实验一模糊控制器MATLAB仿真

1、实验一 模糊控制器的MATLABaM、实验目的本实验要求利用 MATLAB/SIMULINKf FUZZYTOOLBOX合定的二阶动态系统，确定模糊控制器的结构，输入和输出语言变量、语言值及隶属函数，模糊控制规则；比较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、规则库、模糊推理、清晰化接口等部分，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 部分是包含语言规则的规则库和模糊推理。

2、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、规则激活和输出总合。模糊控制器的体系结构如图1所示。Reference input r(t)Fuzzy controller图1模糊控制器的体系结构ProcessOutputsy(t)四、实验步骤(1)对循环流化床锅炉床温，对象模型为12030s 1 140s 1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

3、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 回 和|ec|的值域取值大”（B）、“中（M）、“小”和“零”（Z） 4种；输出语言变量 g Ki、Kd的值域取值为“很大”（VB）、“大”（B）、 “

4、中（M）、 步骤如下: 在MATLA狡制窗口输入：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行分别设计:(4)规则的制定：根据 PID参数整定原则及运行经验，可列出输出变量Kp、Ki、Kd的控制规则表。表1 参数Kp的整定规则BMSZBBMBBMVBBVBVBSVBBVBBZVBBBS表2参数Ki的整定规则BMSZBSMBVBMSMVBVBSSSVBVBZSSVBVB表3 参数Kd的整定规则BMSZBSSSSMMMMMSMMMMVBVBVBVB设计模糊控制规则表;Rule Editor: PLD_auotFile Edit Vi ew

5、Oplieniiio2.lf(e Is B) and (ec is Mjthen (kp is VBXkl Is S)(kd is M)(1)3Jf(e 3 B) and (ec is S)1hen (kp is VBi is S)(kd 3 M) 4.lf(e Is B) and (ec is 23then (kp is VBXMi Is S)(kd is5.lf(e IS M) end (ec is B)then (kp is 5)Qd is MXkd 56. If (e is MO and (ec is M) then (kp is B)Qd Is )M)(kd7.lf(e IS M)

6、md (ec is S)then (kp is B)即 is SXkd 7 M) 8,lf(e 8 M) and (ec is I)then (kp is B)(ki is SXkd is VB)(1) 9.if(e Is )and (k te Bjltai (kp 璃 B)0dls BXkd 谕 S)(1) 1O.lf(eisS) aid (ec is IM) then (kp is VBXki isVBXkd is M)(1) 11. h (e isS) wd (ec Is S)thw (kp 语 VBxklis VBXkd 峰 M) (i j 12.lf(eisS) and (ec is

7、 then (kp is BRi 惶 VB)(kd is VB) 13, tf 垣博 Z) mi (ec Is B) theni (kp Is B)l Is VB)(kd Is S)(1) 14.lf(e is Z) ml (ec is M) then (kp is VBki is VBXkd iis M)(1) 15.11 (e 低 Z) and (ec Is S)theflj (kp 卢日秋版 VB)(kd Is M) (1)16.lf(eisZ) and (ec is ZJthen (kp is SXki is VB)(kd is VB)noneI noneI noneIfBeisnon

8、enonie Mt not notInertWeight:Add ruleChaoge nJeFIS ibfeme: PID suot(5)推理方法的确定隐含采用 mamdani方法： max-min;推理方法，即“ min”方法；去模糊方法：面积中心法；选择隶属函数的形式：三角型。回到MATLA在界面，可得到如下:bL |lii 1g 1L4L|口 a 1 T E 1i zf # CDT-Mi iltkl-ote f -Enill-MilM-nSW-aitiWnTiz-iz* |J 囱EUrLHiK d Kn L* 3.止n.|- -i IICiwind ， dft*I1_I iTUI RI

9、电厂ny?JLri IxyiDl, 口n tCi： Ca, F4 *., +工p|”“iLnC*yk川皿国3bddbuDrQnlhlirid Dn) riar*加 ny?iLn layaOl _md g；6i h&新喇卜1 H 13-JI-J 上:lhJ9 f& S- 1A1I7Q 下=-EbhI F：匕妥录I理十单晟击出、.峙肝fih muxjF ac fully由此，利用FUZZYTOOL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 Fuzzy Logic Controller ,设置如下:Subsystem设计如下:A du/dtDerivative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)比较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结构图，记录试验数据和曲线，分析 试验结果。