摘 要： 介紹了用MATLAB5.1模糊邏輯工具箱設計模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" title="模糊控制器">模糊控制器" 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關鍵詞： MATLAB軟件 模糊控制? 計算機仿真
1964年美國的L.A.Zadeh教授創立了模糊集合理論，1974年英國的E.H.Mamdani研制出第一個模糊控制器。模糊控制不需要了解對象的精確數學模型，根據專家知識進行控制，近十年來得到了廣泛的應用。
模糊控制器的設計參數主要有：各輸入、輸出變量模糊子集的隸屬度函數，模糊控制規則，輸入輸出變量的比例變換因子等。要依據設計者的經驗和反復調試才能設計出一個比較好的模糊控制器。預先采用計算機仿真方法可盡快了解模糊控制的特性，可縮短設計周期。
二維模糊控制器應用較為廣泛。偏差和偏差變化作為模糊控制器的兩個輸入量。先對它們進行模糊量化處理，得到模糊變量E和EC，按模糊控制規則進行模糊決策得到模糊控制量U，再經過解模糊和比例變換得到實際控制量輸出。如圖1。
MATLAB軟件提供自動控制、信號處理、神經網絡、模糊邏輯、小波分析、圖象處理等諸多工具箱，功能強大應用廣泛。本文介紹用MATLAB5.1的模糊邏輯工具箱(Fuzzy Logic)設計模糊控制器，并用MATLAB的SIMULINK進行仿真的方法。
1 用MATLAB模糊邏輯工具箱設計模糊控制器
1.1 隸屬度函數的建立
若取E、EC、U的論域均為{－6，－5，－4，－3，－2，－1，0，1，2，3，4，5，6}，其模糊子集都為{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}。共有49條模糊控制規則。
在MATLAB中鍵入命令FUZZY，進入模糊邏輯編輯窗口FIS Editor。建立E、EC、U的隸屬度函數，有三角形、高斯形、梯形等11種可供選擇，在此選常用的三角形(trimf)隸屬度函數。圖2為E的隸屬度函數。
1.2 模糊控制規則及決策方法
控制規則是對專家的理論知識與實踐經驗的總結。共有49條規則，如表1所示。
在Rules Editor窗口中輸入這49條控制規則。例如：
if E is NB and EC is PS then U is PM
模糊決策一般采用Mamdani＇s(min－max)決策法。解模糊有重心法、等分法、最大隸屬度平均法等5種可供選擇，在此采用重心法(centroid)。
如此設計的模糊控制器的輸出與輸入的關系曲面圖如圖3所示。顯然模糊控制是一種非線性控制。
2 SIMULINK仿真及參數的調整
MATLAB提供的SIMULINK是一個用來對動態系統進行建模、仿真和分析的軟件包，它支持連續、離散及兩者混合的線性和非線性系統。SIMULINK包含多個子模型庫，每個子模型庫中又包含多個功能模塊。利用鼠標可直觀地“畫”出系統模型，然后直接進行仿真。仿真時可選擇各種數值算法、仿真步長等重要參數，并可用模擬示波器將仿真動態結果予以顯示，直觀高效。
圖4為在SIMULINK環境下，模糊控制器與一階滯后被控對象組成的采樣控制系統的仿真結構圖。
如果仿真的控制效果不滿意，一般首先調整比例變換因子ke、kec及ku,再調整模糊控制規則和隸屬度函數。
3 仿真結果
被控對象為G(s)＝e－20s/(100s+1)，采樣周期5s。通過仿真可看出一般的模糊控制器相當于非線性的PD控制，無積分作用，有靜差；在比例變換因子中ku對系統穩定性影響最大，過大時系統失穩。圖5為系統階躍輸入下被控對象的輸出響應曲線。
如把模糊控制器的輸出作為控制量的增量輸出，就可消除靜差，但這時ku應很小，否則會使系統不穩定。圖6為輸出的響應曲線及控制量變化曲線。
計算機仿真試驗對實際控制有重要指導意義。由上述模糊控制器的設計和仿真過程可看出MATLAB的模糊邏輯工具箱及SIMULINK有如下特點：
·可靈活地設計模糊控制器。在模糊邏輯工具箱中能方便地修改輸入輸出的論域、模糊子集、隸屬度函數、模糊控制規則、模糊決策方法及解模糊方案，然后仿真找到較佳的控制方案；
·可直接計算出模糊控制表，供單片機進行實際控制時使用。而人工計算此表非常繁瑣；
·在SIMULINK環境下，可組成更復雜的控制系統。如對象為時變、非線性，控制器為模糊與PID的混合形式。
參考文獻
1 何克忠，李偉.計算機控制系統.北京：清華大學出版社，1998
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