基于SIMULINK的控制系统的双模糊控制.doc

学号： 智能控制实验报告 实验五 基于SIMULINK的控制系统的 双模糊控制 院 （系） 计算机与信息工程学院 专 业 控制理论与控制工程 学生姓名 XXX 成 绩 指导教师 XXXX 2013年5月 一、目的和要求 （1）通过实验进一步掌握模糊控制原理及模糊控制规则的生成。 （2）了解模糊控制规则对控制效果的影响。 （3）通过双模糊控制的实验灵活运用模糊控制规则。 二、实验设备及条件 1. 计算机系统。 2. MATLAB/SIMULINK仿真程序 三、实验原理 双模糊控制器原理，其系统是由两个参数不同的模糊控制器构成。单模糊控制器主要用于快速响应及对大误差的消除；在单模糊控制器中，将其误差量化因子Ke增大，从而相当于缩小了误差的基本论域，进而增大了对误差变量的控制作用；将误差变化率的量化因子Kec增大，以减小系统超调；将控制量的比例因子Ku减小，减小系统震荡。假设e0为大、小误差的临界值（可根据需要设定），当系统误差较大时，用单模糊控制器（1）控制，以达到快速响应、消除误差的目的；当系统误差较小时，用单模糊控制器（2）控制，由于此控制器已将零域进一步细分，因此可以大大改善模糊控制器对于系统小误差的控制效果，从而达到极大地消除静态误差的目的，进而取得满意的控制效果。 根据双模糊控制器的原理，令其输入为E、EC，输出为U，并确定输入输出的隶属度函数。取E、EC、U的论域为{-6,6}，E的模糊子集为{NB,NM,NS,NO,PO,PS,PM,PB}，EC和U的模糊子集为{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}；E、EC、U的隶属度函数选为梯形（trapmf），如下图所示。 图2 E、EC、U的隶属度函数曲线 在总结专家经验和过程知识的基础上，可以得到控制规则如表1所示。 表1 模糊控制规则 E U EC NB NM NS PS PM PB NB NM NS ZO PS PM PB PB PB PB PB PB PM PS ZO PB PB PM PM PM PS ZO NS PB PB PM PS PS ZO NM NM PB PM PS PS ZO NS NM NM PM PM ZO ZO NS NM NB NB PS ZO NS NM NM NM NB NB ZO PS NM NB NB NB NB NB 解模糊：可采用常用的重心法进行解模糊运算。 四、实验步骤 （1）被控对象为一时变系统非线性对象，数学模型可表示为 式中，P为蒸汽压力，T1、T2为时间常数，M为给煤粉量；t为延迟时间；K为比例系数。 选择参数T1=120s，T2=60s，t=20s，K=1进行仿真。 （2）确定模糊控制论域和参数。 （3）在MATLAB中输入fuzzy()，设计模糊隶属度函数和控制规则。 （4）运行SIMULINK仿真程序，绘制仿真图。 （5）运行仿真，记录实验数据和控制曲线。 （6）和普通的PID控制及普通模糊控制比较，并分析结果。 五、实验报告结果 1.给出双模糊控制系统的设计过程。 2.记录实验数据和曲线。 3.分析实验结果。 设计分别给出了普通PID控制，普通模糊控制，双模糊控制的仿真曲线。可以看出，经普通的单模糊控制器控制的输出波形虽然在超调、响应时间等参数上好于传统的PID控制，但在其稳定的情况下仍然存在着一定的偏差，即所说的“稳态误差”。这一误差是单模糊控制器自身无法克服的，这在工程实际中势必要影响到控制的性能和效果。而采用双模糊控制器不仅可以有效的减小稳态误差，而且使响应时间、超调量、稳定时间等性能也明显优于上述两种控制器，从而明显的改善了控制系统的控制精度与稳态性能，将其应用于工程实际，无疑将具有很好的使用价值。 实验总结： 通过这次实验主要是学习将语言应用到智能控制的设计中去。通过此次实验，进一步了解了模糊控制的基本原理、模糊模型的建立和模糊控制的设计过程。同时，也提高了利用语言编程的能力，复习了的有关知识。