实验一模糊控制器的MATLAB仿真

1、实验一 模糊控制器的MATLAB仿真一、实验目的 本实验要求利用MATLAB/SIMULINK与FUZZYTOOLBOX对给定的二阶动态系统，确定模糊控制器的结构，输入和输出语言变量、语言值及隶属函数，模糊控制规则；比较其与常规控制器的控制效果；研究改变模糊控制器参数时，系统响应的变化情况；掌握用 MATLAB 实现模糊控制系统仿真的方法。二、实验设备：计算机系统、Matlab 仿真软件 三、实验原理 模糊控制器它包含有模糊化接口、规则库、模糊推理、清晰化接口等部分，输人变量是过程实测变量与系统设定值之差值。输出变量是系统的实时控制修正变量。模糊控制的核心部分是包含语言规则的规则库和模糊推理。

2、模糊推理就是一种模糊变换，它将输入变量模糊集变换为输出变量的模糊集，实现论域的转换。工程上为了便于微机实现，通常采用“或”运算处理这种较为简单的推理方法。Mamdani推理方法是一种广泛采用的方法。它包含三个过程：隶属度聚集、规则激活和输出总合。模糊控制器的体系结构如图1所示。图1 模糊控制器的体系结构四、实验步骤 （1）对循环流化床锅炉床温，对象模型为采用simulink图库，实现常规PID和模糊自整定PID。（2）确定模糊语言变量及其论域：模糊自整定PID为2输入3输出的模糊控制器。该模糊控制器是以|e|和|ec|为输入语言变量，Kp、Ki、Kd为输出语言变量，其各语言变量的论域如下：误差

3、绝对值：e=0，3，6，10；误差变化率绝对值：ec=0，2，4，6；输出Kp：Up=0，0.5，1.0，1.5；输出Ki：Ui=0，0.002，0.004，0.006；输出Kd：Ud=0，3，6，9。（3）语言变量值域的选取：输入语言变量|e|和|ec|的值域取值“大”(B)、“中”(M)、“小”(s)和“零”(Z) 4种；输出语言变量Kp、Ki、Kd的值域取值为“很大”(VB)、 “大”(B)、“中”(M)、“小”(s) 4种。步骤如下：在MATLAB控制窗口输入：Fuzzy回撤增加输入变量和输出变量：修改输入变量和输出变量的名称得到：双击每个输入变量和输出变量进行分别设计：（4）规则的制

4、定：根据PID参数整定原则及运行经验，可列出输出变量Kp、Ki、Kd的控制规则表。l 表1 参数Kp的整定规则BMSZBBMBBMVBBVBVBSVBBVBBZVBBBSl 表2 参数Ki的整定规则 BMSZBSMBVBMSMVBVBSSSVBVBZSSVBVBl 表3 参数Kd的整定规则 BMSZBSSSSMMMMMSMMMMZVBVBVBVB设计模糊控制规则表；（5）推理方法的确定Ø 隐含采用“mamdani”方法：max-min；Ø 推理方法，即“min”方法；Ø 去模糊方法：面积中心法；Ø 选择隶属函数的形式：三角型。回到MATLAB主界面，可得到如下：由此，利用FUZZYTOOLS的GUI工具建立模糊控制器(PID_auot.fis)之后，在Simulink环境下，构建模糊自整定PID和常规PID控制系统，如图2。其中：双击Fuzzy Logic Controller，设置如下：Subsystem设计如下：图2 模糊自整定PID和常规PID控制仿真系统（6）给定输入为阶跃信号，运行程序，记录实验数据和控制曲线。（7）比较两种控制器的控制效果；（8）当通过改变模糊控制器的比例因子时，分析系统响应有什么变化？五、实验报告要求 给出模糊自整定 PID 控制系统的设计过程和仿真结构图