基于MATLAB的模糊控制系统设计

实验一基于MATLAB的模糊控制系统设计

1.1实验内容

（1）基于MATLAB图形模糊推理系统设计，小费模糊推理系统；

（2）飞机下降速度模糊推理系统设计；

（3）水箱液位模糊控制系统设计及仿真运行。

1.2实验步骤

1小费模糊推理系统设计

（1）在MATLAB的命令窗口输入fuzzy命令，打开模糊逻辑工具箱的图形用户界面窗口，新建一个Madmdani模糊推理系统。

（2）增加一个输入变量，将输入变量命名为service、food，输出变量为tip，这样建立了一个两输入单输出模糊推理系统框架。

（3）设计模糊化模块：双击变量图标打开Membership Fgunction Editor窗口，分别将两个输入变量的论域均设为[0,10],输出论域为[0,30]。

通过增加隶属度函数来进行模糊空间划分。

输入变量service划分为三个模糊集：poor、good和excellent，隶属度函数均为高斯函数，参数分别为[1.5 0]、[1,5 5]和[1.5 10]；

输入变量food划分为两个模糊集：rancid和delicious，隶属度函数均为梯形函数，参数分别为[0 0 1 3]和[7 9 10 10]；

输出变量tip划分为三个模糊集：cheap、average和generous，隶属度函数均为三角形函数，参数分别为[0 5 10]、[10 15 20]和[20 25 30]。

（4）设置模糊规则：打开Rule Editor窗口，通过选择添加三条模糊规则：

①if (service is poor) or (food is rancid) then (tip is cheap)

②if (service is good) then (tip is average)

③if (service is excellent) or (food is delicious) then (tip is generous)

三条规则的权重均为 1.（5）模糊推理参数均使用默认值，通过曲面观察器（Surface Viewer）查看

小费模糊推理的输入输出关系曲面。通过规则观察器（Rule Viewer）查看对具体输入的模糊推理及输出情况，输入各种不同的数据，查看模糊推理情况及输出数

据。

（6）增加规则，查看曲面的变化、推理输出的变化。

2.飞机下降速度模糊推理系统设计

（1）打开模糊推理逻辑工具箱的图形用户界面，新建一个Sugeno模糊推理系统。

（2）将输入变量命名为height，输出变量为speed，这是一个SISO模糊推理系统。

（3）设计模糊化模块：分别将输入变量的论域设为[0,10]，输出论域不用修改。

模糊空间划分:

输入变量height分为五个模糊集：mf1（高斯函数[0.5 0]）、mf2（π函数[0.754 2.58 3.32 4.64]）、mf3(π函数[3.19 4.88 5.81 7.11])、mf4(π函数[6.362 7.9 8.56 9.54])和mf5（S函数[8.664 9.83 ]）;

输出变量speed分为五个与输入模糊空间对应的线性函数：mf1([0.8 0.2])、mf2([4.6 -4.5]) 、mf3([10.3 -26])、mf4 ([16 -64])和mf5([20 -100]).

（4）设置模糊规则：打开Rule Editor窗口，通过选择添加五条模糊规则：

①if（height is mf1）then (speed is mf1)

②if（height is mf2）then (speed is mf2)

③if（height is mf3）then (speed is mf3)

④if（height is mf4）then (speed is mf4)

⑤if（height is mf5）then (speed is mf5)

五条的权重均为1.

模糊推理参数均使用默认值，通过曲面观察器（Surface Viewer）查看飞机降落速度模糊推理的输入输出关系曲面。通过规则观察器（Rule Viewer）查看对具体输入的模糊

推理及输出情况，输入各种不同的数据，查看模糊推理情况及输出数据。

（6）修改规则、隶属度函数参数，查看曲线的变化，修改参数使输入输出关系曲线拟合二次曲线更好。

3水箱液位模糊控制系统设计及仿真运行

（1）打开模糊逻辑工具箱的图形用户界面窗口，新建一个Madmdani模糊推理系统。

（2）增加一个输入变量，将输入变量命名为level、rate，输出变量为valve，这样建立了一个两输入单输出模糊推理系统,保存为tank().fis。

（3）设计模糊化模块：将输入变量rate的论域设为[-0.1,0.1],另外两个变量采用论域[-1,1]。

通过增加隶属度函数来进行模糊空间划分。

输入变量level划分为三个模糊集：high、okay和low，隶属度函数均为高斯函数，参数分别为[0.3 -1]、[0.3 0]和[0.3 1]；

输入变量rate划分为三个模糊集：negative、none和delicious，隶属度函数均为高斯函数，参数分别为[0.03 -0.1]、[0.03 0]和[0.03 0.1]；

输出变量valve划分为五个模糊集：close_fast、close_slow、no_change、open_slow和open_fast，隶属度函数均为三角形函数，参数分别为[-1 -0.9 -0.8]、[-0.6 -0.5 -0.4]、[-0.1 0 0.1]、[0.2 0.3 0.4]和[0.8 0.9 1]。

（4）设置模糊规则：打开Rule Editor窗口，通过选择添加三条模糊规则：

①if (level is okay) then (valve is no_change)

②if (level is low) then (valve is open_fast)