温度系统模糊控制器仿真设计 附录3

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1、附录3：外文资料翻译运用MATLAB进行水位仿真设计1MATLAB在模糊控制仿真中的应用模糊控制通过模糊逻辑和近似推理方法，让计算机把人的经验形式化、模型化，根据所取得的语言控制规则进行模糊推理，给出模糊输出判决，并将其转化为精确量．作为反馈送到被控对象(或过程)的控制作用。经过多年的实践，模糊控制器已逐渐形成了一种规范形式。模糊控制表是模糊控制算法在计算机中的表达方式，它是根据系统的输人输出个数、隶属函数及控制规则等决定的。目的是把人工操作控制过程表达成计算机能够接受，并便于计算的形式。模糊控制规则一般具有如下形式：If{E=AiandC=Ci

2、}thenU=Ci，i=1，2，3……，n其中E、C和U分别为误差e、误差变化c和控制量u的语言变量，而Ai、Bi、Ci为其相应论域上的语言值(如NB，NM，NS，ZO．PS，PM等)。首先我先介绍下典型的模糊控制器的设计流程。（1）系统分析　对受控的工业对象进行系统分析，确定控制器的输入变量x1、x2 与输出变量y及它们的数值变化范围和要求达到的控制精度等，根据实际过程的需要建立物理模型，确定控制器结构总体设计方案。（2）模糊化方法的选择与确定所谓模糊化，就是把输入变量数值，变换成模糊语言变量的语言值，在实际控制过程中，经常把一个物理量划分成正

3、大（PL）、正中（PM）、正小（PS）、零（ZE）、负小（NS）、负中（NM）、负大（NL）七级语言变量。每一个语言值对应一个模糊子集，其隶属函数通常选用三角形或梯形分布。由隶属函数图可确定输入数值相应的隶属度。（3）模糊控制规则库的建立　确定语言控制规则是模糊控制器设计的核心工作，规则的形式很像计算机程序设计语言常用的“IF……THEN……”条件语句。控制规则的多少视输人及输出物理量数目及所需的控制精度而定。值得注意的是，规则的数目是以语言变量级数平方关系变化而迅速增加，规则越多，推理的质量就会越下降。因此，在规则库的设计时，需要确定合适的语言

4、变量级数和控制规则的数目及建立正确的规则形式。推理规则的运算涉及到模糊算子的确定。常用的推理运算方法为最大—最小（MAX－MIN）和最大-乘积（MAX－PROD）这两种算子。（4）输出数值的去模糊处理所谓去模糊处理，就是将输出的语言模糊量，回复到精确的数值，也就是将输出的模糊子集的隶属度计算出确定的数值过程。去模糊处理有各种方法，其中最简单、最常用的有最大隶属度法与面积重心法。（5）试验修正为验证设计理论与方法的有效性与可靠性，所设计的模糊控制器需进行严格的试验检验和修正调整，可以在线进行适时测量，也可离线进行仿真试验或计算机仿真，以检验所设计的

5、控制器是否达到预定的控制目标。如果没有达到要求，就要重新进行精心的设计。2MATLAB自带的tank模糊控制器模块sltank仿真介绍本次设计是基于MATLAB7.1版本的sltank示例进行的仿真设计。Sltank中模糊控制器模块是tank，其主界面如下：图1tank主界面其中level是水位误差（希望水位减去实际水位），rate是水位变化率，它的输出valve是阀开关的比率，以上各隶属度函数编辑器界面和曲面观察器界面如下：图2level水位误差图3rate是水位变化率图4valve阀开关的比率图5tank曲面观察器界面为此系统设计的初步的模糊

6、控制规则如下：·1.If(levelisokay)then(valveisno_change)(1)·2.If(levelislow)then(valveisopen_fast)(1)·3.If(levelishigh)then(valveisclose_fast)(1)模糊控制器工具箱的最大的优点之一是能够将模糊控制器模块放入Simulink中并在仿真环境下进行测试。其Simulink方框图如图6所示，包含了一个模糊控制器块（FuzzyLogicController）。图6sltank的Simulink仿真方框图同时，文件tank.fis装入F

7、IS结构tank和workspace中。为了结合rate水位变化率，增加了如下的两条规则，其作用是当水位接近希望的水位时降低阀开关的变化频率：·4.If(levelisokay)and(rateispositive)then(valveisclose_slow)(1)·5.If(levelisokay)and(rateisnegative)then(valveisopen_slow)(1)演示的sltank是用这五条规则建立起来的。其规则编辑器界面如下：图7tank规则编辑器界面选取水位误差level,水位误差变化率rate和控制量valve的论

8、域分别为:level={-3,-2,-1,0,1,2,3};rate={-2,-1,0,1,2};valve={-3,-2,-1,0,1