论域上输出量与输入变量间的关系,.,47,5.2.8用GUI设计Sugeno型模糊系统举例1.选择模糊系统的结构及逻辑算法2.定义输入、输出变量的模糊子集1）增加一个输出函数2）命名3）输入参数3.输入模糊控制规则4.观测模糊推理过程5.观测整个论域上输出量与输入量间的关系,.,48,.,49,5.3模糊控制系统的设计与仿真5.3.1FIS与Simulink的连接1.模糊逻辑工具箱简介2.把FIS嵌入模糊逻辑控制器的方法1）把FIS结构文件送入工作空间（1）在MAtlab主窗口中用指令readfis(2)在FIS编辑器中使用鼠标2）把FIS结构文件嵌入FuzzyLogicController,.,50,5.3.2构建模糊控制系统的仿真模型图例5-51.利用GUI编辑FIS结构文件，即构建模糊控制器2.在模型编辑器中构建模糊控制系统的仿真模型图3.利用模型图对系统进行仿真,.,51,.,52,.,53,.,54,按图5-80所示，调入并摆好各个模块的位置,.,55,液位模糊控制系统仿真模型图,.,56,在Comparision屏幕上出现信号源输出的方波经过模糊控制系统前（黄色）后（红）的两条波形曲线，如图5-85所示,.,57,5.3.3通过仿真对系统进行分析,1.Matlab中的模糊模型仿真示例2.用仿真模型图观察系统结构3.隶属函数对控制效果的影响4.模糊规则对控制效果的影响5.清晰化算法对控制效果影响6.Sltank中模糊控制和PID控制的比较,.,58,MATLAB中的模糊模型仿真示例列表,.,59,MATLAB中Sltank系统的详细结构框图,.,60,.,61,水位PID控制系统的方波及其响应曲线,.,62,一、模糊控制系统的常用实现算法,1定义输入和输出变量及其个数2定义所有变量的模糊化条件3设计控制规则库4设计模糊推理结构5选择解模糊判决方法,.,63,设计模糊推理结构,Mamdani法Lorsen法Takagi-Sugeno方法。,.,64,(1).Mamdani方法利用“极大极小”合成规则定义模糊蕴含表达的关系。例如：表达的关系定义为,当为时，,.,65,(2).Lorsen方法采用乘积运算作为蕴含规则,当为时，,.,66,(3).Takagi-Sugeno方法与其他模糊推理不同，Takagi-Sugeno型模糊推理将去模糊化也结合到推理过程中，其输出为精确量。,零阶系统：,一阶系统：,.,67,二、模糊控制系统控制器设计的仿真实例,Matlab环境的simulink工具箱,.,68,1、水位控制系统,控制目的:根据偏差调节阀门开度，以达到调整水位跟随设定信号.,.,69,仿真实现步骤:(1)分析对象,建立模型(2)确定输入变量和输出变量(3)总结控制器规则(4)建立模糊控制器(5)进行仿真,.,70,.,71,三条规则,五条规则,.,72,2.倒车实验,模糊控制器可以实现对于卡车倒车入位进行调控,.,73,输入变量选择校车与入位点之间的距离,输出变量选择转向角度。可以建立一个Sugeno型模糊系统，其输入变量为控制规则:当是“远”时，当是“近”时，,.,74,.,75,3、单级倒立摆,控制目