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模糊控制器的設(shè)計與實現(xiàn)

針對實驗的要求，我們選取洗衣機模糊控制系統(tǒng)作為本次實驗的研究對象。

下圖所示是全自動洗衣機模糊控制推理的框圖。先是通過傳感器檢測衣服上的各種信息，之后進行模糊化處理并確定衣量、臟污程度的隸屬函數(shù)，再經(jīng)過模糊推理和反模糊化處理最終得到洗滌時間的控制輸出量。

針對模糊控制器的每個輸入、輸出空間，要各自定義一個語言變量。對于洗衣機而言，可設(shè)衣量、臟污度兩個量為輸入語言變量。衣量的語言值定義為：特別少、少、較少、一般、較多、多、非常多；衣服臟污程度的語言值定義為：特別臟、臟、較臟、一般、較干凈、干凈、很干凈。

這里對所有輸入變量的語言值均取梯形的隸屬函數(shù)形式：下圖為輸入變量衣量、臟污度的語言值所對應(yīng)的隸屬函數(shù)仿真的結(jié)果。這里所有語言變量論域均取為

【-6 -4 -2 0 2 4 6 】

輸入衣量隸屬函數(shù)

輸入衣服臟污度隸屬函數(shù)

輸出語言變量其實就是模糊推理的后件，對于本實驗中得模糊控制器而言輸出語言變量就只是洗滌時間。洗滌時間的語言值設(shè)置可設(shè)置為：很短、短、較短、一般、較長、長、很長。

5、定義輸出變量各語言值的隸屬函數(shù)及論域

輸出語言變量語言值的隸屬函數(shù)如下圖所示。這里語言變量論域取【-10 -5 -2 0 2 5 10】

6、 模糊推理及模糊控制規(guī)則

模糊推理又是模糊控制系統(tǒng)的核心。以模糊概念為基礎(chǔ)，模糊控制信息可以通過模糊蘊涵和模糊邏輯的推理規(guī)則來獲取，并可以實現(xiàn)模擬人的決策過程。模糊控制器根據(jù)控制規(guī)則中蘊含的輸入、輸出模糊關(guān)系和實際的模糊取值，再通過模糊推理，和求解模糊關(guān)系方程即可得到輸出的模糊狀態(tài)。

在編輯器界面上點擊“View->Rules”界面，即可觀測模糊推理的過程，如

輸入變量衣量和臟污度關(guān)于輸出變量洗滌時間之間的整體相關(guān)情況如下圖所示：

7、對象選取以及simulink仿真

（1）任意設(shè)定一個二階系統(tǒng)為被控對象，如

（2）在simulink平臺下繪制出該控制對象的對于階躍響應(yīng)輸入的PID控制器和模糊控制器的系統(tǒng)框圖。結(jié)合以上的的控制規(guī)則并且在matlab下進行仿真。觀察記錄圖形如下：

（1）PID控制與模糊控制的圖形仿真結(jié)果及對比

兩種控制的仿真結(jié)果圖形對比

（2）實驗結(jié)果分析

由上圖可得，對于常規(guī)控制器即PTD控制器與模糊控制器相比較可知，PID達到穩(wěn)定時間較長（大約在10s左右）并且起初有一定的擾動才打到穩(wěn)定，而模糊控制器上升時間快，達到穩(wěn)定時間短（大概在5.8s左右）并且無較大擾動。但對于模糊控制器來說其精確度還不夠，其追蹤的穩(wěn)定性受其中的控制算法有關(guān)，同時對于具體的模糊控制的對象也有一定的影響，這也是導(dǎo)致其不夠穩(wěn)定的原因。

[1] 羅均、謝少蓉。智能控制工程及其應(yīng)用實例。化學(xué)工業(yè)出版社

[2]尹朝慶、尹浩。人工智能與專家系統(tǒng)。中國水利水電出版社

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2017-3-2 20:00 上傳

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