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1、第21卷 第3期计 算 机 仿 真2004年3月 文章编号:1006-9348(2004)03-0041-04基于MATLAB的两种模糊控制系统的仿真方法曹志国,廉小亲(北京工商大学信息工程学院,北京100037)摘要:该文论述了针对同一个典型二阶环节,用MATLAB语言编程的方法以及通过Simulink可视化工具平台建模的方法分别设计模糊控制系统的全过程。所设计出的模糊控制系统具有相同的输入、输出、隶属度函数以及模糊推理规则,并且在对两个系统设置相同的仿真参数的情况下对模糊控制系统进行仿真。从而对两种MATLAB仿真方法的设计过程以及仿真结果进行了
2、比较,体现了两种设计与仿真方法各自的特点,通过比较,显现了通过Simulink可视化工具平台进行建模与仿真时的简捷、直观而且迅速等优点。关键词:编程;可视化建模;模糊控制系统;仿真中图分类号:TP273文献标识码:B1 引言模糊控制系统设计的关键在于模糊控制器的设计。模控制系统计算机仿真是应用现代科学手段对控制系统糊控制器的设计主要有三个部分:进行科学研究的十分重要的手段之一。目前,近乎所有的高1)输入量的模糊化品质的控制都离不开系统仿真研究。利用仿真工具对控制所谓模糊化(Fuzzification)就是先将某个输入测量量的测系统进行设计与仿真,可以有
3、效地对比各种控制模型与方量值作标准化处理,把该输入测量量的变化范围映射到相应案,选取并优化相关控制参数,从而对整个控制系统的性能论域中,再将论域中的各输入数据以相应的模糊语言值的形进行优化与提高,尤其是对于一些新型控制理论与算法的研式表示,并构成模糊集合。这样就把输入的测量量转换为用究,进行系统仿真更是必不可少的。隶属度函数表示的某一模糊语言变量。MATLAB是一套强有力的计算机应用软件,它可以有效2)模糊逻辑推理地用于诸多控制系统的计算机仿真。该软件自1984年推向根据事先已定制好的一组模糊条件语句构成模糊规则市场以来,经过近二十年来的不断发展与更新
4、,现已成为国库,运用模糊数学理论对模糊控制规则进行推理计算,从而际公认的一门优秀的科技应用软件,加上在其发展的过程根据模糊控制规则对输入的一系列条件进行综合评估,以得中,不断溶入众多领域的一些专业性理论知识,从而出现了到一个定性的用语言表示的量,即模糊输出量。完成这部分功能强大的MATLAB配套工具箱,如模糊逻辑工具箱(Fuzzy功能的过程就是模糊逻辑推理过程。LogicToolbox)、神经网络工具箱(NeuralNetworkToolbox),以及3)反模糊化过程图形化的系统模型设计与仿真环境(Simulink)。尤其是反模糊化(Defuzzifi
5、cation)有时又叫模糊判决。就是将模Simulink工具平台的出现,使得控制系统的设计与仿真变得糊输出量转化为能够直接控制执行部件的精确输出量的过相当容易和直观。本论文的创作前提便是在MATLAB的环程。境下,针对某个控制对象环节,分别利用MATLAB语言编程常规模糊控制器如图1所示。以及直接利用Simulink图形化工具平台的设计与仿真方法,采用模糊控制系统进行设计与仿真,从而说明MATLAB在模糊控制设计与仿真中的应用。2 基于MATLAB对模糊控制系统进行设计与仿真图1 常规模糊控制器示意图的两种方法而模糊控制器的核心部分又在于模糊推理系统(
6、FIS)的建立,常见的二维输入、一维输出的模糊控制器的模糊推理收稿日期:2003-07-17—41—©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net系统可用图2所示的结构框图表示。表1 模糊推理规则表(U)2.1 问题的提出EDE许多工业控制对象都可以等效为二阶环节。试设计典NBNSZRPSPB型二阶环节NBPBPBPSPSZR20NSPBPSPSZRZRH(S)=21.6s+4.4s+1ZRPSPSZRZRNS的模
7、糊控制器,当系统的输入为单位阶跃信号时,系统输出PSPSZRZRNSNS能尽快跟随系统输入。其模糊控制器系统结构图如图3所PBZRZRNSNSNB示。2.4 用MATLAB语言编程的方法实现模糊控制系统的设计与仿真2.4.1 建立模糊推理系统(FIS)要想设计整个模糊控制系统,首先需要建立模糊推理系统,这也是建模的主要工作。采用MATLAB语言编程的方法建立模糊推理系统的过程如下所述。1)建立新的FIS结构图2FIS结构框图设所建的FIS结构为FC.fis,则命令行为:FC=newfis(’FC’);这时便建立了一个新的名叫FC的mamdani型系统。
8、此时它的输入、输出及规则都还没有定义。2)添加输入输出变量图3 典型二阶环节模糊控制器系统结构
