模糊实验报告洪帅.doc

控制理论与控制工程智能控制基础课程实验报告专 业： 控制理论和控制工程 班 级： 双控研2016 姓 名： 洪 帅 任课教师： 马兆敏 2016年 12 月 4 日第一部分：模糊控制实验一 模糊控制的理论基础实验实验目的：1 练习matlab中隶属函数程序的编写，同时学习matlab数据的表达、格式、文件格式、存盘2 学习matlab中提供的典型隶属函数及参数改变对隶属度曲线的影响3 模糊矩阵合成仿真程序的学习4 模糊推理仿真程序实验内容（1） 要求自己编程求非常老，很老，比较老，有点老的隶属度函数。1隶属函数编程试验结果如图1-1图1-1隶属度函数曲线（2）完成思考题P80 2-2 写出W及V两个模糊集的隶属函数，并绘出四个仿真后的曲线。仿真曲线见图1-2，图1-2隶属度函数曲线2 典型隶属函数仿真程序学习下列仿真程序，改变各函数中的参数，观察曲线的变化，并总结各种隶属函数中其参数变化是如何影响曲线形状变换的。M=1 M=3M=3 M=4M=5 M=6图1-3 M在1、2、3、4、5、6时的图形2 模糊矩阵合成仿真程序：学习P31例2-10，仿真程序如下， （1） 完成思考题P81 2-5，并对比手算结果。完成思考题P81 2-4，并对比手算结果。（2） 2-5：(1) Matlab结果如下 P81 2-5手算结果：P= Q= R= S=(PQ)R=(PUQ)S=(PS)U(QS)=总结：手算结果和MATLAB运行结果一致。(2) （2）思考题P81 2-4 Matlab运行结果如下：P81 2-4题手算结果如下：总结：手算结果和MATLAB运行结果一致。4 模糊推理仿真程序： 学习P47 例2-16，仿真程序如下。（1） 完成思考题2-9，并对比手算结果。Matlab结果如下手算结果如下： 总结：手算结果和MATLAB运行结果一致。实验二 模糊控制实验（matlab中的模糊工具箱的使用及模糊控制器的应用）实验目的 matlab中的模糊工具箱的使用及模糊控制器的应用 实验内容 1） 模糊控制工具箱的使用2） 用fuzzy工具箱计算P82 2-14，要求求出控制器输出。3） 用FUZZY工具箱完成洗衣机模糊控制器设计要求求出控制器输出。完成模糊控制决策表。一、 模糊控制工具箱的使用简介1 输入输出的建立2 建立控制规则3 选择解模糊方法Maltlab提供5种解模糊化方法：1.centroid：面积重心法；2.bisector：面积等分法；3.mom：最大隶属度平均法；4.som：最大隶属度取小法；5.lom：最大隶属度取大法4 观察控制平面，控制器的输出二、 用fuzzy工具箱计算P82 2-14当e=0.6时，解模糊的u=3.33，如图2-1图2-1三、用FUZZY工具箱完成洗衣机模糊控制器设计。（1）题目分析：洗衣时间长短实际与衣物的脏污程度有关，太脏了就洗久点，不脏就可以洗快点。| 人类的操作经验是由模糊的自然语言描述的，在洗衣机的调节中，人类的操作经验是：| （1）“如果污泥越多，且油脂越多，洗涤时间就越长；”| （2）“如果污泥适中，且油脂适中，洗涤时间就适中；”| （3）“如果污泥越少，且油脂越少，洗涤时间就越短；” 通过分析可以知道这实际是一个开环的控制决策过程：输入是污泥度x与油污度y，输出是洗涤时间z。在该规则中对这些量进行衡量的是一些模糊词语，“多”、“少”、“长”、“短”。 （2）定义输入、输出模糊集| 将污泥x分为3个模糊集：SD（污泥少），MD（污泥中），LD（污泥多） 论域：0，50，100 | 将油脂分为3个模糊集：NG（油脂少），MG（油脂中），LG（油脂多） 论域：0，50，100 | 输出模糊集：| 将洗涤时间分为5个模糊集：VS（很短），S（短），M（中等），L（长），VL（很长）。 论域：0，10，25，40，60 单位s例如：模糊规则如下：洗涤时间z污泥x SD MD LD 油脂yNG VS* M L MG S M L LG M L VL （3）建立模糊控制器求：假设当前传感器测得信息为：x0（污泥）=60，y0（油脂）=70 观察控制推理过程。如图2-2。图2-4(4)建立控制决策表 x0=10，20,30,40,50,60，70,80,90，y0=10，20,30,40,50,60，70,80,90，分别取值时，控制器的输出。Matlab使用centroid：面积重心法求得如下表2-11020304050607080901014.31820.322.3253033.135.738.32014.617.319.521.92530.533.135.7383014.917.419.521.92530.533.135.7384015.11820.222.3253033.135.738.35015.418.320.522.6253033135.738.36022.824.225.727.53030.733.736.238.77024.227.428.530.633.133.73537.339.78025.728.530.73335.736.237.338.441.29027.530.63335.238.338.739.741.243.1表 2-1(5)改变输入输出变量的模糊值、隶属度函数的曲线、解模糊的方法等，观察控制器三维图以及控制器输出，四 实验要求 1 模糊化要求：将污泥X，油脂Y分别分成5个模糊子集，洗涤时间分成7个模糊子集，进行模糊化；将污泥X，油脂Y分别分成5个模糊子集，洗涤时间分成7个模糊子集，进行模糊化，要求分别绘制输入、输出的隶属度函数曲线，如图。图2-3 污泥隶属度函数曲线图2-4 油脂隶属度函数曲线图2-5 洗涤时间隶属度函数曲线2 设计模糊规则表：要求列出所设计的模糊规则表。3 模糊推理：要求写出：x0（污泥）=60，y0（油脂）=70时，模糊推理的推理过程图。采用的是重心法，推理过程如图2-6：图 2-64 选择解模糊的方法，得到控制器的控制决策表要求选择重心法以及最大隶属度法，汇总 x=10，20,30,40,50,60，70,80,90，y=10，20,30,40,50,60，70,80,90，时的。模糊控制决策表结果重心法如下表2-2以及最大隶属度法如下表2-31020304050607080901013.62024.525252527.4333520152024.227.630303032.435.83019.424.224.227.332.334.534.234.235.84024.227.627.327.632.13537.637.637.35027.232.132.332.134.937.34042.142.4603035353537.340.142.845.145.17032.837.937.737.94042.845.24847.880354042.742.542.545.14850.450.49035.54044.345.945.945.647.850.452表2-2 重心法1020304050607080901012.319.819.824.924.924.9303035.1201519.820.1303030303039.9301520.120.1303030303039.94024.93030303035.140.240.239.95024.93030303035.139.950.239.9603035.135.135.135.139.94545457035.139.939.940.239.94550.150.150.18035.140.239.940.240.24550.150.150.19040.239.939.950.150.150.150.150.128.2表2-2 最大隶属度法实验总结：通过fuzzy工具箱的使用完成洗衣机模糊控制器设计。对洗衣机的输入输出进行定义模糊集，控制洗衣机洗涤时间的输出，因为由于人为意识设置规则，得出的模糊规则表不足以模拟现实洗衣机的运行，最后解模糊化时采用重心法相对比较精确。实验三 模糊控制实验-小车沿直线行进的模糊控制仿真系统实验目的 模糊控制器的应用-小车沿直线行进的模糊控制仿真系统 实验内容 矿区除尘一直是煤矿生产的重要工作，这既是生产环境的要求也是对工作人员身体健康的保证。采用自动行进的洒水车进行除尘工作是矿区除尘的主要发展方向。模糊控制技术对于不确定系统具有良好的控制效果，所以引入模糊控制算法对矿区洒水车进行自动控制是解决道路凹凸影响的有效途径。洒水车行进轨迹一定的时候，洒水车相对预定轨迹的误差如图1所示。可以取其中两个量表示误差。一个是洒水车行进方向与预定轨迹的夹角，一个是洒水车中心点到预定轨迹的距离d。显然，当洒水车平稳行进的时候夹角和距离d将一直保持为0。但是当路面凹凸不平时，洒水车在行进路线上就会产生一定的偏移。对洒水车的控制就是控制这两个偏移量，使得洒水车在出现偏移后能自动调整方向回到预期轨迹上来。d预定轨迹图1 洒水车行进中的误差建立小车沿直线行进的模糊控制仿真系统1用fuzzy建立模糊控制器（1）输入为d，sitad的论域为【-1.2 +1.2】m，sita的论域为【-6 +6】0 输出为alfalf的论域为【-30 +30】0采用夹角和距离d作为输入，洒水车导向轮与车体偏转角作为输出量。以在预定道路右向为正，左向为负。由于路面不平带来的洒水车偏移一般都不大，设定夹角的范围是-66，距离d的范围是-1.2m1.2m，偏转角的范围是-3030， （2）建立模糊子集夹角NB（左偏大) NM（左偏中等) NS（左偏小） Z（夹角为0） PS（右偏小) PM（右偏中等) PB（右偏小)距离dNB（左偏大) NM（左偏中等) NS（左偏小） Z（偏转角为0） PS（右偏小) PM（右偏中等) PB（右偏小)偏转角NB（左偏大) NM（左偏中等) NS（左偏小） Z（偏转角为0） PS（右偏小) PM（右偏中等) PB（右偏小)（3）建立模糊规则表表1模糊控制规则dNBNMNSZPSPMPBNBPBPBPBPBPMPSZNMPBPMPMPMPSZZNSPBPMPMPSZZNSZPMPSPSZNSNSNMPSPSZZNSNMNMNBPMZZNSNMNMNBNBPBZNSNMNBNBNBNB（4）选择合适的反模糊化方法经过对比分析，最终选择重心法。2 利于matlab仿真程序观察控制效果实验总结：针对矿区道路凹凸不平导致洒水车行进产生偏移的现象，提出了除尘洒水车行进模糊控制算法，结果表明该方法对于洒水车突然出现的偏移可在较短距离内自动调整线路，恢复预期行驶路线，这将为矿区除尘洒水车的行进控制提供理论基础。