第4章模糊控制的matlab实现

2. fuzzy
功能：调用基本的FIS编辑器。 格式： fuzzy fuzzy(fismat) 说明：FIS编辑器可让用户方便地创建或修改FIS(模 糊推理系统)的高级特性。
3. mfedit 功能：隶属度函数编辑器 格式： mfedit (‘a’) mfedit (a) mfedit 说明： mfedit (‘a’)可打开隶属度函数编辑器，其中 包含文件a.fis的隶属度函数，通过编辑器可对其进行 修改。 mfedit (a)可打开保存在工作空间变量a中的FIS 结构。 mfedit可打开隶属度函数编辑器。
4.2.1 利用GUI建立FIS 1. 进入FIS编辑器 在Matlab的Command Window窗口的提示下，键 入fuzzy可打开FIS编辑器，默认的文件名是Untitle， 默认的系统是Mamdani型。 由于本例有２个输入变量，因此需要添加１个输 入变量，然后给输入、输出变量命名，再保存系统。 本例创建的系统命名为WatLevControl。
2. sigmf 功能：Sigmoid型隶属度函数 格式：y=sigmf(x,[a c]) 说明：Sigmoid型函数由参数a和c确定：
f x, a, c 1 1 e a x c
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例： x = 0:0.1:10; y = sigmf(x,[2 4]); plot(x,y); text(0.2,0.88,’sigmf’); text(0.2,0.78,’P = [2 4]’);
取水位误差e和误差变化率ec作为模糊控制器的 输入变量。其中：e=r-y(误差＝设定值－测量值)。 选取误差e的论域范围：[-1¸+1]，３个语言变量值 为：negative、zero、positive，它们的隶属度函数 均取gaussmf；水位变化率ec的论域也为：[0.1¸+0.1]，３个语言变量值为：negative、zero、 positive，它们的隶属度函数均取gaussmf；确定输 出变量数为１个，名为u，其论域为[-1¸+1]，５个 语言变量值为close-fast、close-slow、no-chang、 open-slow、open-fast，隶属度函数选为trimf。
3. 进入规则编辑器
进入方法： (1)在FIS编辑器中双击规则处理图框 (2)通过菜单Edit→Rules… (3)在Matlab的Command Window窗口的提示下， 键入ruleedit。
4. 查看规则观测器
目的：查看模糊规则的推理情况。 可以方便地观察规则情况以及调整不同的输入时 所对应的输出的情况。 打开规则观测器的方法：通过菜单View→Rule 5. 查看曲面观测器 目的：查看模糊规则的曲面输出情况。 打开曲面观测器的方法：通过菜单View→Surface
例：
a=newfis(‘Simple’); a=addvar(a,’input’,’e’,[-6,6]); a=addmf(a,’input’,1,’NL’,’trapmf’,[-6,-6,-5,-3]); a=addmf(a,’input’,1,’NS’,’trapmf’,[-5,-3,-2,0]); a=addmf(a,’input’,1,’ZR’,’trapmf’,[-2,0,2])。
第4章
模糊控制的matlab实现
本实验以Mtlab6.5为开发环境，基于模糊逻辑工具 箱(Fuzzy Logic Toolbox) 通过简单直观的例子，对模 糊控制系统进行分析与研究。
4.1 认识实验
4.1.1 GUI(图形用户界面) 工具箱函数 1. anfisedit 功能：打开ANFIS编辑器的GUI 格式： anfisedit(‘a’) anfisedit(a) anfisedit 说明：利用anfisedit函数打开ANFIS编辑器的GUI， 从中可装入数据集合并训练ANFIS。 利用anfisedit(‘a’)可从磁盘中装入名为a.fis的FIS 文件，并打开ANFIS编辑器。利用anfisedit(a)可按同 样的方式打开FIS结构变量a。
4. ruleedit
功能： ruleedit (‘a’) ruleedit (a) 说明：利用ruleedit (‘a’)可打开规则编辑器，从中可 以查看或修改文件a.fis所对应的FIS结构中的规则。 ruleedit (a)格式可用来打开在工作空间中已存在 的名为a的FIS结构所对应的规则编辑器。
例： x = 0:0.1:10; y = trimf(x,[3 6 8]); plot(x,y); text(0.2,0.88,’trimf’); text(0.2,0.78,’P = [3 6 8]’);
4.1.3 FIS数据结构管理函数 1. addmf 功能：将隶属度函数添加到FIS 格式：a=addmf(a,’varType’, varIndex,’mfName’,’mfType,mfParams) addmf函数有６个变量 (1)a: 工作空间中的FIS结构变量名 (2)varType: 要添加的隶属度函数的变量类型 (3)varIndex: 要添加的隶属度函数的变量编号 (4)mfName: 新添加的隶属度函数名 (5)mfType: 新隶属度函数的类型 (6)mfParams: 指定隶属度函数的参数向量
2. addrule 功能：在FIS中添加规则 格式：a=addrule(a,ruleList) 例：ruleList=[1 1 1 1 1 ;1 2 2 1 1]; a=addrule(a,ruleList); 3. addvar 功能：在FIS中添加变量 格式：a=addvar(a,’varType’,varBounds) 例：a=newfis(‘Simple’); a=addvar(a,’input’,’e’,[-6,6]);
f x, , c e

x c 2
2 2
gaussmf函数的参数以向量[sig，c]形式给出。 例： x = 0:0.1:10; y = gaussmf(x,[2 5]); plot(x,y); text(0.2,0.88,’gaussmf’); text(0.2,0.78,’P = [2 5]’);
4. defuzz 功能：对隶属度函数进行反模糊化 格式：out=defuzz(x,mf,type) 说明：defuzz(x,mf,type)可得到输入为x时隶属度函数 mf的反模糊值 例：x=-10:0.1:10; mf=trapmf(x,[-10 -8 -4 7]); xx=defuzz(x,mf,’centroid’)
6. surfview 功能：输出曲面观测器 格式： surfview (‘a’) surfview (a) 说明：利用surfview (‘a’)可打开输出曲面观测器，从 中可查看保存在文件a.fis中的单输入或双输入FIS结 构的输出曲面。
4.1.2 隶属度函数 1. Gaussmf
功能：高斯(Gaussian)型隶属度函数 格式：y=gaussmf(x,[sig c]) 说明：对称的高斯型函数取决于２个参数σ(sig)和c：
4.1.4 Simulink仿真模块 1. fuzblock 功能：模糊逻辑控制器仿真模块 格式： fuzblock 说明：此命令将打开Simulink系统的模糊逻辑模块库， 里面含有有关模糊逻辑器件的演示框图。 2. sffis 功能：Simulink中的模糊推理S函数 格式： output＝sffis（t，x，u，flag，fismat） 说明：用此函数可得到一个由Simulink使用的MEX文件
3. trimf 功能：三角形隶属度函数 格式：y = trimf(x,[a b c]) 说明：三角函数曲线由３个参数a、 b 、c确定： xa 0 参数a和c确定三角 x a a x b 形的“脚”，而 b a 参数b确定三角形 f x , a ,b , c c x b x c 的“峰” c b 0 xc
wlcontrol=addvar(wlcontrol,'input','e',[-1 1]); wlcontrol=addvar(wlcontrol,'input','ec',[-0.1 0.1]); wlcontrol=addvar(wlcontrol,'output','u',[-1 1]); wlcontrol=addmf(wlcontrol,'input',1,'negative','gaussmf',[0.45 -1]); wlcontrol=addmf(wlcontrol,'input',1,'zero','gaussmf',[0.45 0]); wlcontrol=addmf(wlcontrol,'input',1,'positive','gaussmf',[0.45 1]); wlcontrol=addmf(wlcontrol,'input',2,'negative','gaussmf',[0.045 -0.1]); wlcontrol=addmf(wlcontrol,'input',2,'zero','gaussmf',[0.045 0]); wlcontrol=addmf(wlcontrol,'input',2,'positive','gaussmf',[0.045 0.1]); wlcontrol=addmf(wlcontrol,'output',1,'close-fast','trimf',[-1.5 -1 -0.5]); wlcontrol=addmf(wlcontrol,'output',1,'close-slow','trimf',[-1 -0.5 0]); wlcontrol=addmf(wlcontrol,'output',1,'no-change','trimf',[-0.5 0 0.5]); wlcontrol=addmf(wlcontrol,'output',1,'open-slow','trimf',[0 0.5 1]); wlcontrol=addmf(wlcontrol,'output',1,'open-fast','trimf',[0.5 1 1.5]); rulelist=[1 0 1 1 1;2 0 3 1 1;3 0 5 1 1;2 1 4 1 1;2 3 2 1 1]; wlcontrol=addrule(wlcontrol,rulelist) writefis(wlcontrol); plotfis(wlcontrol)
5. 保存FIS结构 用writefis函数可以将Matlab工作空间中的FIS 结构变量wlcontrol保存到磁盘文件中： writefis(wlcontrol) 此文件将以.fis为缺省后缀名。 6. 可以利用下列函数对所建立的FIS进行操作 plotmf(绘制隶属度函数)、surfview(绘制系统输出曲面) plotfis(绘制FIS系统结构)、evalfis(计算FIS输出)、 getfis(获取FIS结构的属性)、showfis(显示FIS结构参数) evalmf(计算隶属度函数)
4.2 水箱水位控制实验
水箱水位模糊推理系统(FIS)的建立 模糊推理系统的任务
对测量数据进行模糊化 建立模糊控制规则表 进行输出信息的模糊判决
建立模糊推理系统，通常采用两类方法： (1)利用Matlab命令行建立模糊推理系统 (2)利用GUI建立模糊推理系统
水位模糊控制系统 设定期望的水位，检测实际的水位，计算水位 误差，由模糊控制器计算得到阀门控制量，即阀门 开度，从而控制阀门，完成水位的控制。
2. 进入隶属度函数编辑器 进入方法: (1)在FIS编辑器中双击任意一个输入或输出变量 的图框 (2)通过菜单Edit→Membership Functions… (3)在Matlab的Command Window窗口的提示下， 键入mfedit(WatLevControl) 编辑过程： 修改各变量的论域范围 编辑各个输入或输出变量的隶属度函数及各隶属度 函数对应的Name、Type、Params。 系统默认每个变量有３个隶属度函数，均为trimf， 可根据需要进行删减。
4.2.2 利用Matlab命令行建立FIS 1. 建立新的FIS 设所建的FIS结构为wlcontrol,则命令行为：
2. 添加输入输出变量 本例的模糊推理系统有２个输入变量e和ec，１个 输出变量u，根据它们的论域要求，用add函数添加三 个变量。
3. 添加隶属函数
4. 设计并添加规则列表
5. ruleview
功能：规则观测器和模糊推理框图 格式： ruleview (‘a’) ruleview (a) 说明：利用ruleview(‘a’)可打开a.fis规则状况的规则观 测器，从中可对文件a.fis所对应的FIS结构画出模糊推 理框图，并可显示整个框图。 ruleview (a)格式可用来打开在工作空间中已存在 的名为a的FIS结构所对应的规则观测器。利用可打开 ruleview规则观测器。
规则分析： 根据水箱水位控制的实际经验，可得到如下控制规则： (1) If e is negative then u is close-fast (2) If e is zero then u is no-chang (3) If e is positive then u is open-fast (4) If e is zero and ec is negative then u is open-slow (5) If e is zero and ec is positive then u is close-slow