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模糊控制系统的Matlab仿真过程.pdf

模糊控制系统的Matlab仿真过程

haha
2012-05-07 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《模糊控制系统的Matlab仿真过程pdf》,可适用于人文社科领域

模糊控制系统的Matlab仿真过程孙施良王阳明(上海大学上海)TheMatlabSimulatingProcessofaFuzzyControlSystemSUNShiliang。WANGYangming(ShanghaiUniversityShanghaiChina)摘要:以一个车辆速度控制系统为例阐述了使用Matlab仿真模糊控制系统的一般步骤。通过仿真试验着重介绍了模糊控制环节各个要素对控制系统的影响。关键词:Simulink比例因子解模糊中图分类号:TP.文献标识码:A文章编号:l一()lOAbstract:Thispaperpresentstheusualprocessofsimulatingafuzzycontrolsystemusing收稿日期:thetoolofMatlabsoftware.TheintroductioniSbasedonthespeedcontroloftheautomobile.Throughthesimulatingexperimenthowafewfactorsofthefuzzycontrollerinfluencedthecontrolsystemisespeciallyintroduced.Keywords:Simulinkscalinggainsdefuzzification引言Matlab于l年由MathWorks软件公司推出是一种用于科学计算的高性能语言。它集数值上述装置采用的是DTMF编码控制方式密码容量大其接收、发送装置原理电路如图所示。匝匝亟圆臣巫)匝亟园(a)发射器(b)接收器图无线密码遥控接收、发射装置其工作过程为:机站开机时由负责人从密码键盘输入设定的密码并由DTMF编码器MK编码由无线长波发射组件T以长波形式向外发射由主机内接收器的长波接收组件Tl接收解调出DTMF编码信号送DTMF译码器译码经对码后送入执行器件对主机开锁工作若送入密码与内置密码不对经限时、限次处理后仍不符合转入相应报警电路从而有效加强了机站的主机安全管理避免事故出现。其次测控网络中通信器件中常用的串口部件为RSRS和RS等。它们有效通信距离各不相同但总体看都具有传输距离近、传输速率低和抗干扰能力差等缺点。因此使用它们仍是制约网络发展的一个重要因素。我们曾实验用编码/解·l·码集成电路芯片如SED/构成分布式测控网络现场级的串行通信上实践证明它们的使用不仅提高了传输速率扩大了传输距离并实现自动纠错重发使系统的通信具有比较高的可靠性因此不失为一种较好的现场级信号传输的方法。参考文献:阳宪惠.现场总线技术及其应用M.北京:清华大学出版社l.沈鑫剡.交换式以太网原理、技术及应用M.北京:人民邮电出版社。.陶波丁汉熊有伦.基于嵌入式Internet的工业控制J.测控技术。。():.洪锡军。等.基于Internet的功能远程监测报警系统J.上海交通大学学报.(i):.作者简介:郑欣(一)男贵州贵阳人电子技术工程师萨塞克斯大学硕士研究生研究方向为现代通信和远程测控网络郑字恒(一)男贵州贵阳人.英国伦敦大学学院博士研究生研究方向为GPS在城市峡谷中的应用计算机网络和效能网络优化。《机械与电子:}()维普资讯http:wwwcqvipcom计算、图形图像显示以及编程于一体是常用的控制系统分析与设计工具。年MathWorks软件公司为Matlab提供了新的控制系统图形化模型输入与仿真工具Simulink它是Matlab的一个扩展软件该工具很快就在控制工程界获得了广泛的认可使得仿真软件进入了系统模型的图形组态阶段。年Zadeh提出模糊控制的基本原理到了世纪年代末日本出现大量的模糊家电产品用事实证明了模糊控制的成功。模糊控制系统设计可以分为大类。一类是利用人的经验知识来设计模糊控制器再根据实际控制效果调试修正另一类方法是先建立被控对象的数学模型并由经验知识初步设计模糊控制器然后根据数学模型对控制系统的稳定性和性能指标等进行理论分析和仿真最后依据分析与仿真结果修正模糊控制器。前一种方法对于难以建立数学模型的复杂控制问题显得简单有效但是由于缺乏对象的数学模型无法对控制系统稳定性和性能指标等进行理论分析后一种方法与传统的控制方法思路类似但是弥补了传统控制方法只适用于线性系统的缺陷适用于一般的非线性系统。本文主要介绍如何借助Matlab中的Simulink模块通过仿真实验设计模糊控制系统。建立被控对象模型被控对象的微分方程如式()、式()所示是一个非线性对象。在Simulink中建立被控对象子系统并加以封装(masksubsystem)。所谓封装就是将一般子系统的内部结构隐藏起来当双击封装后的子系统时会弹出一个参数设置对话框可方便的对子系统内部参数进行设置。如在仿真过程中需要经常改变车体重量的值就可以在封装时添加变量d到对话框里之后就可以通过双击子系统来设置重量值d。(£)一一AP。(£)df(t)()(£)一一厂(£)“(£)()C式中(£)车辆的速度(m/s)车体重量(kg)A气动阻力常数(.Ns。/m。)d恒定摩擦力(N)厂驱动(刹车)力(N)《机械与电.子))()r驱动(刹车)时问常数(s)U控制力(N)建立模糊控制环节使用fuzzylogictoolbox建立模糊控制环节以速度误差e及其积分i为输入变量输出的控制变量为U。模糊控制规则中前提和结论的语言变量的取值为一系列模糊语言名称每个模糊语言名称对应一个模糊集合其个数决定了控制的精细程度。本例中语言变量的取值均定义为一一分别代表负大、负小、零、正小和正大并采用三角形模糊集合表示但需注意的是这些数字没有实际数值含义。变量eiU的隶属度函数均采用三角函数形式基本论域分别设定如下:eE一oiE一uE一解模糊方法暂定为中位数法(bisector)。设输出量U的模糊集合为C当U。是C的中位数时则有U。满足式()也就是说隶属度函数曲线与U轴之间的面积以U。为界两边相等。这就是中位数法的基本原理。f“fblc(“)du=Ic(“)du()口“建立控制系统模型及调整模糊控制器参数从Simulink界面中的librarybrowser中调出各种元件构造图形化控制系统模型如图所示。图控制系统仿真开始前先用readfis指令把控制环节读进仿真模型。例如Simulink通过工作空问的变量“获得控制环节信息且控制环节的文件名为fuzzycruise.fis则仿真前要执行Ⅱ一readfis(‘fuzzycruise’)指令(或直接通过FIS文件编辑器的菜单项把“导人工作空间者效果一样)。控制系统的仿真调试主要从以下个方面人手:调整输入输出变量论域(通过调整比例因子实现)选择不同的解模糊方法。通过适当调节使输出·】·维普资讯http:wwwcqvipcom达到控制系统要求在以上方法调整后仍无法满足要求时考虑进一步细化语言变量的取值相应地增加控制规则。在调节比例因子时应考虑到实际变量的变化范围特别是输出控制量不能超出执行机构的实际输出能力。在采用中位数法的前提下不断调整比例因子GG和G使系统达到较好的控制效果对GG和G的调整实际上是在不断改变控制器输入输出变量论域的大小调整后ei和U的论域范围分别相当于基本论域大小乘以l/Gl/G和G。比例因子调节前后系统的阶跃响应如图所示。当G一G一.和G一时输出效果良好达到了控制要求。图比例因子调节前后解模糊是以模糊推理产生的模糊集合为基础的。从模糊推理的角度解模糊方法可分为类一类解模糊方法是以每条控制规则经模糊推理产生的多个模糊集合为基础另一类则是以把这多个集合进一步合成产生的一个模糊集合为基础。Fuzzylogictoolbox中提供的Mamdani型模糊控制器的解模糊方法属于后一类。模糊逻辑工具箱里提供了种不同的解模糊方法可供使用centroidbisectormomlom和som。当GG.G时采用种不同的解模糊方法系统的阶跃响应如图所示最大隶属度中取最大(ore)和最大隶属度中取最小(som)种方法产生了剧烈的振荡而且在重新调整比例因子的情况下系统输出没有明显改善而采用中位数法时取得良好效果L。最大隶属度中取最大法和最大隶属度中取最小法只利用了几个点的信息不能充分利用模糊推理结果控··图不同解模糊方法制效果相对较差一些。结束语模糊控制系统设计过程中可变因素较多。如控制器输入输出变量的论域大小隶属度函数形式控制规则的内容、数量以及模糊推理策略和解模糊方法尤其在解模糊方法的选择上并无固定规律可循增加了系统设计的复杂程度有待进一步研究。参考文献:PassinoKevinMYurkovichStephen.FuzzycontrolM.北京:清华大学出版社..张葛样.李娜.Matlab仿真技术与应用M.北京:清华大学出版社.汤兵勇.路林吉等.模糊控制理论与应用技术M.北京:清华大学出版社..刘革辉.单杰峰.等.Matlab软件中的FuzzyLogic工具箱在模糊控制系统仿真中的应用J.计算机仿真l():~.马长华.朱伟兴.比例因子对模糊控制器动态性能的影响J.江苏理工大学学报(自然科学版)。.():O.Fuzzylogictoolboxuser’Sguide(version)Z.MathWorksInc..胡寿松.自动控制原理.版M.北京:科学出版社.钟权龙.姜长洪.等.改善模糊控制器动态特性的方法研究J.沈阳化工学院学报..():.作者简介:孙施良()男山东烟台人E海大学机电与自动化学院机电工程专业硕士研究生。《饥械与电子')()l一∞./n维普资讯http:wwwcqvipcom

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