matlab模糊控制工具箱使用和模糊控制pid例項參考

Matlab模糊控制工具箱為模糊控制器的設計提供了一種非常便捷的途徑，通過它我們不需要進行復雜的模糊化、模糊推理及反模糊化運算，只需要設定相應引數，就可以很快得到我們所需要的控制器，而且修改也非常方便。下面將根據模糊控制器設計步驟，一步步利用Matlab工具箱設計模糊控制器。

1、模糊控制工具箱使用

首先我們在Matlab的命令視窗（command window）中輸入fuzzy，回車就會出來這樣一個視窗。

下面我們都是在這樣一個視窗中進行模糊控制器的設計。

1）確定模糊控制器結構：即根據具體的系統確定輸入、輸出量。

這裡我們可以選取標準的二維控制結構，即輸入為誤差e和誤差變化ec，輸出為控制量u。注意這裡的變數還都是精確量。相應的模糊量為E，EC和U，我們可以選擇增加輸入(Add Variable)來實現雙入單出控制結構。

2）輸入輸出變數的模糊化：即把輸入輸出的精確量轉化為對應語言變數的模糊集合。

首先我們要確定描述輸入輸出變數語言值的模糊子集，如{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，並設定輸入輸出變數的論域，例如我們可以設定誤差E（此時為模糊量）、誤差變化EC、控制量U的論域均為{-3，-2，-1，0，1，2，3}；然後我們為模糊語言變數選取相應的隸屬度函式。

在模糊控制工具箱中，我們在Member Function Edit中即可完成這些步驟。首先我們開啟Member Function Edit視窗.

然後分別對輸入輸出變數定義論域範圍，新增隸屬函式，以E為例，設定論域範圍為[-3 3]，新增隸屬函式的個數為7.

 

然後根據設計要求分別對這些隸屬函式進行修改，包括對應的語言變數，隸屬函式型別。

3）模糊推理決策演算法設計：即根據模糊控制規則進行模糊推理，並決策出模糊輸出量。

首先要確定模糊規則，即專家經驗。對於我們這個二維控制結構以及相應的輸入模糊集，我們可以制定49條模糊控制規則（一般來說，這些規則都是現成的，很多教科書上都有），如圖。

制定完之後，會形成一個模糊控制規則矩陣，然後根據模糊輸入量按照相應的模糊推理演算法完成計算，並決策出模糊輸出量。

4）對輸出模糊量的解模糊：模糊控制器的輸出量是一個模糊集合，通過反模糊化方法判決出一個確切的精確量，凡模糊化方法很多，我們這裡選取重心法。

    

5）然後Export to disk，即可得到一個.fis檔案，這就是你所設計的模糊控制器。

6）simulink中使用fis檔案，首先加入fuzzy模組，然後寫入模糊檔案，注意應用格式加單引號： 'fuzzpid.fis'

 

2、模糊控制pid例項

模糊PID控制，即利用模糊邏輯並根據一定的模糊規則對PID的引數進行實時的優化，以克服傳統PID引數無法實時調整PID引數的缺點。模糊PID控制包括模糊化，確定模糊規則，解模糊等組成部分。小車通過感測器採集賽道資訊，確定當前距賽道中線的偏差E以及當前偏差和上次偏差的變化ec，根據給定的模糊規則進行模糊推理，最後對模糊引數進行解模糊，輸出PID控制引數。

 

 

KP的模糊規則控制表

∆kp	EC
NB	NM	MS	ZO	PS	PM	PB
E	NB	PB	PB	PM	PM	PS	ZO	ZO
NM	PB	PB	PM	PS	PS	ZO	NS
NS	PM	PM	PM	PS	ZO	NS	NS
ZO	PM	PM	PS	ZO	NS	NM	NM
PS	PS	PS	ZO	NS	NS	NM	NM
PM	PS	ZO	NS	NM	NM	NM	NB
PS	ZO	ZO	NM	NM	NM	NB	NB

 KI的模糊規則控制表

∆ki	EC
NB	NM	NS	ZO	PS	PM	PB
E	NB	NB	NB	NM	NM	NS	ZO	ZO
NM	NB	NB	NM	NS	NS	ZO	ZO
NS	NB	NM	NS	NS	ZO	PS	PS
ZO	NM	NM	NS	ZO	PS	PM	PM
PS	NM	NS	ZO	PS	PS	PM	PB
PM	ZO	ZO	PS	PS	PM	PB	PB
PB	ZO	ZO	PS	PM	PM	PB	PB

KD的模糊規則控制表

∆kd	EC
NB	NM	NS	ZO	PS	PM	PB
E	NB	PS	NS	NB	NB	NB	NM	PS
NM	PS	NS	NB	NM	NM	NS	ZO
NS	ZO	NS	NM	NM	NS	NS	ZO
ZO	ZO	NS	NS	NS	NS	NS	ZO
PS	ZO	ZO	ZO	ZO	ZO	ZO	ZO
PM	PB	NS	PS	PS	PS	PS	PB
PB	PB	PM	PM	PM	PS	PS	PB

 

模糊推理系統結構圖

輸入變數的隸屬取三角形函式，如下:

誤差變數E的隸屬函式

誤差變化變數EC的隸屬函式

輸出變數的隸屬同樣取三角形函式，如下:

輸出變數KP的隸屬函式

 

輸出變數KD的隸屬函式

輸出變數KI的隸屬函式

確定了輸入和輸出隸屬函式後，在模糊規則編輯器中，輸入表格中的模糊推理規則，共49條，如下圖

模糊推理編輯器

此時得到的三引數的變化如下圖

模糊推理KP變化圖

模糊推理KI變化圖

模糊推理KD變化圖

 

執行模擬得到結果

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