模糊控制的MATLAB实现具体过程省名师优质课获奖课件市赛课一等奖课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本幻灯片资料仅供参考，不能作为科学依据，如有不当之处，请参考专业资料。谢谢,MATLAB,含糊逻辑工具箱,工具,命令行函数（以,.m,文件存放）,图形交互工具,(GUI,Graphical User Interface),(,图形用户界面,),接口仿真逻辑模块（,Simulink,环境）,建立含糊逻辑推理系统,图形交互工具箱提供图形化工含有五类：,含糊推理系统编辑器,Fuzzy,隶属度函数编辑器,Mfedit(Membership function),含糊规则编辑器,Ruleedit,含糊规则观察器,Ruleview,含糊推理输入输出曲面视图,Surfview(Surface),第1页,第2页,含糊推理系统编辑器,Fuzzy,处理最顶层构建问题，比如输入输出变量数目、变量名等,激活（进入）方法：命令窗口,(command window),执行,Fuzzy,命令。,激活含糊推理系统系统编辑器：,第3页,组成,输入含糊变量图形框,双击,Mfedit,含糊规则图形框,双击,Ruleedit,输出含糊变量图形框,双击,Mfedit,基本属性,第4页,基本属性包含：,含糊集合合成运算（连接词运算）,and,min,（最小法）,prod,（乘积法）,第5页,or,max,（最大法）,prober,（概率法）prober(a,b)=a+b-ab,第6页,2.,蕴涵计算,(Implication),min,prod,（乘积法）,第7页,3.,输出合成计算,Aggregation,（含糊规则综合采取方法）,Aggregation,max,prober,（概率法）,sum,（求和法）,prober(a,b)=a+b-ab,第8页,4.,逆含糊化计算,(Defuzzification),centroid,（重心法）,mom,（平均最大隶属度法）,som,（最大隶属度函数中取最小值法）,bisector,（面积平分法）,lom,（最大隶属度函数中取最大值法）,在命令窗口键入,mfedit,可激活隶属度函数编辑器,第9页,MATLABFIS,结构和存放,1,、,FIS(,含糊推理系统,),结构,含糊推理系统是以一个,FIS,结构来表示和存放,访问方法,GUI,工具,函数,结构名,.,组员名,2,、存放（,.fis,文件）,访问,readfis,读,writefis,写,第10页,命令函数,1,、隶属度函数,函数,trimf(,表示,triangular membership function),格式：,y=trimf(x,a b c),其中：参数,x,指定变量论域范围，参数,a,b,和,c,指定三角形函数形状，该函数在,b,点处取最大值,1,，,a,c,点为,0,。,例：建立三角形隶属度函数并绘制曲线。,x=0:0.1:10;,y=trimf(x,3 6 8);,plot(x,y),xlable(trimf,P=3 6 8),功效：建立三角形隶属度函数。,第11页,函数,trapmf(trap,表示,trapezium,梯形,),格式：,y=trapmf(x,a b c d),其中：参数,x,指定变量论域范围，参数,a,b,c,和,d,指定梯形隶属度函数形状，该函数在,b,c,点处取最大值,1,，,a,d,点为,0,。,功效：建立梯形隶属度函数。,例：,x=0:0.1:10;,y=trapmf(x,1 5 7 8);,plot(x,y),xlable(trapmf,P=1 5 7 8),第12页,函数,gaussmf,格式：,y=gaussmf(x,sig c),功效：建立高斯型隶属度函数。,其中：参数,x,指定变量论域范围，参数,c,决定了函数中心点，,sig,决定了函数曲线宽度,。,高斯函数表示式为：,例：,x=0:0.1:10;,y=gaussmf(x,2 5);,plot(x,y),xlable(gaussmf,P=2 5),第13页,函数,zmf,格式：,y=zmf(x,a b),功效：建立,Z,型隶属度函数。,说明：曲线在（,a,b,）之间是光滑样条曲线，在,a,左段为,1,，,b,右段为,0,跳跃点是,(a+b)/2,。参数,x,指定变量论域范围。,例：,x0:0.1:10;,y=zmf(x,2 8);,plot(x,y),xlable(zmf,P=2 8),第14页,函数,smf,格式：,y=smf(x,a b),功效：建立,S,型隶属度函数。,说明：曲线在（,a,b,）之间是光滑样条曲线，在,a,左段为,0,，,b,右段为,1,跳跃点是,(a+b)/2,。参数,x,指定变量论域范围。,例：,x=0:0.1:10;,y=smf(x,2 8);,plot(x,y),xlable(smf,P=2 8),第15页,2,、含糊逻辑系统输入输出变量及隶属度函数添加,函数,addvar,功效：向含糊推理系统中添加语言变量。,格式：,a=addvar(a,varType,varName,varBounds),说明：参数列表中，,a,为含糊推理系统对应矩阵变量名，,varType,用于指定语言变量类型为字符型（如,input,或,output,）；,varName,用于指定语言变量名；,varBounds,用于指定语言变量论域范围。,注意：对于添加到同一个含糊推理系统语言变量，按先后次序自动编号，编号从,1,开始，逐步递增。对于分属于输入与输出不一样语言变量则独立地分别编号。,例：,a=newfis(tipper);/,创建并返回一个新,FIS,系统,a=addvar(a,input,service,0 10);,getfis(a,input,1)/,取得,FIS,部分或全部属性,第16页,函数,addmf,功效：向含糊推理系统语言变量添加隶属度函数。,格式：,a=addmf(a,varType,varIndex,mfName,mfType,mfParams),说明：隶属度函数只能为含糊推理系统中已经存在某一语言变量语言值添加隶属度函数。参数列表中，,a,为含糊推理系统对应矩阵变量名，,varType,指定语言变量类型字符串（如,input,或,output,）；,varIndex,指定语言变量编号数字；,mfName,指定隶属度函数名称；,mfType,指定隶属度函数类型；,mfParams,指定隶属度函数参数。,第17页,注意：对于每个语言变量隶属度函数按该函数被添加次序编号，编号从,1,开始，依次递增。,例：,a=newfis(tipper);,a=addvar(a,input,service,0 10);,a=addmf(a,input,1,poor,guassmf,1.5 0);,a=addmf(a,input,1,good,guassmf,1.5 5);,a=addmf(a,input,1,excellent,guassmf,1.5 10);,plot(a,input,1),第18页,3,、,FIS,系统相关操作,函数,newfis,功效：创建并返回一个新含糊推理系统。,格式：,a=newfis(fisName),函数,readfis,功效：从磁盘中读出并返回含糊推理系统结构变量。,格式：,Fismat=readfis(filename),例：,fismat=readfis(tipper);/tipper.fis,已经存在,说明：打开一个由,filename,指定数据文件（,.fis,），并将其加载到当前工作空间,(Workspace),中变量,Fismat,中。,第19页,函数,getfis,功效：取得含糊推理系统部分或全部属性。,格式：,getfis(a)/,显示系统全部属性,getfis(a,fisprop)/,显示系统某一属性,getfis(a,vartype,varindex,varprop),例：,a=readfis(tipper);,getfis(a),输出结果：,Name=tipper,Type=mamdani,NumInputs=2,第20页,例：,getfis(a,input,1),注：属性为,input,或,output,时，后面第三个参数指定某一个输入或输出语言变量。,输出结果：,Name=service,NumMFs=3,MFLabels=poor good excellent,Range=0 10,例：,getfis(a,input,1,name),输出结果：,service,第21页,函数,showfis,功效：以分行形式显示含糊推理系统矩阵全部属性。,格式showfis(fismat),函数,writefis,功效：将以矩阵形式保留在内存中含糊推理系统数据写入磁盘文件中。,格式：,writefis(fismat,filename),例：,writefis(a,my_file),type my_file.fis,第22页,函数,setfis,功效：设置、改变含糊推理系统属性。,格式：,FIS2=setfis(fis1,fispropname,newPropValue),说明：参数,fis1,指明含糊推理系统名称；,fispropname,指明含糊推理系统全局属性；,newPropValue,指明此属性新值。,例：,a=readfis(tipper);,a2=setfis(a,DefuzzMethod,mom);,Defuzzification:,centroid,（重心法：系统默认）,mom,（平均最大隶属度法）,som,（最大隶属度函数中取最小值法）,bisector,（面积平分法）,lom,（最大隶属度函数中取最大值法）,第23页,4,、系统图形显示函数,函数,plotfis,功效：绘制含糊推理系统推理过程结构框图。,例：,plotfis(tipper),函数,plotmf,功效：绘制语言变量全部语言值隶属度函数曲线。,格式：,plotmf(fismat,varType,varIndex),说明：参数,fismat,指明含糊推理系统对应矩阵变量名称；,varType,指明变量类型（,input,或,output,）；,varIndex,指明输入或输出语言变量编号。,例：,plotmf(a,input,2),第24页,5,、含糊规则建立,函数,addrule,功效：向含糊推理系统添加含糊规则。,格式：,a=addrule(a,rulelist),说明：参数,a,为含糊推理系统对应矩阵变量名称，,rulelist,以向量形式给出需要添加含糊规则。假如含糊推理系统有,m,个输入语言变量和,n,个输出语言变量，则向量,rulelist,列数必须为,m+n+2,，而行数等于需要添加规则数目。,在,rulelist,每一行中，前,m,个数字表示各输入语言变量语言值（隶属度函数编号），随即,n,个数字表示输出语言变量语言值，第,n+m+1,个数字是该规则权重，权重值在,0,到,1,之间，普通设定为,1,；第,n+m+2,个数字为,0,或,1,二者之一，为,1,表示含糊规则各输入语言变量之间是,and,关系，为,0,则表示是,or,关系。,第25页,函数,showrule,格式：,showrule(fis),showrule(fis,indexlist),showrule(fis,indexlist,format),说明：,fis,为含糊推理系统矩阵变量名称；,indexlist,为规则编号，能够以向量形式指定显示多条规则；,format,为显示方式，有三种显示方式，即语句方式（,verbose,），符号方式（,symbolic,）和索引方式（,indexed,）。,例：,showrule(a,1:2,indexed),输出结果：,1 1,，,1,（,1,）：,1,1 2,，,2,（,1,）：,1,第26页,6,、计算含糊推理输出结果函数,evalfis,格式：,y=evalfis(U,FIS),说明：参数,U,是输入数据，,FIS,是含糊推理矩阵。,U,每一行是一个特定输入向量，,Y,每一行是一个特定输出向量。,假如输入,U,是,M*N,矩阵，则系统是,N,输入，返回,Y,是,M*L,矩阵，,L,是系统输出数目。,例：,fis=readfis(tipper);,out=evalfis(2 1;4 9,fis),输出结果：,out=7.0169,19.6810,第27页,MATLAB,含糊控制系统设计实例,1,一、设计目标：了解用,MATLAB,含糊工具箱图形界面可视化工具实现含糊控制系统方法。,二、系统设计要求：,1,、输入变量：偏差,e,、偏差改变率,de,；输出变量：,u,对应隶属度函数为：,第28页,2,、规则要求：,3,、反含糊化方法：平均最大隶属度函数法,mom,。,第29页,三、设计步骤：,1,、进入,MATLAB,系统，在,MATLAB,命令窗口执行,fuzzy,命令即可激,活基本含糊推理系统编辑器，首先增加一个输入变量。,2,、在图形界面中经过鼠标双击就能激活隶属度函数编辑器和含糊规,则编辑器等对应编辑窗口，在窗口中进行对应属性设置即可；再,在含糊推理系统编辑器中设置反含糊化方法。,3,、进入,Ruleview,观察器，观察含糊推理系统输出情况。,四、设计结果要求,1,、统计含糊规则编辑器,Ruleedit,中索引,indexed,方式显示规则。,2,、统计,Ruleview,观察器中含糊推理系统输出情况：,当,e=,2,，,de=1,时,u,为多少？当,e=1,，,de=2,时,u,为多少？,第30页,激活含糊推理系统编辑器：,第31页,第32页,增加一个输入变量第33页,第34页,第35页,双击进入,Mfedit:,第36页,第37页,修改每个变量论域和隶属度函数：,第38页,trimf,三角形,(triangular membership function),第39页,第40页,第41页,第42页,trapmf(trapezium,梯形,),Gaussmf(,高斯型,),zmf(Z,型,)smf(S,型,),NB,选哪种,Type?,第43页,第44页,增加隶属度函数个数：,第45页,第46页,PB,选哪种,Type?,trapmf(trapezium,梯形,),Gaussmf(,高斯型,),zmf(Z,型,)smf(S,型,),第47页,第48页,添加规则：,第49页,第50页,语句表示规则：,规则显示方式：,Verbose,：语句,Symbolic,：符号,Indexed,：索引,第51页,索引,indexed,方式显示规则：,第一条规则,1 1,，,5(1):1,是啥意思？,第52页,符号,symbolic,方式显示规则：,第53页,在,FIS Editor,中设置反含糊化方法：,第54页,进入,Ruleview,观察器，观察含糊推理系统输出情况：,1,，,2,，,9,指是啥？,第55页,当,e=,2,，,de=1,时,u,为多少？,第56页,当,e=1,，,de=2,时,u,为多少？,第57页,保留此,FIS,系统后：,第58页,双击,1.fis,后命令行函数：,第59页,第60页,第61页,第62页,