摘 要： 介紹了用MATLAB5.1模糊邏輯工具箱設計模糊控制器" 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" title="模糊控制器">模糊控制器" 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關鍵詞： MATLAB軟件 模糊控制? 計算機仿真
1964年美國的L.A.Zadeh教授創(chuàng)立了模糊集合理論，1974年英國的E.H.Mamdani研制出第一個模糊控制器。模糊控制不需要了解對象的精確數(shù)學模型，根據(jù)專家知識進行控制，近十年來得到了廣泛的應用。
模糊控制器的設計參數(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)設計者的經(jīng)驗和反復調試才能設計出一個比較好的模糊控制器。預先采用計算機仿真方法可盡快了解模糊控制的特性，可縮短設計周期。
二維模糊控制器應用較為廣泛。偏差和偏差變化作為模糊控制器的兩個輸入量。先對它們進行模糊量化處理，得到模糊變量E和EC，按模糊控制規(guī)則進行模糊決策得到模糊控制量U，再經(jīng)過解模糊和比例變換得到實際控制量輸出。如圖1。
MATLAB軟件提供自動控制、信號處理、神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊邏輯、小波分析、圖象處理等諸多工具箱，功能強大應用廣泛。本文介紹用MATLAB5.1的模糊邏輯工具箱(Fuzzy Logic)設計模糊控制器，并用MATLAB的SIMULINK進行仿真的方法。
1 用MATLAB模糊邏輯工具箱設計模糊控制器
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)則是對專家的理論知識與實踐經(jīng)驗的總結。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)。
如此設計的模糊控制器的輸出與輸入的關系曲面圖如圖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)的調整
MATLAB提供的SIMULINK是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、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包含多個子模型庫，每個子模型庫中又包含多個功能模塊。利用鼠標可直觀地“畫”出系統(tǒng)模型，然后直接進行仿真。仿真時可選擇各種數(shù)值算法、仿真步長等重要參數(shù)，并可用模擬示波器將仿真動態(tài)結果予以顯示，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象組成的采樣控制系統(tǒng)的仿真結構圖。
如果仿真的控制效果不滿意，一般首先調整比例變換因子ke、kec及ku,再調整模糊控制規(guī)則和隸屬度函數(shù)。
3 仿真結果
被控對象為G(s)＝e－20s/(100s+1)，采樣周期5s。通過仿真可看出一般的模糊控制器相當于非線性的PD控制，無積分作用，有靜差；在比例變換因子中ku對系統(tǒng)穩(wěn)定性影響最大，過大時系統(tǒng)失穩(wěn)。圖5為系統(tǒng)階躍輸入下被控對象的輸出響應曲線。
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ku應很小，否則會使系統(tǒng)不穩(wěn)定。圖6為輸出的響應曲線及控制量變化曲線。
計算機仿真試驗對實際控制有重要指導意義。由上述模糊控制器的設計和仿真過程可看出MATLAB的模糊邏輯工具箱及SIMULINK有如下特點：
·可靈活地設計模糊控制器。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；
·可直接計算出模糊控制表，供單片機進行實際控制時使用。而人工計算此表非常繁瑣；
·在SIMULINK環(huán)境下，可組成更復雜的控制系統(tǒng)。如對象為時變、非線性，控制器為模糊與PID的混合形式。
參考文獻
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