模糊控制Matlab仿真

說明：

a.控制對象為一階系統，目的是為了簡單，調通后可以修改控制對象，控制參數體會各個量對控制效果的影響。

b.一階系統直接施加輸入，如圖1所示的控制對象，上升時間會很大。完全可以使用PID控制使控制效果滿足需要。這里使用模糊控制來代替PID控制器。比較一下！

模糊控制器設計

模糊控制器的計算量是非常大的，我不從數學推導介紹。講一下利用matlab的模糊工具箱（Fuzzy logical toolbox)建立基本模糊控制器的方法。在命令行輸入fuzzy,就可以進入模糊推理系統編輯器（fis editor）。利用這個工具制作一個*.fis的文件。這個文件就是模糊控制器的核心！在simulink中和以往進行PID控制一樣建立模型。如圖1，在simulink的庫里點擊Fuzzy Logical toolbox，拖一個Fuzzyl logical controller with rule viewer，雙擊這個環節，在彈出的對話框的fis Matrix里填入你自己起的*.fis的名字，不需輸入后綴fis。

在設計模糊控制器（*.fis)前，要想好，你設計的控制器需要幾個輸入，幾個輸出。比如，本例中擬采用偏差E和偏差變化率Ec這兩個量作為模糊控制器的輸入，模糊控制器有一個輸出。很明顯，這是利用模糊控制器代替PD控制的。對應的模糊控制器的設計也要具有兩個輸入一個輸出。

利用matlab的Fuzzy logical toolbox 設計模糊控制器(生成*.fis文件）的關鍵步驟：

a.添加輸入輸出。

圖3.fis編輯器

默認的具有一個輸出，添加第二個輸入，并且分別命名為E，Ec，U。

b.確定隸屬函數。雙擊黃色和綠色的方框就可以進入隸屬函數編輯對話框了。設置E,Ec的range為[-6,6]，u的range為[-1,1]。然后每一個變量再添加4個輸入隸屬函數，總共7個。matlab提供了11種隸屬函數，第一次用選擇常用的三角形trimf，區別不大的。三角形隸屬函數有三個點確定，其實是三角形底邊兩個端點和中點。

c.確定模糊規則。

d.完畢。在窗口導出到磁盤，生成*.fis(如myexample.fis)即可。

分析

不要以為模糊控制可以模糊到弄個差不多就可以控制了。不是的！圖1中這個仿真中用到了3個系數，Gain，Gain1，Gain2。調整這三個系數都會對整個控制效果有很大影響。

說明：

a.很明顯發這三個參數對控制器的性能有很大的影響，所以不要指望，基本模糊控制器可以實現不用人工調整就可以。

b.三個參數中Gain類似于PD控制中的P，過小則穩態誤差大，上升時間長。過大，穩態誤差小了，上升時間小了，但是出現超調，繼續增大則出現振蕩。

c.參數Gain2類似于PD控制中的D，可以調整系統的"阻尼"。對于電容-電阻電路，傳遞函數分母為Ts+1，T=RC為系統的時間常數。修改Gain2可以改善系統的時間常數，使上升時間減小或增加。其作用相當于改變電容大小，放電時間減小或增大。對于機械的彈簧-阻尼系統，T=f/k，調整D相當于改變f。由仿真知，Gain2可以從負到正改變，值越大，系統的上升時間越大，響應越慢。當改為負值時，系統地上升時間越來越小，以至于阻尼太小，發生振蕩。

d.參數Gain1可修改的范圍比較大。對系統的影響相對較小。它是對誤差E的放大，或縮小，只要合適就行了。

仿真建立modle文件

注意事項

在仿真中使用matlab7.0，模糊控制工具箱，一運行就出錯，提示一個max控件不能接受boolean輸入。解決方法在上篇日志中意給出。還有一個是仿真中要加零階保持器。否則，系統當連續系統運行，很慢！有時仿真中會提示警告，說步長過大，就不最大步長由自動改為較小的值。另外，*fis文件名必須和模糊控制器名字一致。

感悟

在很多的控制系統中，不是采用這種方式的，都是離線的計算一張所謂控制表。它與控制規則表類似。因為大多控制器采用單片機或DSP,這樣從頭到尾計算量太大。控制表使用時，檢測到輸入和輸出，把它歸為正大正小這些等級，四舍五入也好，別的方法也行，就丟失一些信息，換來速度，直接查表，也是一個數，把這個輸作為控制量。整個過程完全就是精確控制，盜用模糊控制的名字而以。

由分析可知，選擇E，Ec的基本模糊控制基本就是PID控制效果，因為沒有選擇E積分，穩態誤差沒法消除。所以可以用PID控制的，再使用模糊控制就沒有什么意思了。只是用來學習一下思路。

模糊控制真正的那些不能用PID的場合發揮作用。比如洗衣機，找不到數學模型時候，才能發揮它的魅力所在