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1、模糊控制在MATLAB中的实现1谷风优质模糊工具箱内置的隶属度函数模糊工具箱内置的隶属度函数o模糊逻辑工具箱中包含了模糊逻辑工具箱中包含了1111个内置的隶属度函数类型。个内置的隶属度函数类型。o这这1111个函数又由几个基函数构成：分段线性函数，高斯个函数又由几个基函数构成：分段线性函数，高斯分布函数，分布函数，S S形曲线，二次和三次多项式曲线。形曲线，二次和三次多项式曲线。o按照按照MATLABMATLAB的惯例，所有隶属度函数最后的两个字母都的惯例，所有隶属度函数最后的两个字母都是是“mfmf”。Trimf-Trimf-三角隶属度函数三角隶属度函数Trapmf-Trapmf-梯形隶属度
2、函数梯形隶属度函数Gaussmf-Gaussmf-高斯函数高斯函数Gauss2mf-Gauss2mf-曲线两侧由不同高斯曲线组合而成曲线两侧由不同高斯曲线组合而成Gbellmf-Gbellmf-钟形隶属度函数钟形隶属度函数2谷风优质oSigmf-Sigmf-简单简单sigmoidalsigmoidal型隶属度函数型隶属度函数oDsigmf-Dsigmf-差型差型sigmoidalsigmoidal隶属度函数隶属度函数oPsigmf-Psigmf-积型积型sigmoidalsigmoidal隶属度函数隶属度函数oZmf-ZZmf-Z型隶属度函数型隶属度函数osmf-Ssmf-S型隶属度函数型隶属
3、度函数oPimf-Pimf-型隶属度函数型隶属度函数3谷风优质MATLABMATLAB模糊逻辑工具箱模糊逻辑工具箱2.12.1模糊推理过程模糊推理过程o在模糊逻辑工具箱中，可以实现两种类型的模糊推理系在模糊逻辑工具箱中，可以实现两种类型的模糊推理系统：统：MamdaniMamdani型和型和SugenoSugeno。o在模糊逻辑工具箱中，模糊推理过程由在模糊逻辑工具箱中，模糊推理过程由5 5个部分构成，个部分构成，即输入变量的模糊化、前提中模糊算子（即输入变量的模糊化、前提中模糊算子（AND AND 或或 OROR）的应用、从前提到结果的蕴含关系、模糊规则结果的聚的应用、从前提到结果的蕴含关系
4、、模糊规则结果的聚类和反模糊化。类和反模糊化。4谷风优质1.1.模糊推理过程的步骤模糊推理过程的步骤(1)(1)第第1 1步：输入的模糊化步：输入的模糊化(2)(2)第第2 2步：应用模糊算子步：应用模糊算子o模糊逻辑工具箱中内置了两个模糊交方法：模糊逻辑工具箱中内置了两个模糊交方法：minmin（最小值）（最小值）和和prod(prod(乘积乘积) )，同样还内置了两个模糊或方法：，同样还内置了两个模糊或方法：max(max(最大最大值值) )和和proborprobor（OR OR 代数和方法）。代数和方法）。(3)(3)第第3 3步：模糊推理步：模糊推理(4)(4)第第4 4步：聚类输出
5、步：聚类输出o由于决策是在对模糊推理系统中所有规则进行测试的基础由于决策是在对模糊推理系统中所有规则进行测试的基础上作出的，故必须以某种方式将规则结合起来以作出决策。上作出的，故必须以某种方式将规则结合起来以作出决策。o聚类就是将表示每个规则输出的模糊集结合成一个单独的聚类就是将表示每个规则输出的模糊集结合成一个单独的模糊集。只在反模糊化之前，才对每个输出变量进行一次模糊集。只在反模糊化之前，才对每个输出变量进行一次聚类。聚类。o聚类过程的输入是对每个规则的蕴含过程返回的截断输出聚类过程的输入是对每个规则的蕴含过程返回的截断输出函数，其输出是一个输出变量的模糊集合。函数，其输出是一个输出变量的
6、模糊集合。o工具箱有工具箱有3 3个内置方法：个内置方法：max,probormax,probor和和sumsum。5谷风优质(5)(5)第第5 5步：反模糊化步：反模糊化o反模糊化过程的输入是一个模糊集，即上一步中的聚类反模糊化过程的输入是一个模糊集，即上一步中的聚类输出模糊集，其输出为一个单值。输出模糊集，其输出为一个单值。o最常用的方法是重心计算。工具箱中有最常用的方法是重心计算。工具箱中有5 5个内置方法：个内置方法：重心法重心法(centroid),(centroid),二等分法二等分法(bisector)(bisector)，中间最大值，中间最大值法法(middle of maxi
7、mum)(middle of maximum)(输出集最大值的平均输出集最大值的平均) )，最大，最大最大值法最大值法(largest of maximum)(largest of maximum)，最小最大值法，最小最大值法(smallest of maximum)(smallest of maximum)。6谷风优质2.2.自定义模糊推理自定义模糊推理o用户可以用自己的用户可以用自己的MATLABMATLAB函数代替在上面详细说明的函数代替在上面详细说明的5 5步中默认使用的任何函数，亦即用户可以定义自己的隶步中默认使用的任何函数，亦即用户可以定义自己的隶属函数、属函数、ANDAND和和O
8、ROR方法、蕴含、聚类方法及反模糊化方方法、蕴含、聚类方法及反模糊化方法。法。7谷风优质2.22.2模糊逻辑工具箱的图形界面工具模糊逻辑工具箱的图形界面工具o模糊逻辑工具箱有模糊逻辑工具箱有5 5个主要的个主要的GUIGUI工具可以用来建立、编工具可以用来建立、编辑和观察模糊推理系统。辑和观察模糊推理系统。oFISFIS编辑器：编辑器：处理系统的高级问题，如：有多少个输入处理系统的高级问题，如：有多少个输入和输出变量？其名称是什么？等等。和输出变量？其名称是什么？等等。o隶属函数编辑器：隶属函数编辑器：用于定义与每个变量关联的隶属函数用于定义与每个变量关联的隶属函数的形状。的形状。o模糊规则编
9、辑器：模糊规则编辑器：用于编辑规则列表，该规则列表定义用于编辑规则列表，该规则列表定义了系统的行为。了系统的行为。o模糊规则观察器和输出曲面观察器：模糊规则观察器和输出曲面观察器：用于观察（但不能用于观察（但不能编辑）模糊推理系统。编辑）模糊推理系统。8谷风优质FISFIS编辑器编辑器o如果已经存在一个模糊推理系统如果已经存在一个模糊推理系统aaa.fisaaa.fis，则在工作区，则在工作区中键入中键入“fuzzy aaafuzzy aaa”可以直接用模糊逻辑工具箱打开可以直接用模糊逻辑工具箱打开这个模糊推理系统。这个模糊推理系统。o如果只是要打开如果只是要打开FISFIS编辑器，则在工作区
10、中键入编辑器，则在工作区中键入“fuzzyfuzzy”9谷风优质隶属函数编辑器隶属函数编辑器下面下面3 3种方式中的任何一个都可打开隶属函数编辑器：种方式中的任何一个都可打开隶属函数编辑器：拉下拉下editedit菜单项，选定菜单项，选定“Edit Membership Edit Membership FunctionsFunctions”。双击输出变量图标。双击输出变量图标。在命令行键入在命令行键入“mfeditmfedit”。10谷风优质模糊规则编辑器模糊规则编辑器o在前面已经完成了对变量命名，同时各变量的隶属函数在前面已经完成了对变量命名，同时各变量的隶属函数也有了适当的形状和名字，下面
11、开始编辑模糊规则。也有了适当的形状和名字，下面开始编辑模糊规则。o有两种方法可以调用模糊规则编辑器：有两种方法可以调用模糊规则编辑器：在在FISFIS编辑器（同样也可在隶属函数编辑器）中的编辑器（同样也可在隶属函数编辑器）中的viewview菜单中选定菜单中选定“Edit rulesEdit rules”在命令行中键入在命令行中键入“ruleeditruleedit”11谷风优质模糊规则观察器模糊规则观察器o模糊规则观察器的功能是可以令用户观察模糊推理图，模糊规则观察器的功能是可以令用户观察模糊推理图，并观察模糊推理系统的行为是否与预期的一样。并观察模糊推理系统的行为是否与预期的一样。o要打开
12、模糊规则观测器，可在工作区中键入要打开模糊规则观测器，可在工作区中键入“ruleview”或从或从FIS编辑器（同样也可以从隶属函数编辑器（同样也可以从隶属函数编辑器或模糊规则编辑器）的编辑器或模糊规则编辑器）的view菜单中选择菜单中选择“View rules”12谷风优质输出曲面观察器输出曲面观察器o如果要看到模糊推理系统的全部输出曲面，也就是与整如果要看到模糊推理系统的全部输出曲面，也就是与整个输入区间相对应的整个输出区间，则需要打开模糊逻个输入区间相对应的整个输出区间，则需要打开模糊逻辑工具箱中的输出曲面观察器辑工具箱中的输出曲面观察器o要打开输出曲面观察器，可在工作区中键入要打开输出
13、曲面观察器，可在工作区中键入“surfview”或从或从FIS编辑器（同样也可以从隶属函数编辑器（同样也可以从隶属函数编辑器、模糊规则编辑器或模糊规则观察器）的编辑器、模糊规则编辑器或模糊规则观察器）的View菜单中选择菜单中选择“View surface”13谷风优质自定义模糊推理系统自定义模糊推理系统o如果用户想在使用模糊逻辑工具箱时将自定义函数包括如果用户想在使用模糊逻辑工具箱时将自定义函数包括进去，那么需要遵循下面的规定，即用户提供的进去，那么需要遵循下面的规定，即用户提供的ANDAND方方法、法、OROR方法、聚类方法和反模糊化方法需要与方法、聚类方法和反模糊化方法需要与MATLAB
14、MATLAB中中的的max,min,max,min,或或prodprod的工作方式相似的工作方式相似, ,即，他们必须能向即，他们必须能向下运算矩阵的列下运算矩阵的列. .o如与如与minmin函数相似，蕴含应当对矩阵一列一列地运算函数相似，蕴含应当对矩阵一列一列地运算. . a=1 2;3 4; a=1 2;3 4; b=2 2;2 2; b=2 2;2 2; min(a,b) min(a,b) ans= ans= 1 2 1 2 2 2 2 214谷风优质o用户可以用用户可以用M M文件建立自己的隶属函数。（文件建立自己的隶属函数。（0-10-1之间）之间）o自定义隶属函数的限制是其参数不
15、能超过自定义隶属函数的限制是其参数不能超过1616个。个。o例如，要建立一个名为例如，要建立一个名为“custmfcustmf”的自定义隶属函数，则的自定义隶属函数，则步骤如下：步骤如下：为函数建立一个为函数建立一个M M文件文件custmf.mcustmf.m，其取值在，其取值在0-10-1间，且参数间，且参数最多为最多为1616个。个。在隶属函数编辑器的在隶属函数编辑器的EditEdit菜单选择菜单选择“Add Custom MFAdd Custom MF”, ,弹弹出一个对话框。出一个对话框。在弹出对话框的在弹出对话框的M-file function nameM-file functio
16、n name文本框中输入自定文本框中输入自定义隶属函数的义隶属函数的M M文件名文件名“custmfcustmf”。在在Parameter listParameter list文本框中输入在自定义隶属函数中想要文本框中输入在自定义隶属函数中想要使用的参数矢量。使用的参数矢量。15谷风优质在在MF nameMF name文本框中对自定义隶属函数制定一个名称。文本框中对自定义隶属函数制定一个名称。这个名称必须与模糊推理系统中使用的其它任何历数函这个名称必须与模糊推理系统中使用的其它任何历数函数的名称都不相同。数的名称都不相同。单击该弹出对话框的单击该弹出对话框的“OKOK”按钮。按钮。16谷风优质
17、2.32.3模糊逻辑工具箱的命令行工作方式模糊逻辑工具箱的命令行工作方式2.3.12.3.1系统结构参数系统结构参数系统结构参数主要有：系统结构参数主要有：readfis, setfis, getfis, showfis, structurereadfis, setfis, getfis, showfis, structurep要载入一个已存在的名为要载入一个已存在的名为“aaa.fisaaa.fis”的模糊推理系统，的模糊推理系统，须在工作区中键入：须在工作区中键入：a=readfis(a=readfis(aaa.fisaaa.fis);); MATLAB MATLAB工作区将输出该模糊推理
18、系统的如下信息：工作区将输出该模糊推理系统的如下信息：namename（系统名称），（系统名称），typetype（推理类型），（推理类型），andMethodandMethod（与算子），（与算子），orMethodorMethod（或算子），（或算子），defuzzMethod(defuzzMethod(反反模糊化方法模糊化方法) )，impMethodimpMethod（蕴含算子），（蕴含算子），aggMethod(aggMethod(聚聚类算子），类算子），input(input(输入向量维数输入向量维数) )，output(output(输出向量维输出向量维数数) ,rule() ,
19、rule(模糊规则个数模糊规则个数) )17谷风优质o函数函数getfis(a)o与函数与函数getfis对应的函数是对应的函数是setfis，使用该函数可以，使用该函数可以改变改变FIS的任何属性。如要改变系统的名称：的任何属性。如要改变系统的名称： a=setfis(a,name,gratuity) 则将系统名称设置为则将系统名称设置为gratuity.o使用函数使用函数showfis(a)可以更深入地看到可以更深入地看到FIS的结构的结构o当变量当变量a被指定为某一个模糊推理系统时，在命令行可被指定为某一个模糊推理系统时，在命令行可以直接调用该模糊推理系统以直接调用该模糊推理系统5个个G
20、UI的任何部分。的任何部分。18谷风优质oFuzzy(a):Fuzzy(a):调出调出FISFIS编辑器编辑器oMfedit(a):Mfedit(a):调出隶属函数编辑器调出隶属函数编辑器oRuleedit(a):Ruleedit(a):调出模糊规则编辑器调出模糊规则编辑器oRuleview(a):Ruleview(a):调出模糊规则观察器调出模糊规则观察器oSurfview(a):Surfview(a):调出输出曲面观察器调出输出曲面观察器19谷风优质2.3.22.3.2系统显示函数系统显示函数o模糊逻辑工具箱在命令行中设计了模糊逻辑工具箱在命令行中设计了3 3个函数，可以用它个函数，可以用
21、它们得到高水准的模糊推理系统图形。们得到高水准的模糊推理系统图形。oplotfis(a)-plotfis(a)-绘制出与绘制出与FISFIS编辑器上相同的全系统模编辑器上相同的全系统模块图块图oplotmfplotmf如果所有的如果所有的MATLABMATLAB图形或图形或GUIGUI窗口都已被关闭，函数窗口都已被关闭，函数plotmfplotmf将画出与给定变量相关联的所有隶属函数。将画出与给定变量相关联的所有隶属函数。 其使用格式为：其使用格式为： plotmf(a,plotmf(a,inputinput,1),1) plotmf(a, plotmf(a,outputoutput,1),1
22、)20谷风优质如果如果5 5个图形化工具中的任何一个是打开的，那么调用个图形化工具中的任何一个是打开的，那么调用plotmfplotmf后，隶属函数图将以后，隶属函数图将以GUIGUI或或MATLABMATLAB图的方式显示。图的方式显示。ogensurf-gensurf-画出给定系统输入变量中的任一个或两个画出给定系统输入变量中的任一个或两个与输出变量中的任一个之间的图形，该图形是二维曲线与输出变量中的任一个之间的图形，该图形是二维曲线或三维曲面。或三维曲面。21谷风优质2.42.4模糊控制器与模糊控制器与SimulinkSimulink的连接的连接将模糊系统嵌入将模糊系统嵌入Simulin
23、k的步骤如下：的步骤如下：o载入模糊推理系统载入模糊推理系统o打开打开Simulink模型模型o设定模糊控制器的输入与输出设定模糊控制器的输入与输出 22谷风优质23谷风优质o设计一模糊控制器使其超调量不超过1%，输出的上升时间Fuzzy Logic Toolbox,BrowserFuzzy Logic Toolbox,其下有两个选择对象，其下有两个选择对象，分别为分别为“Fuzzy Logic ControllerFuzzy Logic Controller”和和“Fuzzy Logic Fuzzy Logic Controller with RuleviewerController wit
24、h Ruleviewer”50谷风优质o将选项将选项“Fuzzy Logic ControllerFuzzy Logic Controller”或或“Fuzzy Logic Fuzzy Logic Controller with RuleviewerController with Ruleviewer”拖到拖到SimulinkSimulink仿真系统仿真系统中，双击其图标，出现如下对话框：中，双击其图标，出现如下对话框：51谷风优质o一个一个FISFIS结构的输入变量的个数往往多于一个，但因为结构的输入变量的个数往往多于一个，但因为“Fuzzy Logic ControllerFuzzy Logic Controller”的图标是单输入的，因此的图标是单输入的，因此需要用到一个向量信号组合工具。需要用到一个向量信号组合工具。oSimulinkSignal RoutingMuxSimulinkSignal RoutingMux拖到拖到SimulinkSimulink仿真系仿真系统中统中52谷风优质
