智能控制MATLAB第一部分

1、matlab模糊逻辑工具箱 工具 命令行函数（以 .m文件存放） 图形交互工具(guigraphical user interface) (图形用户界面) 接口仿真逻辑模块（simulink环境） 建立模糊逻辑推理系统 图形交互工具箱提供的图形化工具有五类： 模糊推理系统编辑器fuzzy 隶属度函数编辑器mfedit (membership function) 模糊规则编辑器ruleedit 模糊规则观察器ruleview 模糊推理输入输出曲面视图surfview (surface) 模糊推理系统编辑器fuzzy 处理最顶层构建问题，例如输入输出变量的数目、变量名等 激活（进入）方法：命令窗口

2、(command window)执行 fuzzy命令。 激活模糊推理系统系统编辑器 ： 组成 输入模糊变量图形框 双击 mfedit 模糊规则图形框 双击 ruleedit 输出模糊变量图形框 双击 mfedit 基本属性 基本属性包括： 1. 模糊集合合成运算（连接词的运算） and min（最小法） prod（乘积法） or max（最大法） prober（概率法） prober(a,b)=a+b-ab 2. 蕴涵计算(implication) min prod （乘积法） 3. 输出的合成计算aggregation（模糊规则综合采用的方法） aggregation max prober

3、（概率法） sum（求和法） prober(a,b)=a+b-ab 4. 逆模糊化计算(defuzzification) centroid（重心法） mom（平均最大隶属度法） som（最大隶属度函数中的取最小值法）bisector（面积平分法） lom（最大隶属度函数中的取最大值法） 在命令窗口键 入mfedit可激活隶 属度函数编辑器 matlab的fis结构和存储 1、fis(模糊推理系统)结构 模糊推理系统是以一种fis的结构来表示和存储的 访问方法 gui工具 函数 结构名.成员名 2、存储（ .fis文件） 访问 readfis读 writefis写 命令函数 1、隶属度函数 函数

4、trimf(表示triangular membership function) 格式：y=trimf(x,a b c) 其中：参数x指定变量论域范围，参数a,b和c指定三角形 函数的形状，该函数在b点处取最大值1，a,c点为0。 例：建立三角形隶属度函数并绘制曲线。 x=0:0.1:10; y=trimf(x, 3 6 8); plot(x,y) xlable(trimf,p=3 6 8) 功能：建立三角形隶属度函数。 函数trapmf(trap表示trapezium梯形) 格式：y=trapmf(x,a b c d) 其中：参数x指定变量论域范围，参数a,b, c和d指定梯形隶 属度函数的形

5、状，该函数在b,c点处取最大值1，a,d点为0。 功能：建立梯形隶属度函数。 例： x=0:0.1:10; y=trapmf(x, 1 5 7 8); plot(x,y) xlable(trapmf,p=1 5 7 8) 函数gaussmf 格式：y=gaussmf(x,sig c) 功能：建立高斯型隶属度函数。 其中：参数x指定变量论域范围，参数c决定了函数的中心 点，sig决定了函数曲线的宽度。 2 1 () 2 x c ye 高斯函数的表达式为： 例： x=0:0.1:10; y=gaussmf(x, 2 5); plot(x,y) xlable(gaussmf,p=2 5) 函数zmf

6、 格式：y=zmf(x,a b) 功能：建立z型隶属度函数。 说明：曲线在（a,b）之间是光滑的样条曲线，在a左 段为1，b右段为0,跳跃点是(a+b)/2。参数x指定变量论 域范围。 例： x=0:0.1:10; y=zmf(x, 2 8); plot(x,y) xlable(zmf,p=2 8) 函数smf 格式：y=smf(x,a b) 功能：建立s型隶属度函数。 说明：曲线在（a,b）之间是光滑的样条曲线，在a左 段为0，b右段为1,跳跃点是(a+b)/2。参数x指定变量论 域范围。 例： x=0:0.1:10; y=smf(x, 2 8); plot(x,y) xlable(smf,

7、p=2 8) 2、模糊逻辑系统输入输出变量及隶属度函数的添加 函数addvar 功能：向模糊推理系统中添加语言变量。 格式：a=addvar(a, vartype, varname, varbounds) 说明：参数列表中，a为模糊推理系统对应的矩阵变量名， vartype用于指定语言变量的类型为字符型（如input 或output）； varname用于指定语言变量的名； varbounds用于指定语言变量的论域范围。 注意：对于添加到同一个模糊推理系统的语言变量，按 先后顺序自动编号，编号从1开始，逐渐递增。对于分属 于输入与输出的不同语言变量则独立地分别编号。 例：a=newfis(ti

8、pper); /创建并返回一个新的fis系统 a=addvar(a,input,service,0 10); getfis(a,input,1) /取得fis的部分或全部属性 函数addmf 功能：向模糊推理系统的语言变量添加隶属度函数。 格式：a=addmf(a, vartype, varindex,mfname,mftype, mfparams) 说明：隶属度函数只能为模糊推理系统中已经存在的某 一语言变量的语言值添加隶属度函数。参数列表中，a为 模糊推理系统对应的矩阵变量名， vartype指定语言变量 类型的字符串（如input或output）； varindex指定 语言变量编号的数

9、字；mfname指定隶属度函数名称； mftype指定隶属度函数类型； mfparams指定隶属度函数 的参数。 注意：对于每个语言变量的隶属度函数按该函数被添加的顺 序编号，编号从1开始，依次递增。 例：a=newfis(tipper); a=addvar(a,input,service,0 10); a=addmf(a,input,1,poor,guassmf,1.5 0); a=addmf(a,input,1,good,guassmf,1.5 5); a=addmf(a,input,1,excellent,guassmf,1.5 10); plot(a,input,1) 3、fis系统相

10、关操作 函数newfis 功能：创建并返回一个新的模糊推理系统。 格式：a=newfis(fisname) 函数readfis 功能：从磁盘中读出并返回模糊推理系统结构变量。 格式：fismat=readfis(filename) 例：fismat=readfis(tipper); /tipper.fis已经存在 说明：打开一个由filename指定的数据文件（.fis），并将 其加载到当前的工作空间(workspace)中的变量fismat中。 函数getfis 功能：取得模糊推理系统的部分或全部属性。 格式：getfis(a) /显示系统所有属性 getfis(a,fisprop) /显示

11、系统某一属性 getfis(a,vartype,varindex,varprop) 例：a=readfis(tipper); getfis(a) 输出结果：name=tipper type=mamdani numinputs=2 例：getfis(a,input,1) 注：属性为input或output时，后面的第三个参数指 定某一个输入或输出语言变量。 输出结果：name=service nummfs=3 mflabels=poor good excellent range=0 10 例：getfis(a,input,1,name) 输出结果：service 函数showfis 功能：以分行

12、的形式显示模糊推理系统矩阵的所有属性。 格式：showfis(fismat) 函数writefis 功能：将以矩阵形式保存在内存中的模糊推理系统的数 据写入磁盘文件中。 格式：writefis(fismat,filename) 例：writefis(a,my_file) type my_file.fis 函数setfis 功能：设置、改变模糊推理系统的属性。 格式：fis2=setfis(fis1,fispropname,newpropvalue) 说明：参数fis1指明模糊推理系统的名称；fispropname 指明模糊推理系统的全局属性； newpropvalue指明此 属性的新值。 例：

13、a=readfis(tipper); a2=setfis(a,defuzzmethod,mom); defuzzification: centroid（重心法：系统默认） mom（平均最大隶属度法） som（最大隶属度函数中的取最小值法）bisector（面积平分法） lom（最大隶属度函数中的取最大值法） 4、系统图形显示函数 函数plotfis 功能：绘制模糊推理系统的推理过程结构框图。 例：plotfis(tipper) 函数plotmf 功能：绘制语言变量所有语言值的隶属度函数曲线。 格式：plotmf(fismat,vartype,varindex) 说明：参数fismat指明模糊推

14、理系统的对应矩阵变量 名称；vartype指明变量类型（input或output）； varindex指明输入或输出语言变量的编号。 例： plotmf(a,input,2) 5、模糊规则建立 函数addrule 功能：向模糊推理系统添加模糊规则。 格式：a=addrule(a,rulelist) 说明：参数a为模糊推理系统对应的矩阵变量名称，rulelist 以向量的形式给出需要添加的模糊规则。如果模糊推理系 统有m个输入语言变量和n个输出语言变量，则向量rulelist 的列数必须为m+n+2，而行数等于需要添加的规则数目。 在rulelist的每一行中，前m个数字表示各输入语言 变量的语

15、言值（隶属度函数的编号），随后的n个数字表 示输出语言变量的语言值，第n+m+1个数字是该规则的 权重，权重的值在0到1之间，一般设定为1；第n+m+2 个数字为0或1两者之一，为1表示模糊规则各输入语言 变量之间是and关系，为0则表示是or关系。 函数showrule 格式：showrule(fis) showrule(fis,indexlist) showrule(fis,indexlist,format) 说明：fis为模糊推理系统矩阵变量的名称；indexlist为 规则编号，可以以向量形式指定显示多条规则； format为显示方式，有三种显示方式，即语句方式 （verbose），符

16、号方式（symbolic）和索引方式 （indexed）。 例：showrule(a,1:2,indexed) 输出结果：1 1，1（1）：1 1 2，2（1）：1 6、计算模糊推理输出结果函数evalfis 格式：y=evalfis(u,fis) 说明：参数u是输入数据，fis是模糊推理矩阵。 u的每一行是一个特定的输入向量，y的每一行是 一个特定的输出向量。 如果输入u是m*n矩阵，则系统是n输入的， 返回的y是m*l矩阵，l是系统的输出的数目。 例：fis=readfis(tipper); out=evalfis(2 1; 4 9,fis) 输出结果：out=7.0169 19.6810

17、 matlab模糊控制系统设计实例1 一、设计目的：了解用matlab模糊工具箱的图形界面可视化 工具实现模糊控制系统的方法。 二、系统设计要求： 1、输入变量：偏差e、偏差变化率de；输出变量：u 相应隶属度函数为： 2、规则要求： 3、反模糊化方法：平均最大隶属度函数法mom。 三、设计步骤： 1、进入matlab系统，在matlab命令窗口执行fuzzy命令即可激 活基本模糊推理系统编辑器，首先增加一个输入变量。 2、在图形界面中通过鼠标双击就能激活隶属度函数编辑器和模糊规 则编辑器等相应的编辑窗口，在窗口中进行相应属性设置即可；再 在模糊推理系统编辑器中设置反模糊化方法。 3、进入ru

18、leview观察器，观察模糊推理系统的输出情况。 四、设计结果要求 1、记录模糊规则编辑器ruleedit中索引indexed方式显示的规则。 2、记录ruleview观察器中模糊推理系统的输出情况： 当e=2，de=1时u为多少？当e=1，de=2时u为多少？ 激活模糊推理系统编辑器 ： 增加一个输入变量： 双击进入mfedit: 修改每个变量的论域和隶属度函数： trimf三角形(triangular membership function) trapmf(trapezium梯形)gaussmf(高斯型)zmf(z型) smf(s型) nb选哪种 type? 增加隶属度函数个数： pb选哪种 type? tr