模糊控制系统的设计与仿真

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1、4.5MATLAB辅助模糊系统设计4.5.1MATLAB仿真环境4.5.2模糊控制系统仿真4.5.1MATLAB仿真环境4.5.2.1MATLAB仿真环境的建立在MATLAB命令窗口键入命令Simulink或直接点击工具栏上的Simulink图标，可以打开Simulink模块库，如图所示。图5.8MATLAB主界面图5.9Simulink模块库在Simulink模块库环境里通过选择菜单File→New→Model，或直接点击工具栏上的相应图标可以创建一个新的模型。在图5.10所示的仿真模型编辑主窗口中，利用各种模块库将系统“画”出来，即搭建起来。例如，在图5.9中的模块查看区域内选中一个模

2、块，拖到图5.10中，可以看到这个模块出现在仿真环境仿真模型编辑主窗口中，如图5.10所示。图5.10仿真模型编辑主窗口4.5.2.2建立仿真系统1.Simulink基本模块库简介图5.11所示为Simulink基本模块库。Simulink基本模块库包含十几个子模块库，例如CommonlyUsedBlocks(通用模块子库)、Continuous(连续环节)、Discontinuities(不连续环节)、Discrete(离散环节)、LogicandBitOperations(逻辑和位运算库)、LookupTables(查表)、MathOperations(数学运算库)、Sinks(输出方式

3、)、Sources(输入源)。Simulink基本模块库包含的是最基本的仿真模块，是MATLAB仿真建模的基础。每一个模块在使用时都需要设定一些相关参数，一般可以在模型编辑窗口双击该模块，然后在相应的弹出对话框里来设定这些参数。用右键单击模块图标，还可以在弹出的菜单里选择相关操作。2.SimulinkExtras扩展模块库SimulinkExtras扩展模块库是Simulink中模块的扩展，提供了一些更方便的功能模块，但它基本上是在Simulink模块上做了一些封装、集成以及初始化的工作，见图5.18。例如，SmulinkExtras中的PID模块是由Simulink中的6个模块(比例、积分

4、、微分、求和、输入、输出)组合而成的，见图5.19。图5.18SimulinkExtras扩展模块库图5.19PID模块封装实现示意图3.FuzzyLogicToolbox模糊逻辑模块库FuzzyLogicToolbox模糊逻辑模块库是一个专门用于模糊逻辑推理的仿真模块集合，经过封装的模糊逻辑仿真模块使用很方便。在Simulink的模糊逻辑模块库中，最常用的模块是FuzzyLogicController，将该模块拷贝到用户所建立的Simulink仿真模块中，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，即可完成模糊推理

5、系统与Simulink的连接。在MATLAB命令窗口中，单击Simulink图标，显示出模块库，再单击File→New→Model，建立起自己的模糊推理系统仿真编辑图形化窗口；单击FuzzyLogicToolbox模块库，用鼠标将FuzzyLogicController拖入到模糊推理仿真系统编辑窗口，见图5.20。　　双击图5.20中模块的名称FuzzyLogicController，将其改为新的名称，如fzy1，如图5.21所示。图5.20模糊推理系统仿真系统编辑窗口图5.21设定模糊逻辑控制器的名称将在模糊推理系统仿真界面中建立的模糊推理系统fzy1打开。操作步骤如下：在MATLAB命

6、令窗口中输入命令fuzzy→Enter，出现FISEdit编辑器画面，单击File→Import→FromDisk，打开5.1节所建立的模糊推理系统fzy1.fis；接着单击File→Export→ToWorkspace，打开如图5.22所示的界面。　　在图5.22中，在Workspacevariable栏内填入fzy1，单击OK按钮。这样就将模糊推理系统FIS所构建的参数传递给模糊推理系统仿真编辑图形化窗口中名称为fzy1的FuzzyLogicController。图5.22FuzzyLogicController参数传递4.5.3模糊控制系统仿真通过一个仿真实例构建一个模糊控制器，建立

7、模糊控制系统的模型系统。一个工程控制问题：假定一个水箱有一个进水口和一个出水口，可以通过控制进水口阀门来控制流入水箱的水量(即水箱的水位高度)。u为可控进水阀的控制量；q1为水箱进水量；q2为水箱的流出水量；h为水位高度。水箱流出水量q2取决于出水管道的半径(为定值)、出水阀的开度，同时与水箱水位h有关。水箱水位高度h与进水阀控制量u之间的传递函数为惯性环节，即(5.1)式中，K为比例系数；T为水箱的时间常