前言
模糊控制提出至今已有半個世紀,但在控制領域至今仍未工程上廣泛應用。但學習了解還是很有必要的,matlab/simulink有專門的模糊控制的庫,足以說明其重要性,本文通過簡單的simulink模糊PID控制為例,對matlab模糊控制進行介紹。
模糊控制
之是以稱為模糊,意思就是你的輸入或對應的輸出并不具體,具有模糊性。模糊控制器的構成主要包括輸入模糊化,模糊推理,去模糊化三個主要環節。
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模糊控制系統結構
模糊化
模糊化主要将數字形式的輸入轉化為模糊語言辨別的值,該過程一般隸屬函數作為模糊化函數,函數由三角形、梯形、高斯型等等,在matlab指令視窗輸入’fuzzy‘指令可打開模糊設計器界面。
模糊設計器
輸入模糊化
模糊推理(知識庫)
該部分主要根據輸入的信号,建立相應的輸出規則,模糊規則主要為‘if...then...’的條件語句形式,常用的模糊規則以表的形式表示出來如下(E和EC為輸入):
模糊規則表
常用的模糊語言變量符号意義如下:
負大 NB(Negative Big)
負中 NM(Negative Medium)
負小 NS(Negative Small)
零 ZE(Zero)
正小 PS(Positive Small)
正中 PM(Positive Medium)
正大 PB(Positive Big)
去模糊化
該過程主要是反模糊的過程,即在前兩步基礎上,選擇合适的輸出值,一般有三種方法确定具體輸出值:最大隸屬度函數法、重心法、權重平均法。
模糊PID
模糊PID控制,即利用模糊邏輯并根據一定的模糊規則對PID的參數進行實時的優化,以克服傳統PID參數無法實時調整PID參數的缺點,當然參數合适的情況下。
模糊PID控制框圖
simulink模型實作
根據控制原理框圖,搭建傳統PID和模糊PID控制模型并進對比,模型如下:
整體模型
模糊控制部分
模糊控制部分
FIS Edit界面
模糊規則
仿真結果
從圖中(紅色:原始信号,黃色:PID,藍色:fuzzy PID)可以看出模糊PID控制的優勢明顯。
最後,為友善初學者對模糊控制學習,matlab也提控了相應的例子,在matlab指令視窗輸出sllookuptable便可打開,趕緊嘗試起來:
matlab模糊pid demo
結語
當然,限于篇幅及時間,作者僅僅,隻能粗略地介紹一下模糊控制。另外還有模糊規則觀察器、模糊曲面觀察器、輸入輸出變量曲線,當然還可以通過查詢表、m語言等方式實作模糊控制器,在此不作一一介紹。
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