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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。实验时数：3 学时。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
2、规则的规则库和模糊推理。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。Fuzzy controllerReference inputr( t)ARule-basenoltacltlzzutfi-nolt aclf 1ZZ4H -InferencemechanismInputs u(t).ProcessOutputs图 1 模糊控制器的体系结构四、实验步
3、骤（1）对循环流化床锅炉床温，对象模型为120（30 s + 1）140 s + 1）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 。（
4、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”、“中”（M）、“小” （s） 4 种。（4）规则的制定：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。 表1参数Kp的整定规则BMSZBBMBBMVBBVBVBSVBBVBBZVBBBS 表2参数Ki的整定规则BMSZBSMBVBMSMVBVBSSSVBVBZSSVBVB 表 3 参数 Kd 的整定规则BMSZBSSSSMMMMMSMMMMZVBVBVBVB5）推理
5、方法的确定 隐含采用“mamdani ” 方法：max-min；推理方法，即“min”方法；去模糊方法：面积中心法；选择隶属函数的形式：三角型。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。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，记录试验数据和曲线，分析 试验结果。六、思考题1、模糊控制器中隶属函数形式、推理方法、去模糊方法的改变、对控制效果有什么影 响？2、模糊控制规则如何建立？
