模糊控制的MALTAB系统仿真实验.doc

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可编程控制器

智能控制技术
仿真实验

题 目: 模糊控制系统MATLAB仿真实验报告
院系名称： 电气工程学院
专业班级： 电气F1102
学生姓名： 任飞
学 号： 201123910515

模糊控制系统MATLAB仿真实验报告
一、 实验目的
1、 通过本次设计，了解模糊控制的基本原理、模糊模型的建立和模糊控制系统的设计过程。
2、 熟悉在MATLAB下建立模糊控制器的方法，并能利用MATLAB对给定参数的模糊控制系统予以仿真
二、 实验项目
1、实验题目
本设计要求设计一个采用模糊控制的加热炉温度控制系统。被控对象为一热处理工艺过程中的加热炉，加热设备为三相交流调压供电装置，输入控制信号电压为0~5V，输出相电压0~220V，输出最大功率180KW，炉温变化室温~625℃，电加热装置如图所示：

图1-1电加热装置示意图
3、 实验数据：本实验输入变量为偏差e和偏差的变化ec，输出变量为控制电压U，变量模糊集量化论域均为[-6 6]采用的常用的三角形隶属函数。

控制规则表：
U
输入变量ec
NB
NM
NS
ZO
PS
PM
PB
输 入 变 量 e
NB
NB
NB
NB
NB
NM
NS
ZO
NM
NB
NB
M,
M,
MS
ZO
ZO
NS
NV
NM
NM
NS
ZO
ZO
PS
ZO
NM
NS
NS
ZO
PS
PS
PM
PS
NS
ZO
ZO
PS
PM
PM
PB
PM
ZO
ZO
PS
PM
PM
PB
PB
PB
ZO
PS
PM
PB
PB
PB
PB

三、实验步骤
1、建立系统仿真图：在MATLAB主窗口单机工具栏中的Simulink快捷图标弹出“Simulink Library Browser”窗口，单击“Create a new model”快捷图标弹出模型编辑窗口。
依次将Signal Generator(信号源)、Subtract(减运算)、Gain（增益）、Derivative（微分）、Mux（合成）、Fuzzy Logic Controller(模糊逻辑控制器)、Transfer Fcn(传递函数)、Saturation(限幅)、Memory（存储器）、Scope（显示器）模块拖入窗口并连接成系统仿真图如图1-2

图1-2 系统仿真图
2、在模糊推理系统编辑器中设置变量：在MATLAB 命令窗口输入fuzzy并按回车键，启动FIS Editor(模糊推理系统编辑器)。
图1-3 FIS Editor界面
在FIS编辑器界面上执行菜单Edit → Add Variable → Input 为模糊控制系统添加变量，并将变量名修改为 E、EC输出变量为U。

图1-4双变量模糊推理系统界面
双击输入变量E，执行菜单命令Edit → Remove All MFs 然后执行命令 Add MFs 弹出Membership Function 对话框，将隶属函数的类型设置为gaussmf 并将隶属函数的数目修改为7。

在Current Membership Function 区域编辑模糊子集的名称及位置，将各变量的取值范围Range和显示范围Display Range 均设置为[-6 6]，在输入变量E 的图形显示区域选中相应的曲线，即可编辑该子集。语言值的隶属函数类型设置为高斯型函数Gaussmf ，名称分别设置为NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB，其参数（宽度、中心点）将会自动生成。

图1-5 输入变量E的参数设置
按同样的方式设置输入变量EC和输出变量U，但U的语言值隶属函数类型为三角形函数trimf

图1-6 输入变量EC的参数设置

图1-7 输出变量 U的参数配置
3在FIS中设置变量规则：在FIS Editor中执行菜单命令Editor → Rules 打开规则编辑器，将已知49条控制规则输入到Rule编辑器中。

图1-8 模糊编辑器规则设置
4、检验模糊规则输入/输出特性曲面：利用编辑器的View → Rules 和View → Surface 菜单命令即可得到模糊规则输入/输出特性曲面
图1-9 模糊规则特性曲面

图1-10 模糊输入输出特性曲面
5、对模糊控制系统进行仿真：将FIS与Simulink连接，执行FIS编辑器的菜单命令 File→Export to workspace，将当前模糊推理系统保存到MATLAB工作空间的推理矩阵中。
在Simulink中双击Fuzzy Logic Controller模糊逻辑控制器模块上单击鼠标右键然后选择Look Under Mask 选项，将FIS嵌入。

图1-11 FIS嵌入
四、 仿真结果
1、组初选参数进行仿真，当系统输入为阶跃信号时其系统响应如下：

2、 将系数再次仿真得到如下曲线。

五、遇到的问题
在进行仿真时遇到如下问题：
MinMax does not accept 'boolean' signals. The input and output signal(s) of 'untitled/Fuzzy Logic Controller/FIS Wizard/Defuzzification1/Max (COA)' must be one of the MATLAB 'uint8', 'uint16', 'uint32', 'int8', 'int16', 'int32', 'single', or 'double' data types, or one of the Fixed-point data types
解决方案：经检查，模糊控制模型搭建过程中按照实验指导来做完全没有错误，而实际操作中却会出现这样的提示。经网上搜集资料，“simulink模型窗口菜单中，Simulation-Configuration Parameters-Implement logic signals as boolean data前面默认的勾选去掉”可以解决。