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1、控制系统仿真课程设计（2009级）题 目控制系统仿真课程设计学 院自动化专 业自动化班 级自动化2班学 号09061934学生姓名徐彬指导教师葛泉波/徐晓滨完成日期2012年6月控制系统仿真课程设计本课程设计的目的着重于对智能模糊控制算法的设计、洗衣机模糊控制系统的设计以及模糊控制MATLAB仿真。通过本课程设计的实践，掌握智能自动控制系统工程设计的基本方法和工具。一 设计内容传统的控制系统分析与设计大多依赖于被控对象的精确数学模型，如传递函数或状态方程。但许多实际系统和过程都比较复杂，例如工业过程的被控对象具有非线性、时变、大延迟等特性，很难建立精确的数学模型和设计出合适的控制器。然而这些过
2、程系统由熟练操作工来操作或控制却往往能达到较好的工作状态，其操作（控制）规则常常以模糊的形式体现在控制人员的经验中。模糊逻辑控制（Fuzzy Logic Control），又称模糊控制（Fuzzy Control），是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一类计算机控制策略，模糊控制是一种非线性控制。下图给出了一个模糊控制系统的基本结构，由图可知模糊控制器由模糊化、知识库、模糊推理和清晰化（或称去模糊化）四个功能模块组成图1 模糊控制系统 要求设计一个洗衣机洗衣时间模糊控制算法。首先，光学传感器会射出一道穿过水的光线并计算有多少光线到达了另一端。水越脏，到达的光线越少。然后，光学传感
3、器要辨别脏物是污泥还是油脂，污泥是很快能洗干净的。如果光的读数快速到达最小值的话，则脏物是污泥；如果下降较慢的话，则脏物是油脂；如果曲线斜率介于上述两斜率之间，则脏物是污泥油脂混合物。洗衣机还有一个负载传感器，它能感知衣物的重量。很明显，衣物量越大，所需的洗衣时间也就越长。 将以上的启发式规则用几条IF-THEN模糊规则进行概括，然后再根据这些模糊规则构造模糊系统，调节洗衣机的洗涤时间。以洗衣机洗涤时间为控制目的的模糊控制系统设计，其实质是一个开环决策过程。影响洗涤时间的因素很多，这里选取衣物的污泥和油脂为主要控制参量，即设计两输入单输出模糊控制器。控制器的输入为衣物的污泥和油脂，输出为洗涤时
4、间。 现将污泥分为三个模糊集：SD（污泥少），MD（污泥中），LD（污泥多），取值范围为0，100；将油脂分为三个模糊集：NG（无油脂），MG（油脂中），LG（油脂多），取值范围为0，100；将洗涤时间分为五个模糊集：VS（很短），S（短），M（中等），L（长），VL（很长），取值范围为0，60。采用三角形隶属函数（trimf）对污泥、油脂、洗涤时间进行模糊化。 洗衣机的模糊控制表见表1表1 模糊控制规则洗涤时间z油脂yNGMGLG污泥xSDVS#MLMDSMLLDMLVL课程设计的具体内容：1. 在MATLAB上建立针对洗衣机洗衣时间调节的模糊控制系统（要求给出具体设计过程以及过程中各个参数
5、的设定值）。2. 将学生学号和班级号的后两位作为衣物污泥量和油脂量的输入量，计算输出洗衣时间。3. 回答若干设计问题：(1) 画出洗衣机模糊控制系统结构图；(2) 结合(1)中画出的系统结果图，说明该洗衣机模糊控制系统是如何对两个输入精确量进行模糊化处理的；(3) 在你设计的模糊控制系统中，是利用何种算法实现模糊输入到模糊输出的转换的。(4) 在你设计的模糊控制系统中，是用何种算法实现模糊输出量的去模糊化的。二洗衣机模糊控制系统的设计及Matlab仿真过程1 初始化（1）首先设置 input1“污泥质量”Range：0 100 Display ：0 100 打开上面页面后编辑input1的三个
6、隶属度函数，并命名mf1=SD Params：-50 0 50mf2=MD Params：0 50 100mf3=LD Params：50 100 150（2）然后设置 input2“油脂质量”Range：0 100 Display ：0 100 编辑input2的三个隶属度函数 并命名mf1=NG Params：-50 0 50 mf2=MG Params：0 50 100 mf3=LG Params：50 100 150（3）然后设置 output“洗涤时间”Range：0 60min 编辑output的五个隶属度函数，并命名mf1=VS Params：0 10 20mf2=S Param
7、s：0 10 30mf3=M Params：10 25 40mf4=L Params：25 40 60 mf5=VL Params：40 60 80Error! No bookmark name given.2构造系统输入和输出的隶属度函数污泥质量油脂质量洗涤时间3 生成规则库（知识库）4 根据输入设定值，计算并显示输出（根据各人输入给出结果）三 设计问题回答(1) 画出洗衣机模糊控制系统结构图；答：(2) 结合(1)中画出的系统结果图，说明该洗衣机模糊控制系统是如何对两个输入精确量进行模糊化处理的；答：输入量进行处理时，采用三角形隶属函数对污泥、油脂进行模糊化，即横轴输入模拟量落在隶属度函数
8、模糊论域，输入值对应隶属度函数上的隶属度值，把原有的精确量变换成模糊量，并用相应的模糊集合语言值来表示，集合中用相应的度描述与模糊论域相关性。其中污泥输入量取值范围0 , 100 , SD,MD,LD =污泥少，污泥中，污泥多；油脂输入量取值范围0 , 100 , NG,MG,LG =油脂少，油脂中，油脂多(3) 在你设计的模糊控制系统中，是利用何种算法实现模糊输入到模糊输出的转换的。答：利用模糊规则即输入两个变量，每个变量三个模糊隶属度函数，对应输出隶属度函数也三个，则每个输入变量对应9条规则，两个输入变量的规则纵坐先相与取最小值，再用此最小值对应输出隶属度函数纵坐标，对每个输出隶属度函数面
9、积积分（小于纵坐标值的面积）。最后输出的9条规则对应输出纵坐标相并取最大值，对此最大值再面积积分。(4) 在你设计的模糊控制系统中，是用何种算法实现模糊输出量的去模糊化的。答：答：9条规则对应输出最后求并取最大值，再去模糊化即对应横坐标为清晰后的值。去模糊化方法为取中值方法，（mom）即输出聚合隶属度函数面积对应横坐标投影。如下图所示：四 实践总结经过这两个星期的短学期，我初步学会了洗衣机的工作原理以及闭环控制系统的仿真。也对matlab更加的熟悉。五参考文献1. 刘士荣等,计算机控制系统,北京:机械工业出版社,2007. 第6章第6节 2. Michael Negnevitsky 著,沈晋惠 译, 人工智能智能系统指南,北京:机械工业出版社,2006,第4章
