实验4 Mamdani型模糊推理系统的设计与仿真

实验四 Mamdani 型模糊推理系统的设计与仿真

一、 目的和要求 1. 目的

(1) 通过本次综合设计，进一步了解模糊控制的基本原理、模糊模型的建立和模

糊控制器的设计过程。 (2) 提高控制系统的仿真能力

(3) 熟悉MATLAB 在模糊控制系统仿真中的应用。 2. 要求

(1) 充分理解实验内容，并独立完成实验报告。

(2) 实验报告要求：实验题目、实验具体内容及实验功能、结果分析、收获或不

足、程序清单。 二、 实验内容

完成对给定的对象的模糊控制仿真：

(1)自选控制对象，比如传递函数()s

s Ke s G ts +=-2

067.0。 (2)确定模糊控制论域和参数。

(3)在MATLAB 中输入fuzzy( )，设计模糊控制隶属度函数和控制规则。 (4)运行SIMULINK 仿真程序，绘制仿真图。 (5)运行仿真，记录实验数据和控制曲线。 (6)并分析结果。

三、 实验步骤

1）确定模糊规则

误差E 、误差变化EC 及控制量U 的模糊集定义如下：

EC 和U 的模糊集均为：{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB } E 的模糊集为：{NB,NM,NS,NO,PO,PS,PM,PB } 确定模糊控制规则：一般如表2所示：

表2 模糊控制规则表

2）设计模糊逻辑控制器

模糊逻辑控制系统的参数对控制性能影响很大，因此参数设置是实验的重点内容，具体步骤如下：

a.打开Matlab的FIS编辑器（双击Fuzzy logic toolbox下的FIS Editor

Viewer），确定模糊推理输入变量和输出变量的个数、名字。

b.打开隶属函数编辑器，选定变量的论域和显示范围，选择隶属函数的形

状和参数。

c. 打开模糊规则编辑器，编辑模糊规则。

d. 重新回到FIS编辑器界面，选择模糊算子，推理方法，聚类方法，解模糊的方法等（centroid，bisector，middle of maximum，largest of maximum，smallest of maximum）。

e. 用模糊规则观察器或输出曲面观察器，观看模糊推理情况。

f. 将建立的FIS保存到磁盘，文件名后缀为.fis。

g. 进行模糊控制仿真时，首先要将FIS发送到Matlab工作空间（workspace）中，用FIS窗口下File/Export/to workspace实现，用户建立一个工作空间变量名（例如fuzzycontrol），这个变量将FIS系统作为Matlab的一个结构进行工作。仿真时，打开fuzzy logic controller ,输入FIS变量名，就可以进行

仿真了。

3）建立SIMULINK仿真模型

在MATLAB的simulink仿真环境中建立模糊控制系统的方框图。如图1所示。其中有信号发生器，比较器，放大器（Gain），零阶保持器，多路混合器（Mux），模糊逻辑控制器(FIS)(在Simulink Library Browser/Fuzzy Logic Toolbox下添加)，控制对象，示波器（scope）。

图1 在线推理方式模糊控制仿真模型

4）调整Ke，Kec ，Ku的值的大小(二阶系统模糊控制参考数据是100, 1, -150)，得到系统适合的输出曲线直到符合要求（如误差小于1％或者超调量小于5％）为止，观察输出曲线。

四、实验结果

五、总结