摘 要： 介紹了用MATLAB5.1模糊邏輯工具箱設(shè)計(jì)模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" 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關(guān)鍵詞： MATLAB軟件 模糊控制? 計(jì)算機(jī)仿真
1964年美國(guó)的L.A.Zadeh教授創(chuàng)立了模糊集合理論，1974年英國(guó)的E.H.Mamdani研制出第一個(gè)模糊控制器。模糊控制不需要了解對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，根據(jù)專家知識(shí)進(jìn)行控制，近十年來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用。
模糊控制器的設(shè)計(jì)參數(shù)主要有：各輸入、輸出變量模糊子集的隸屬度函數(shù)，模糊控制規(guī)則，輸入輸出變量的比例變換因子等。要依據(jù)設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和反復(fù)調(diào)試才能設(shè)計(jì)出一個(gè)比較好的模糊控制器。預(yù)先采用計(jì)算機(jī)仿真方法可盡快了解模糊控制的特性，可縮短設(shè)計(jì)周期。
二維模糊控制器應(yīng)用較為廣泛。偏差和偏差變化作為模糊控制器的兩個(gè)輸入量。先對(duì)它們進(jìn)行模糊量化處理，得到模糊變量E和EC，按模糊控制規(guī)則進(jìn)行模糊決策得到模糊控制量U，再經(jīng)過(guò)解模糊和比例變換得到實(shí)際控制量輸出。如圖1。
MATLAB軟件提供自動(dòng)控制、信號(hào)處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、小波分析、圖象處理等諸多工具箱，功能強(qiáng)大應(yīng)用廣泛。本文介紹用MATLAB5.1的模糊邏輯工具箱(Fuzzy Logic)設(shè)計(jì)模糊控制器，并用MATLAB的SIMULINK進(jìn)行仿真的方法。
1 用MATLAB模糊邏輯工具箱設(shè)計(jì)模糊控制器
1.1 隸屬度函數(shù)的建立
若取E、EC、U的論域均為{－6，－5，－4，－3，－2，－1，0，1，2，3，4，5，6}，其模糊子集都為{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}。共有49條模糊控制規(guī)則。
在MATLAB中鍵入命令FUZZY，進(jìn)入模糊邏輯編輯窗口FIS Editor。建立E、EC、U的隸屬度函數(shù)，有三角形、高斯形、梯形等11種可供選擇，在此選常用的三角形(trimf)隸屬度函數(shù)。圖2為E的隸屬度函數(shù)。
1.2 模糊控制規(guī)則及決策方法
控制規(guī)則是對(duì)專家的理論知識(shí)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。共有49條規(guī)則，如表1所示。
在Rules Editor窗口中輸入這49條控制規(guī)則。例如：
if E is NB and EC is PS then U is PM
模糊決策一般采用Mamdani＇s(min－max)決策法。解模糊有重心法、等分法、最大隸屬度平均法等5種可供選擇，在此采用重心法(centroid)。
如此設(shè)計(jì)的模糊控制器的輸出與輸入的關(guān)系曲面圖如圖3所示。顯然模糊控制是一種非線性控制。
2 SIMULINK仿真及參數(shù)的調(diào)整
MATLAB提供的SIMULINK是一個(gè)用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包，它支持連續(xù)、離散及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)。SIMULINK包含多個(gè)子模型庫(kù)，每個(gè)子模型庫(kù)中又包含多個(gè)功能模塊。利用鼠標(biāo)可直觀地“畫(huà)”出系統(tǒng)模型，然后直接進(jìn)行仿真。仿真時(shí)可選擇各種數(shù)值算法、仿真步長(zhǎng)等重要參數(shù)，并可用模擬示波器將仿真動(dòng)態(tài)結(jié)果予以顯示，直觀高效。
圖4為在SIMULINK環(huán)境下，模糊控制器與一階滯后被控對(duì)象組成的采樣控制系統(tǒng)的仿真結(jié)構(gòu)圖。
如果仿真的控制效果不滿意，一般首先調(diào)整比例變換因子ke、kec及ku,再調(diào)整模糊控制規(guī)則和隸屬度函數(shù)。
3 仿真結(jié)果
被控對(duì)象為G(s)＝e－20s/(100s+1)，采樣周期5s。通過(guò)仿真可看出一般的模糊控制器相當(dāng)于非線性的PD控制，無(wú)積分作用，有靜差；在比例變換因子中ku對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性影響最大，過(guò)大時(shí)系統(tǒng)失穩(wěn)。圖5為系統(tǒng)階躍輸入下被控對(duì)象的輸出響應(yīng)曲線。
如把模糊控制器的輸出作為控制量的增量輸出，就可消除靜差，但這時(shí)ku應(yīng)很小，否則會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定。圖6為輸出的響應(yīng)曲線及控制量變化曲線。
計(jì)算機(jī)仿真試驗(yàn)對(duì)實(shí)際控制有重要指導(dǎo)意義。由上述模糊控制器的設(shè)計(jì)和仿真過(guò)程可看出MATLAB的模糊邏輯工具箱及SIMULINK有如下特點(diǎn)：
·可靈活地設(shè)計(jì)模糊控制器。在模糊邏輯工具箱中能方便地修改輸入輸出的論域、模糊子集、隸屬度函數(shù)、模糊控制規(guī)則、模糊決策方法及解模糊方案，然后仿真找到較佳的控制方案；
·可直接計(jì)算出模糊控制表，供單片機(jī)進(jìn)行實(shí)際控制時(shí)使用。而人工計(jì)算此表非常繁瑣；
·在SIMULINK環(huán)境下，可組成更復(fù)雜的控制系統(tǒng)。如對(duì)象為時(shí)變、非線性，控制器為模糊與PID的混合形式。
參考文獻(xiàn)
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