MATLAB模糊逻辑工具箱函数

1、Introduction of Artificial Intelligence第第7讲讲 MATLAB模糊逻辑工具箱函数模糊逻辑工具箱函数2主要内容v一、 MATLAB模糊逻辑工具箱简介v二、 利用模糊逻辑工具箱建立模糊推理系统v三、 MATLAB模糊逻辑工具箱的图形用户界面v四、 基于Simulink的模糊逻辑的系统模块3一、 MATLABMATLAB模糊逻辑工具箱简介模糊逻辑工具箱简介针对模糊逻辑尤其是模糊控制的迅速推广应用，MathWorks公司在其MATLAB版中添加了Fuzzy Logic工具箱。该工具箱由长期从事模糊逻辑和模糊控制研究与开发工作的有关专家和技术人员编制。MATLAB

2、 Fuzzy Logic工具箱以其功能强大和方便易用的特点得到了用户的广泛欢迎。模糊逻辑的创始人Zadeh教授称赞该工具箱“在各方面都给人以深刻的印象，使模糊逻辑成为智能系统的概念与设计的有效工具。” 4一、 MATLAB模糊逻辑工具箱简介 在模糊逻辑工具箱中包含五个图形化的系统设计工具，这五个设计工具是： 模糊推理系统编辑器，该编辑器用于建立模糊逻辑系统的整体框架，包括输入与输出数目、去模糊化方法等； 隶属度函数编辑器，用于通过可视化手段建立语言变量的隶属度函数； 模糊推理规则编辑器； 系统输入输出特性曲面测览器； 模糊推理过程浏览器。 5二、利用模糊逻辑工具箱建立模糊推理系统在模糊系统中，

3、模糊模型的表示主要有两类：一类是模糊规则的后件是输出量的某一模糊集合，如NB，PB等，由于这种表示比较常用，且首次由Mamdani采用，因而称它为模糊系统的标准模型或Mamdani模型表示；另一类是模糊规则的后件是输入语言变量的函数，典型的情况是输入变量的线性组合。由于该方法是日本学者高木（Takagi）和关野（Sugeno）首先提出来的，因此通常称它为模糊系统的Takagi-Sugeno（高木-关野）模型,或简称为Sugeno模型。 6二、利用模糊逻辑工具箱建立模糊推理系统基于标准模型的模糊逻辑系统基于标准模型的模糊逻辑系统 在标准型模糊逻辑系统中，模糊规则的前件和后件均为模糊语言值，即具有

4、如下形式：IF x1 is A1 and x2 is A2 andand xn is An THEN y is B 其中Ai(i=1,2,n)是输入模糊语言值，B是输出模糊语言值。图中的模糊规则库由若干“IFTHEN”规则构成。模糊推理机在模糊推理系统中起着核心作用，它将输入模糊集合按照模糊规则映射成输出模糊集合。7二、利用模糊逻辑工具箱建立模糊推理系统基于高木基于高木关野（关野（TakagiSugeno）模）模型的模糊逻辑系统型的模糊逻辑系统 高木关野模糊逻辑系统是一类较为特殊的模糊逻辑系统，其模糊规则不同于一般的模糊规则形式。 在高木关野模糊逻辑系统中，采用如下形式的模糊规则：IF x1

5、is A1 and x2 is A2 andand xn is An THEN 其中Ai(i=1,2,n)是输入模糊语言值，ci(i=1,2,n)是真值参数。niiixcy18二、利用模糊逻辑工具箱建立模糊推理系统模糊逻辑系统的构成模糊逻辑系统的构成标准型模糊逻辑系统应用最为广泛。在MATLAB模糊逻辑工具箱中主要针对这一类型的模糊逻辑系统提供了分析和设计手段，但同时对高木一关野模糊逻辑系统也提供了一些相关函数。9二、利用模糊逻辑工具箱建立模糊推理系统模糊逻辑系统的构成模糊逻辑系统的构成标准型模糊逻辑系统应用最为广泛。在MATLAB模糊逻辑工具箱中主要针对这一类型的模糊逻辑系统提供了分析和设计

6、手段，但同时对高木一关野模糊逻辑系统也提供了一些相关函数。一个典型的模糊逻辑系统主要由如下几个部分组成：（1）输入与输出语言变量，包括语言值及其隶属度函数；（2）模糊规则；（3）输入量的模糊化方法和输出变量的去模糊化方法；（4）模糊推理算法。10二、利用模糊逻辑工具箱建立模糊推理系统 针对模糊逻辑系统的以上主要构成，在MATLAB模糊逻辑工具箱中构造一个模糊推理系统有如下步骤：（1）模糊推理系统对应的数据文件，其后缀为.fis，用于对该模糊系统进行存储、修改和管理；（2）确定输入、输出语言变量及其语言值；（3）确定各语言值的隶属度函数，包括隶属度函数的类型与参数；（4）确定模糊规则；（5）确定

7、各种模糊运算方法，包括模糊推理方法、模糊化方法、去模糊化方法等。 11二、利用模糊逻辑工具箱建立模糊推理系统 例例7-1 某一工业过程要根据测量的温度和压力来确定阀门开启的角度。假设输入温度0，30 模糊化成两级：冷和热；压力0，3模糊化成两级：高和正常；输出阀门开启角度的增量-10，10模糊化成三级：正、负和零。模糊规则为： IF 温度 is 冷 and 压力 is 高 THEN 阀门角度的增量 is正 IF 温度 is 热 and 压力 is 高 THEN 阀门角度的增量 is负 IF 压力 is 正常 THEN 阀门角度的增量 is零适当选择隶属度函数后，设计一基于Mamdani模型的模

8、糊推理系统，计算当温度和压力分别为5和1.5以及11和2时阀门开启的角度的增量，并绘制输入/输出曲面图。12二、利用模糊逻辑工具箱建立模糊推理系统%ex7_1.m（注：模糊推理系统在内存中的数据是以矩阵形式存储的，其对应的矩阵名为fisMat。 ）fisMat=newfis(ex7_1); /创建新的模糊推理系统fisMat=addvar(fisMat,input,温度,0 30); /添加模糊语言变量函数fisMat=addvar(fisMat,input,压力,0 3);fisMat=addvar(fisMat,output,阀增量,-10 10);fisMat=addmf(fisMat,

9、input,1,冷,trapmf,0 0 10 20);fisMat=addmf(fisMat,input,1,热,trapmf,10 20 30 30);fisMat=addmf(fisMat,input,2,正常,trimf,0 1 2);fisMat=addmf(fisMat,input,2,高,trapmf,1 2 3 3);fisMat=addmf(fisMat,output,1,负,trimf,-10 -5 0);fisMat=addmf(fisMat,output,1,零,trimf,-5 0 5);fisMat=addmf(fisMat,output,1,正,trimf,0 5

10、 10);rulelist=1 2 3 1 1;2 2 1 1 1;0 1 2 1 0;fisMat=addrule(fisMat,rulelist);gensurf(fisMat);in=5 1.5;11 2;out=evalfis(in,fisMat) /生成模糊推理系统的输出曲面并显示函数13二、利用模糊逻辑工具箱建立模糊推理系统执行结果：out = 2.5000 3.3921 由以上结果可知，当温度和压力分别为5和1.5时，阀门开启角度的增量为2.5；温度和压力分别为11和2时，角度的增量为3.3921。 01020300123-505温 度压 力增量14语言变量的隶属度的函数函 数

11、名功 能plotmf( )绘制隶属度函数曲线addmf( )添加模糊语言变量的隶属度函数rmmf( )删除隶属度函数gaussmf( )建立高斯型隶属度函数gauss2mf( )建立双边高斯型隶属度函数gbellmf( )建立一般的钟型隶属度函数pimf( )建立型隶属度函数sigmf( )建立sigmiod型的隶属度函数trapmf( )建立梯形隶属度函数trimf( )建立三角型隶属度函数zmf( )建立Z型隶属度函数mf2mf( )隶属度函数间的参数转换psigmf( )计算两个sigmiod隶属度函数之积dsigmf( )计算两个sigmiod隶属度函数之和15三、 MATLAB模糊逻

12、辑工具箱的图形用户界面模糊逻辑工具箱的图形用户界面前面介绍了模糊逻辑工具箱中有关构造模糊推理系统的函数，这些函数都是直接在MATLAB命令行窗口执行并显示结果的。为了进一步方便用户，模糊逻辑工具箱供了一套用于构造模糊推理系统的图形用户界面，它具有以下五大功能。基本模糊推理系统编辑器基本模糊推理系统编辑器(Fuzzy）隶属度函数编辑器（隶属度函数编辑器（Mfedit）模糊规则编辑器（模糊规则编辑器（Ruleedit）模糊规则浏览器（模糊规则浏览器（Ruleview）模糊推理输入输出曲面视图（模糊推理输入输出曲面视图（Surfview） 16三、 MATLAB模糊逻辑工具箱的图形用户界面模糊逻辑工

13、具箱的图形用户界面例7-2 利用MATLAB模糊逻辑工具箱的图形用户界面：模糊推理系统编辑器(FIS Editor)，重新求解例7-1中的问题。解解 (1) 在MATLAB窗口左下角的“Start”菜单选项中，用鼠标双击模糊逻辑系统 (Fuzzy Logic)工具箱中的FIS Editor Viewer项，打开模糊推理系统编辑器(FIS Editor)。(2) 利用模糊推理系统编辑器(FIS Editor)图5-18窗口中的“EditAdd Variable Input”菜单命令，添加一个输入语言变量，并将两个输入语言和一个输出语言变量的名称（Name）分别定义为：温度、压力和阀增量。如图5-

14、23所示。17三、 MATLAB模糊逻辑工具箱的图形用户界面模糊逻辑工具箱的图形用户界面例7-2 利用MATLAB模糊逻辑工具箱的图形用户界面：模糊推理系统编辑器(FIS Editor)，重新求解例7-1中的问题。解解 (1) 在MATLAB窗口左下角的“Start”菜单选项中，用鼠标双击模糊逻辑系统 (Fuzzy Logic)工具箱中的FIS Editor Viewer项，打开模糊推理系统编辑器(FIS Editor)。(2) 利用模糊推理系统编辑器(FIS Editor)图5-18窗口中的“EditAdd Variable Input”菜单命令，添加一个输入语言变量，并将两个输入语言和一个

15、输出语言变量的名称（Name）分别定义为：温度、压力和阀增量。如图5-23所示。18四、基于基于Simulink的模糊逻辑的系统模块的模糊逻辑的系统模块MATLAB的模糊逻辑工具箱提供了与Simulink的无缝连接功能。在模糊逻辑工具箱中建立了模糊推理系统后，可以立即在Simulink仿真环境中对其进行仿真分析。在Simulink中有相应的模糊逻辑控制器方块图（Fuzzy Logic Block），将该方块图拷贝到用户建立的 Simulink仿真模型中，并使模糊逻辑控制器方块图的模糊推理矩阵名称与用户在MATLAB工作空间（Workspace）建立的模糊推理系统名称相同，即可完成将模糊推理系统

16、与Sinmlink的连接。19四、基于基于Simulink的模糊逻辑的系统模块的模糊逻辑的系统模块Simulink的模糊逻辑控制器方块图是一个建立在S函数sffis.mex基础上的屏蔽方块图。该函数的推理算法与模糊逻辑工具箱的evalfis( )函数相同，但进行了针对Sinlulink仿真应用的优化。在 Simulink库浏览窗口的Fuzzy Logic Toolbox节点上，通过单击鼠标右键后，便可打开如下图所示的Fuzzy Logic Toolbox窗口。 20四、基于基于Simulink的模糊逻辑的系统模块的模糊逻辑的系统模块在Fuzzy Logic Toolbox模块库中包含了以下三种

17、模块。* 模糊逻辑控制器(Fuzzy Logic Controller); *带有规则浏览器的模糊逻辑控制器 (Fuzzy Logic Controller with Ruleviewer); * 隶属度函数模块库(Membership Functions)。21四、基于基于Simulink的模糊逻辑的系统模块的模糊逻辑的系统模块用鼠标双击隶属度函数模块库(Membership Functions)的图标便可打开如下图所示的隶属度函数模块库，它包含了多种隶属度函数模块。22四、基于基于Simulink的模糊逻辑的系统模块的模糊逻辑的系统模块例例7-3 一个水位控制系统的Simulink仿真模型

18、如下图所示。23四、基于基于Simulink的模糊逻辑的系统模块的模糊逻辑的系统模块采用如下的简单模糊控制规则：l）If（水位误差小）then（阀门大小不变）（l）2）If（水位低）then（阀门迅速打开）（1）3）If（水位高）then（阀门迅速关闭）（l）4) If（水位误差小且变化率为正）then （阀门缓慢关闭）（1）5) If（水位误差小且变化率为负）then （阀门缓慢打开）（1） 24四、基于基于Simulink的模糊逻辑的系统模块的模糊逻辑的系统模块解解 1) 在MATLAB命令窗口中输入：sltank，便可打开如图5-29所示的模型窗口。2) 在MATLAB的launch pad窗口中，用鼠标双击模糊