matlab模糊控制工具箱使用和模糊控制pid实例参考 |
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matlab模糊控制工具箱使用和模糊控制pid实例参考
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Matlab模糊控制工具箱为模糊控制器的设计提供了一种非常便捷的途径，通过它我们不需要进行复杂的模糊化、模糊推理及反模糊化运算，只需要设定相应参数，就可以很快得到我们所需要的控制器，而且修改也非常方便。下面将根据模糊控制器设计步骤，一步步利用Matlab工具箱设计模糊控制器。 1、模糊控制工具箱使用 首先我们在Matlab的命令窗口（command window）中输入fuzzy，回车就会出来这样一个窗口。
下面我们都是在这样一个窗口中进行模糊控制器的设计。 1）确定模糊控制器结构：即根据具体的系统确定输入、输出量。 这里我们可以选取标准的二维控制结构，即输入为误差e和误差变化ec，输出为控制量u。注意这里的变量还都是精确量。相应的模糊量为E，EC和U，我们可以选择增加输入(Add Variable)来实现双入单出控制结构。
2）输入输出变量的模糊化：即把输入输出的精确量转化为对应语言变量的模糊集合。 首先我们要确定描述输入输出变量语言值的模糊子集，如{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，并设置输入输出变量的论域，例如我们可以设置误差E（此时为模糊量）、误差变化EC、控制量U的论域均为{-3，-2，-1，0，1，2，3}；然后我们为模糊语言变量选取相应的隶属度函数。 在模糊控制工具箱中，我们在Member Function Edit中即可完成这些步骤。首先我们打开Member Function Edit窗口. 然后分别对输入输出变量定义论域范围，添加隶属函数，以E为例，设置论域范围为[-3 3]，添加隶属函数的个数为7. 然后根据设计要求分别对这些隶属函数进行修改，包括对应的语言变量，隶属函数类型。 3）模糊推理决策算法设计：即根据模糊控制规则进行模糊推理，并决策出模糊输出量。 首先要确定模糊规则，即专家经验。对于我们这个二维控制结构以及相应的输入模糊集，我们可以制定49条模糊控制规则（一般来说，这些规则都是现成的，很多教科书上都有），如图。 制定完之后，会形成一个模糊控制规则矩阵，然后根据模糊输入量按照相应的模糊推理算法完成计算，并决策出模糊输出量。 4）对输出模糊量的解模糊：模糊控制器的输出量是一个模糊集合，通过反模糊化方法判决出一个确切的精确量，凡模糊化方法很多，我们这里选取重心法。 5）然后Export to disk，即可得到一个.fis文件，这就是你所设计的模糊控制器。
6）simulink中使用fis文件，首先加入fuzzy模块，然后写入模糊文件，注意应用格式加单引号： 'fuzzpid.fis'
2、模糊控制pid实例 模糊PID控制，即利用模糊逻辑并根据一定的模糊规则对PID的参数进行实时的优化，以克服传统PID参数无法实时调整PID参数的缺点。模糊PID控制包括模糊化，确定模糊规则，解模糊等组成部分。小车通过传感器采集赛道信息，确定当前距赛道中线的偏差E以及当前偏差和上次偏差的变化ec，根据给定的模糊规则进行模糊推理，最后对模糊参数进行解模糊，输出PID控制参数。
KP的模糊规则控制表 ∆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的模糊规则控制表 ∆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的模糊规则控制表 ∆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
模糊推理系统结构图 输入变量的隶属取三角形函数，如下:
误差变量E的隶属函数
误差变化变量EC的隶属函数 输出变量的隶属同样取三角形函数，如下:
输出变量KP的隶属函数
输出变量KD的隶属函数
输出变量KI的隶属函数 确定了输入和输出隶属函数后，在模糊规则编辑器中，输入表格中的模糊推理规则，共49条，如下图
模糊推理编辑器 此时得到的三参数的变化如下图
模糊推理KP变化图
模糊推理KI变化图
模糊推理KD变化图
运行仿真得到结果 PS：有定制开发需求，可以QQ联系：1762016542 提供matlab simulink 培训 1v1教学 或者思路沟通 答疑等咨询服务，尤其擅长汽车控制、信号处理、数学建模、电机领域 欢迎关注公众号：算法工程师的学习日志
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