模糊控制設計控制器

模糊控制的具體過程不詳細介紹，具體參考例子參考博客：https://www.cnblogs.com/long5683/p/9963488.html

問題

使用一個具體的問題來解釋模糊控制器的設計：設計一個模糊控制器，通過控制進水電磁閥V1的開啟度，將液位穩定在倒錐形容器的液位高度h。變量的量化等級均為5級，取5個語言值。設計模糊控制器
圖如下：

一維模糊控制器

設計:
$e=h_0?h$
則為$e$的大小分成五類：負大（NB）、負小（NS）、零（$Z_O$）、正小（PS）、正大（PB）
根據偏差e的變化范圍分為五個等級：-2，-1，0，+1，+2。得到水位變化（e）模糊表：

控制量u為調節閥門開度的變化。將其分為五個模糊集：負大（NB），負小（NS），零（ZO），正小（PS），正大（PB）。并將u的變化范圍分為七個等級：-3，-2，-1，0，+1，+2，+3。得到控制量（u）模糊劃分表。

根據日常的經驗，設計以下模糊規則：

（1）“若e負大，則u負大”

（2）“若e負小，則u負小”

（3）“若e為0，則u為0”

（4）“若e正小，則u正小”

（5）“若e正大，則u正大”

其中，排水時，u為負，注水時，u為正。

上述規則采用“IF A THEN B”形式來描述：

（1） if e=NB then u=NB

（2） if e=NS then u=NS

（3） if e=0 then u=0

（4） if e=PS then u=PS

（5） if e=PB then u=PB

下面是matlab程序：

a=newfis('fuzzf'); %輸入 f1=1; a=addvar(a,'input','e',[-2*f1,2*f1]); a=addmf(a,'input',1,'NB','trimf',[-2*f1,-2*f1,-1*f1]); a=addmf(a,'input',1,'NS','trimf',[-2*f1,-1*f1,0]); a=addmf(a,'input',1,'Z','trimf',[-1*f1,0,1*f1]); a=addmf(a,'input',1,'PS','trimf',[0,1*f1,2*f1]); a=addmf(a,'input',1,'PB','trimf',[1*f1,2*f1,2*f1]); %輸出 f8=1; a=addvar(a,'output','u',[-3*f8,3*f8]); a=addmf(a,'output',1,'NB','trimf',[-3*f8,-3*f8,-1*f8]); a=addmf(a,'output',1,'NS','trimf',[-3*f8,-1*f8,1*f8]); a=addmf(a,'output',1,'Z','trimf',[-2*f8,0,2*f8]); a=addmf(a,'output',1,'PS','trimf',[-1*f8,1*f8,3*f8]); a=addmf(a,'output',1,'PB','trimf',[1*f8,3*f8,3*f8]); %規則庫 rulelist=[1 1 1 1; %第一列為輸入，第二列為輸出，第三列為權重（一般取1），第四列為and/or（1為and，2為or）2 2 1 1; %第一第二列的1為NB，2為NS，3為Zo，4為PS，5為PB，具體規則參考規則表上。3 3 1 1;4 4 1 1;5 5 1 1;]; a=addrule(a,rulelist); showrule(a) a1=setfis(a,'DefuzzMethod','mom'); writefis(a1,'fuzzf'); a2=readfis('fuzzf'); figure(1);plotfis(a2); figure(2);plotmf(a,'input',1); figure(4);plotmf(a,'output',1); %disp('fuzzy Controller table:e=[-3,+3],ec=[-3,+3]');%顯示矩陣和數組內容 %推理 for i=1:1:5 %因為輸入變化等級有五個e(i)=i-3; %變化等級的范圍在-2~+2Ulist(i)=evalfis([e(i)],a2); end Ulist=round(Ulist) %單獨推理 E=-1; %e為NS時進行推理 u=evalfis(E,a2);

一維模糊控制器的系統框架圖如下：

e的隸屬函數圖像如下：

u的隸屬函數圖如下：

二維模糊控制器

在上面的基礎上，引入偏差變化量（$ec$），此處ec為NB意思是加水快，NS為加水慢，Z為加水無變化，PS為排水慢，PB為排水快速。因此我們可以得到25條規則如下：

這里仔細解釋一下，黑色的字體為U的動作，紅色字體橫著的為輸入水位偏差e，豎著的為偏差變化量ec。
舉個例子：
If e=NB and ec=NB then U=NB (如果水位極高，水加的快，則排水排的快）
if e=PS and ec=PB then U=PB （如果水位略微低，水排的很快，則需要加水加大）
此時我們已經有了規則表，因此直接進入matlab上程序：

a=newfis('fuzzf'); %e f1=1; a=addvar(a,'input','e',[-2*f1,2*f1]); a=addmf(a,'input',1,'NB','trimf',[-2*f1,-2*f1,-1*f1]); a=addmf(a,'input',1,'NS','trimf',[-2*f1,-1*f1,0]); a=addmf(a,'input',1,'Z','trimf',[-1*f1,0,1*f1]); a=addmf(a,'input',1,'PS','trimf',[0,1*f1,2*f1]); a=addmf(a,'input',1,'PB','trimf',[1*f1,2*f1,2*f1]); %ec f2=1; a=addvar(a,'input','ec',[-2*f2,2*f2]); %這里我們的ec還是選擇五個模糊集的語言 a=addmf(a,'input',2,'NB','trimf',[-2*f2,-2*f2,-1*f2]); a=addmf(a,'input',2,'NS','trimf',[-2*f2,-1*f2,0]); a=addmf(a,'input',2,'Z','trimf',[-1*f2,0,1*f2]); a=addmf(a,'input',2,'PS','trimf',[0,1*f2,2*f2]); a=addmf(a,'input',2,'PB','trimf',[1*f2,2*f2,2*f2]); %u f8=1; a=addvar(a,'output','u',[-3*f8,3*f8]); a=addmf(a,'output',1,'NB','trimf',[-3*f8,-3*f8,-1*f8]); a=addmf(a,'output',1,'NS','trimf',[-3*f8,-1*f8,1*f8]); a=addmf(a,'output',1,'Z','trimf',[-2*f8,0,2*f8]); a=addmf(a,'output',1,'PS','trimf',[-1*f8,1*f8,3*f8]); a=addmf(a,'output',1,'PB','trimf',[1*f8,3*f8,3*f8]); %rule rulelist=[1 1 1 1 1; %這里第一列為輸入e，第二列為輸入ec，第三列為輸出u1 2 1 1 1;1 3 1 1 1;1 4 3 1 1;1 5 4 1 1;2 1 1 1 1;2 2 1 1 1;2 3 2 1 1;2 4 3 1 1;2 5 4 1 1;3 1 1 1 1;3 2 2 1 1;3 3 3 1 1;3 4 4 1 1;3 5 5 1 1;4 1 2 1 1;4 2 3 1 1;4 3 4 1 1;4 4 5 1 1;4 5 5 1 1;5 1 2 1 1;5 2 3 1 1;5 3 5 1 1;5 4 5 1 1;5 5 5 1 1;]; a=addrule(a,rulelist); showrule(a) a1=setfis(a,'DefuzzMethod','mom'); writefis(a1,'fuzzf'); a2=readfis('fuzzf'); disp('fuzzy Controller table:e=[-2,+2],ec=[-2,+2]'); %推理 Ulist=zeros(5,5); %這里的ulist為一個5x5的矩陣 for i=1:5for j=1:5e(i)=-3+i;ec(j)=-3+j;Ulist(i,j)=evalfis([e(i),ec(j)],a2);end endUlist=round(Ulist)' figure(1); plotfis(a2); figure(2);plotmf(a,'input',1); figure(3);plotmf(a,'input',2); figure(4);plotmf(a,'output',1);

整個二維模糊控制器的框架圖如下：

e的隸屬函數圖如下：

ec的隸屬函數圖如下：

u的隸屬函數圖如下：

補充

此處的輸入量化等級是題目要求為五級，正常情況，可以自行根據情況選擇，若等級選擇高了會更精細，但是系統復雜程度會上升。變量的語言值也可以選擇多幾個，例如PM、NM等。
二維模糊控制器的設計過程中，該控制器的規則表可以自行定義，程序運行后能與自己設計的規則對應到就行。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的模糊控制控制器设计的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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