实验一MATLAB软件中模糊工具箱的使用

一、实验目的

1、         掌握MATLAB软件中的模糊工具箱的使用。

2、         掌握模糊控制器设计的步骤和要点。

二、实验内容

本实验设计一个含有模糊控制器的控制系统，并对该系统进行仿真，研究模糊控制器的设计方法。在此基础上自己设计5个语言变量的模糊控制器，控制系统的方框图如下：

三、实验原理

1、在Matlab环境下，使用fuzzy命令，进入FIS编辑器，用File\New FIS菜单创建Mamdani型Fuzzy控制器。

2、首先将输入变量1命名ER，然后增加一个输入变量命名CE，将输出命名CU，这样就规定了该控制器为2个输入变量ER和CE，一个输出变量CU。

3、进入隶属函数编辑界面，分别将ER、CE和CU的论域设定为[-2，2]、[-0.2，0.2]和[-2，2]，分别对上述3个变量增加3和隶属函数，并以F、O、Z表示变量为负值、零附近和正值。

4、进入规则编辑器界面，添加模糊控制规则，并用规则观察器和曲面观察器，对控制规则的总体情况进行观察。

5、模糊控制器设计完后，将该FIS存盘，并将它作为一个变量保存到Workspace中。

6、在Matlab环境下，进入Simuink工具箱，建立该控制系统的仿真模型，其中的模糊控制器从模糊工具箱中取得，并将它的FIS指定为我们前面 设计完成的模糊控制器变量。

7、对上述控制系统进行仿真，观察控制系统的阶跃响应。

四、实验内容及步骤

1、按上述步骤建立模糊控制系统的模型，进行仿真测试，观察控制系统的阶跃响应。

以下是语言变量为三个的模糊控制模型的设计过程：

其中ER和CE为两个输入量，CU为输出，论域分别设定为[-2，2]、[-0.2，0.2]和[-2，2]。并且在Simulink的参数选择的Advanced选项参数中的Optimizations的各设置改为off（见实验内容2的最后一个截图）。此处因为所用受控对象为有积分环节所以CU有正有负。

各个语言变量的设计                  模糊推理规则设计

隶属度函数设计                                     推理规则判别显示（可检查规则设计是否有误）

推理规则surface显示                                       系统最后输出

2、将语言变量由3个改为5个，自己建立隶属函数和模糊规则，观察系统控制性能的变化。

其中ER和CE为两个输入量，CU为输出，论域分别设定为[-2，2]、[-0.2，0.2]和[0，2]。由于这里所用的受控系统为，没有积分环节所以不CU为正的。

五语言变量设计                                     模糊推理规则设计

推理规则判别显示（可检查规则设计是否有误）          推理规则surface显示

系统最后输出                                               Simulink的参数选择的Advanced选项参数的设置

五、问题

推理规则中各部分的与控制性能的关系，隶属函数与控制性能的关系，模糊控制器的优点。

推理规则的选择会直接影响到控制性能的优劣，选择合适的推理规则能够使得系统的收敛速度，稳定性等达到较好的效果，隶属度函数的选取则会影响到模糊化的过程，从而影响清晰化的结果，间接地影响了控制信号的优劣。另外，语言变量多可以使得控制的精度更准确，从而使得收敛度加快，但是由于语言变量过多会使得推理规则变得很复杂，多以选取较为合适的语言变量个数也是可以改善系统的控制性能。

六、总结

经本次实验，我掌握了MATLAB软件中的模糊工具箱的使用，掌握了模糊控制器设计的步骤和要点。本次实验需要注意的是模糊规则和隶属度函数的选取会影响到控制效果和性能。如果没有将Fuzzy中设计的模糊控制器保存到workspace中的话simulink无法调用而且simulink的参数设置不对的话也不能够的出理想的结果，simulink的参数设计除了按上图设置为，还应注意要设计响应时间使得scope能够完整地把输出结果显示出来。

 

第二篇：智能控制实验报告1

智能控制实验报告

实验题目：模糊控制器设计

学    院：电气工程学院

班    级：

姓    名：

学    号：

实验题目：模糊控制器设计

实验目的：1、熟悉和掌握模糊控制器的结构、原理及应用；

          2、熟练应用MATLAB软件，进行模糊控制的Matlab仿真。

实验原理：在Simulink环境下对PID控制系统进行建模：对模糊控制系统的建模关键是对模糊控制器的建模。Matlab软件提供了一个模糊推理系统（FIS）编辑器，只要在Matlab命令窗口键入Fuzzy就可进入模糊控制器编辑环境。模糊推理系统编辑器用于设计和显示模糊推理系统的一些基本信息，如推理系统的名称，输入、输出变量的个数与名称，模糊推理系统的类型、解模糊方法等。

实验仪器：计算机        MATLAB软件

实验步骤：打开模糊推理系统编辑器，在MATLAB的命令窗（command window）内键入：fuzzy命令，弹出模糊推理系统编辑器界面，如下图所示：

在FIS编辑器界面上，执行菜单命令“Edit”-> “Add Variable” ->“Input”，加入新的输入input，如下图所示 :

选择input（选中为红框），在界面右边文字输入处键入相应的输入名称，例如温度输入用tmp-input，磁能输入用mag-input，如下图所示:

双击所选input，弹出一新界面，在左下Range处和Display Range处，填入取值范围，例如0至9（代表0至90）；

在右边文字输入Name处，填写隶属函数的名称，例如lt或LT（代表低温）；

在Type处选择trimf（意为：三角形隶属函数曲线，triangle member function）

在Params（参数）处，选择三角形涵盖的区间，填写三个数值，分别为三角形底边的左端点、中点和右端点在横线上的值

如下图中所示:

用鼠标左键双击输入变量，弹出输入变量的隶属函数编辑器，执行菜单命令“Edit”-> “Remove All MFs”，然后执行菜单命令“Edit”-> “Add MFs”，弹出“Membership Function”对话框，将隶属函数的类型设置为“trimf”,并修改隶属函数的数目为3，如图所示，单击“OK”按钮返回。

在“Current Membership Function”区域，选中输入变量相应的曲线， Type设置为trimf，name分别设置为lt，mt，ht，Params将自动生成。按上述方法编辑输入变量m-input和output，结果如图下图所示：

选Edit菜单，选择Rules，弹出一新界面Rule Editor。在底部的选择框内，选择相应的IF…AND…THEN规则，点击Add rule键，上部框内将显示相应的规则，如下图所示：

所有规则填入后，选菜单View，选择Rules，弹出一新界面Rule Viewer，如下图所示：

上图表示当温度为45度、磁能为45瓦时，输出干度为约70个单位。左右拉动界面中的两支红线，拉到欲选的近似值，右边图顶显示相应的干度结果。

上图中选菜单View, 选择Surface,弹出一新界面Surface Viewer，弹出结果的三维图。如下图所示：

实验感悟：通过本次的实验，了解了模糊控制是一种基于语言的智能控制，学会        了运用MATLAB软件来仿真模糊控制的过程，它提供的建模可视化软件包   Simulink和各种工具箱为仿真研究提供了强有力的手段。利用模糊系统工具箱的图形用户界面工具结合Matlab函数构建模糊控制器，然后利用最优化工具箱函数对模糊控制规则和参数进行优化，最后利用Simulink建立仿真模型并仿真。