matlab在模糊控制系统设计与仿真中的应用new

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1、万方数据第1期刘航等：MAⅡ．AB在模糊控制系统设计与仿真中的应用．57MATLAB在模糊控制系统设计与仿真中的应用刘航，徐杜(汕头大学工学院机电工程系，广东汕头515063)摘要：在简要介绍MA丁1舳软件的基础上，结合其模糊逻辑工具粕，重点分析了M加啪在模糊控制系统设计与仿真中的应用．通过具体实例表明，MAl啪厦其模糊逻辑工具箱是进行模糊控制系统设计与仿真的有力工具．最后还介绍了利用s函数创建sⅡ肌嗍户模块的几种方法．关键词：MAllAB；模糊控制；sⅡ肌帐动态仿真中图分类号：1髓73+．4文献标识码：A文章编号：100l-3695(200l埘

2、·0057．031引言2模糊逻辑工具箱功能简介随着控制理论及系统研究的迅速发展．对控制效果要求越来越高，控制算法也越来越复杂，因而控制系统的设计也愈加困难。控制系统计算机辅助设计(C叩删ne卜^jdedC0ⅡhDlSys衄LD嘶髓，摘称为cAcsD)技术正是在这样的背景和要求下产生的。近几十年来，cAcsD技术取得了长足发展，并出现了许多优秀的计算机辅助设计语言和应用软件⋯。目前．M加啪是国际最流行的控制系统计算机辅助设计语言和软件工具。M衄LAB将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线型动态系统的建摸和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的

3、视窗环境中．为科学研究、工程设计及众多学科领域提供了一种简捷、高效的编程工具．同时，M加L也是一个开放的系统，针对不同的学科，推出了不同的工具箱，从而大大扩展了其应用范围。目前，已推出的工具箱涉及学科从控制系统设计、系统辨识、模糊控制到信号处理等，非常丰富。模糊控制是基于规则的一种智能控制方式，它不依赖于被控对象的精确数学模型，特别适宜对具有多输入一多输出的强耦台性、参数的时变性和严重的非线性与不确定性的复杂系统或过程的控制．且控制方法简单．实际效果好，近年来在各个工程领域得到了广泛应用【21．模糊控制器的设计可以通过专用的模糊逻辑开发工具，如美

4、国国家半导体公司的NellfIlz4，德国hfh皿公司的F位zvⅡ℃m．0等，但这些系统价格不菲。如果通过自行编程完成模糊控制器的设计，则开发时间长，效率低且通用性差。而利用MAlLAB软件．结合其模糊逻辑工具箱可以方便、快速地实现模糊控制器的设计与仿真。收稿日期：2000-03．17以下介绍的M加乙AB及其模糊逻辑工具箱，具体是指M蛆LAB5．2版本及其所带的F【JzzYu瑚cH)0LB0磁0，其它版本(如MAll舳5．1．53，可能会稍有不同13】。该模糊逻辑工具箱提供了两种方式来建立模糊逻辑控制系统，即命令行方式和用户图形界面方式。两种方式

5、都可以完成同样的功能，但后一种方式更加直观和方便，因而比较常用．车文将重点介绍图形界面方式。在用户图形界面方式下．模朝逻辑工具箱提供了五个基本的交互式图形界面来设计和完成模糊逻辑控制系统，它们分别为：(1)模糊推理系统编辑器该编辑器用于设计和显示模糊推理系统的一些基车信息与参数，如推理系统的名称，输入、输出变量的个数与名称，模糊推理系统的类型．解模糊方法等。其中．模糊推理系统可以采用M哪d蛐i或sug吼。两种类型，解模糊方法有最大隶属度法、中位数法、加权平均法等几种。(2)隶属函数编辑器该编辑器提供了一个友好的人机图形交互环境，用来设计和修改模糊

6、推理系统中各语言变量对应的束属函数的相关参数．如隶属函数的形状、范围，以及论域大小等．系统提供的束属函数有三角形、梯形、高斯形、钟形等多种，也可由用户自行定义。(3)规则编辑器通过该编辑器来设计和修改“If：．．‰”形式的模糊控制规则。由该编辑嚣进行模糊控制规则的设计非常方便．它将输入量的各语言变量自动匹配．而设计者只需通过交互式的图形环境选择相应的输出语言变量，这就大大简化了规则的设计和修改．另外，还可为每条规则选择权重，以便进行规则的优化。(4)规则查看器万方数据58计算机应用研究2001年规贝Ⅱ查看器用于显示各条模糊控制规则对应的输入量和输

7、出量的隶属函数。通过指定输入量．可虬直观地显示所采用的控制规则，以及通过模糊推理得到相应输出量的过程，咀便对模糊规则进行修改和优化．(5)表面查看器该查看器用于显示输入、输出量对应的表面空间，并可改变各轴对应的变量及观察的视角，便于用户对设计的模糊推理系统进行修改和优化。另外．对于sIIg吼。型的模糊推理系统．还可以利用ANHs(Adap6veNetwork-Fll踞ym向℃nces”teIⅡ)编辑墨．进行自适应神经模糊推理系统的设计和仿真。以上这些图形界面工具所完成的功能，也可以通过命令行形式完成，如用addInf命令添加隶属函数，eval丘s

8、命令可以进行模棚推理运算，日e玎目lrf命令用于显示输出表面空间等。具体请参见文献f3]．3一个模糊控制器设计和仿真的例子一个典型模糊控