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基于GUI的模糊控制器设计与运用

第一章绪论

模糊控制是一种灵活性较高、对系统模型要求不高的一种控制

方法，已广泛应用于电力、化工、机械等各行业。在传统的模糊

控制中，人们通常使用编程语言对控制器进行设计和模拟仿真。

这种方法的缺点是编写复杂、难度较大，需要较高的专业技能和

经验才能操作。

基于图形用户界面（GUI）的模糊控制器设计和应用方法是一

种通过图形界面完成模糊控制器设计的新型方法。它通过可视化

的方式，使使用者能够更直观地了解控制器的调整过程，并快速

完成控制器的设计。

本文将重点介绍基于GUI的模糊控制器设计和运用方法，并通

过实例进行说明。

第二章模糊控制基础

2.1模糊概念

在传统的控制中，人们通常使用数学模型对系统进行建模，进

而设计控制器。但是，在实际工程中，由于系统存在诸多的不确

定性和难以建模的情况，这种方法无法很好地解决问题。

模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制方法，它是人工智能领域

的一部分，适用于一些复杂的系统。其基本思想是通过一些模糊

的知识来控制系统，而不是通过数学模型对系统进行建模。

2.2模糊控制器

模糊控制器是一种利用模糊逻辑实现对控制对象的控制的设备。

其控制法则是在输入、输出变量之间建立一种模糊的逻辑关系，

根据模糊逻辑法则和经验知识，设计出模糊控制器的控制规则和

控制量，进而对被控对象进行控制。

2.3模糊集合

模糊集合是一种介于“是”和“不是”之间的概念，可以用一个实

数值来表示该概念的隶属程度。在模糊控制中，模糊集合用于表

示输入、输出变量的值以及知识库等。

2.4模糊推理

模糊推理是指在给定的模糊规则库中，根据输入变量的模糊值，

运用模糊逻辑进行综合计算，得到输出变量的模糊值的过程。它

是模糊控制中最重要的基础理论之一。

第三章基于GUI的模糊控制器设计

3.1GUI基础

GUI即图形用户界面（GraphicalUserInterface），是一种通过

人机交互设备实现用户与计算机之间信息交换的界面。与基于编

程的传统方法相比，基于GUI的模糊控制器设计更加直观、易于

操作。

3.2模糊控制器GUI设计

在基于GUI的模糊控制器设计中，通常采用MATLAB中的模

糊逻辑工具箱（FuzzyLogicToolbox）来实现。具体步骤如下：

1）新建FISEditor

在MATLAB中打开FISEditor界面。

2）定义输入变量

在FISEditor的“Input”标签页中，定义输入变量的名称、范围

和隶属函数。隶属函数是模糊集合的基础，它描述了变量隶属于

不同模糊集的程度。

3）定义输出变量

在FISEditor的“Output”标签页中，定义输出变量的名称、范围、

单位和隶属函数。

4）定义模糊规则

在FISEditor的“RuleViewer”标签页中，定义模糊规则，即描

述输入变量与输出变量之间的关系。

5）模糊控制器仿真

在FISEditor中，选择“Simulate”标签页，对模型进行仿真，查

看控制器的输出结果。

第四章基于GUI的模糊控制器应用

4.1温度控制系统

假设现有一个温度控制系统，其基本控制要求是将房间的温度

控制在合适的范围内。在控制过程中，需要根据房间内的温度及

设定的温度，控制加热器的工作时间，以达到调节温度的目的。

基于GUI的模糊控制器的设计流程如下：

1）定义输入变量

输入变量包括温度偏差和变化率两个参数。

2）定义输出变量

输出变量为工作时间，用于控制加热器的工作时间。

3）定义模糊规则

规则库中定义了20个规则，其中包括“冷”的情况、“热”的情况、

“温度变化剧烈”的情况和“温度变化缓慢”的情况等。

4）模糊控制器仿真

在FISEditor中，进行仿真，查看温度控制的结果。

4.2机器人手臂控制系统

以某机器人手臂控制系统为例，该系统需要对机器人的手臂进

行控制，使其能够在给定的空间范围内完成特定的动作。

基于GUI的模糊控制器的设计流程如下：

1）定义输入变量

输入变量包括手