华侨大学厦门工学院《智能控制技术》实验报告专业：电气工程及其自动化班级：时间：年月日～年月日―――――――以下指导教师填写―――――分项成绩：出勤设计报告总成绩：指导教师：目录摘要 (1)一、设计的目的 (2)二、设计要求 (2)三、设计过程 (3)1.系统模型建立 (3)2.模糊控制器设计 (3)2.1 模糊集合及论域的定义 (3)2.2模糊控制规则设计 (6)2.3系统的参数选择 (7)2.4仿真结果 (7)四、设计分析 (9)1.改变模糊控制隶属度函数对控制效果的影响 (9)2.给系统模型加扰动对控制效果的影响 (12)3.改变系统的参数对控制效果的影响 (13)五、模糊控制的优点 (15)六、总结 (15)致谢 (16)参考文献 (16)摘要模糊控制的研究主要体现在控制器的研究和开发以及各类实际应用中, 目前模糊控制已经应用在各个行业。

各类模糊控制器也非常多, 模糊控制器的研究一直是控制界研究的热点问题, 而关于模糊控制系统的稳定性分析则是模糊控制需要研究和解决的基本问题。

目前已经出现了为实现模糊控制功能的各种集成电路芯片。

用MATLAB软件实现模糊控制系统的仿真结果，仿真结果表明MATLAB软件不但简单实用，而且响应速度快，超调量小，控制效果良好。

关键词：模糊控制仿真 MATLAB设计目标说明一、设计的目的：1. 通过本次设计，进一步了解模糊控制的基本原理、模糊模型的建立和模糊控制器的设计过程。

2. 提高学生有关控制系统的程序设计能力。

3. 熟悉Matlab 语言以及在智能控制设计中的应用。

二、设计要求：图1 模糊控制系统Simulink 仿真模型图1、用Matlab 中的Simulink 工具箱，组成一个模糊控制系统。

任意带模糊控制器的系统均可，例如一简单二阶加纯滞后系统（图1所示）为，传递函数12()(1)(1)d sf f Ke G s T s T s τ-=++。

其中各参数分别为1240,10,60,2f f d K T T τ====。

2、采用模糊控制算法，设计出能跟踪给定输入的模糊控制器，对被控系统进行仿真，绘制出系统的阶跃响应曲线。

3、改变模糊控制器中模糊变量的隶属度函数，分析隶属度函数和模糊控制规则对模糊控制效果的影响。

比较那种情况下的控制效果较好。

4、给系统加上扰动，观察此时的阶跃响应曲线，看系统是否仍然稳定，并与无扰动情况下的阶跃响应曲线进行比较。

并比较模糊控制和PID 控制的鲁棒性。

5、改变系统的参数，了解模糊控制在系统参数发生变化时的控制效果。

并与PID 控制器作用下系统参数发生变化时的控制效果进行比较，思考模糊控制相对于传统控制的优点。

模糊控制下简单二阶系统研究一、设计过程：1.系统模型建立：2.模糊控制器设计2.1 模糊集合及论域的定义对误差E、误差变化率EC、控制量U的模糊集合及其论域定义如下：E、EC、U的模糊集合均为{NB、NM、NS、0、PS、PM、PB}E和EC的论域为{-6、-5、-4、-3、-2、-1、0、1、2、3、4、5、6}U的论域为{-7、-6、-5、-4、-3、-2、-1、0、1、2、3、4、5、6、7}上述3个模糊集合都选取了7个元素，主要目的是着眼于提高稳态精度。

E、EC和U 的隶属度函数图形如图所示：.2.2模糊控制规则设计模糊控制规则如下表所示：表1 模糊控制规则ENB NM NS 0 PS PM PB UECNB PS PS PS PS PM PB PB NM NS PS PS PS PM PM PB NS NM NS 0 0 PS PM PM 0 NB NM NS 0 PS PM PM PS NB NM NS 0 0 PS PMPM NB NB NM NS NS PS PS PB NBNBNMNS NSNSPS2.3系统的参数选择系统所选用的参数Saturation 、Saturation1、Saturation2的范围分别为[-6 6]、[-6 6]、[-7 7]，Transport Delay=2s 。

通过调试得到PID 模糊控制的参数：Gain5=0.38，Gain4=0.5，Gain3=0.4。

2.4仿真结果：系统的阶跃响应曲线如图5所示，其中上方的曲线代表系统的阶跃响应，下方的曲线是系统的模糊控制量的变化。

图5 阶跃输入的响应曲线图本设计中控制系统性能的要求为：错误!未找到引用源。

，错误!未找到引用源。

， 错误!未找到引用源。

由图5中曲线可知： 27.2%30%p σ=< 符合要求错误!未找到引用源。

6880s s sτ=< 符合要求错误!未找到引用源。

5.2%6%ss e =< 符合要求图6、系统开环传函的bode图二、设计分析：1. 改变模糊控制隶属度函数对控制效果的影响如下图所示改变模糊控制器中的隶属度函数为梯形隶属函数。

图7 变量E的隶属度函数图8 变量EC的隶属度函数图9 变量U的隶属度函数此时系统的阶跃响应曲线为：图 10 系统的阶跃响应曲线由图10中曲线可知道：错误!未找到引用源。

27.5%pσ=错误!未找到引用源。

95s sτ=错误!未找到引用源。

10% sse=由以上的仿真结果可以看出梯形隶属度函数的系统性能没有三角形隶属度函数的系统性能好。

此时系统的超调量变大，上升时间增大，稳态误差变大。

2.给系统模型加扰动对控制效果的影响。

1、加扰动时的模型图如图11所示（其中step1为幅值为0.02的阶跃信号）。

图11 加扰动后的系统模型图2、系统的阶跃响应曲线为：图12 系统的阶跃响应曲线由图12中曲线可知道：错误!未找到引用源。

超调量变大错误!未找到引用源。

7580ss s τ=< 符合要求错误!未找到引用源。

2%6%ss e =< 稳态误差变小 3、分析：由数据可知，系统加上扰动之后，系统仍然是稳定的，系统性能指标变化不大，说明有着良好的鲁棒性。

究其原因，在Saturation2之前加的扰动，相当于被控制对象的输入量在对应时刻又并联了一个输入，从而在对应的各个时刻相当于K 增益变大；显而易见，K 的增大，有助于系统的稳定，但是会使超调量变大。

调整时间变小，与实验的结果是吻合的。

3.改变系统的参数对控制效果的影响。

（1）当系统开环增益k 分别取k=12,k=15和k=18时系统的阶跃响应如图13所示。

图13系统开环增益变化对系统阶跃响应的影响（2）当系统纯延时错误!未找到引用源。

分别取 1.8sτ=错误!未找到引用源。

、错误!未找到引用源。

和 2.2sτ=错误!未找到引用源。

时系统的阶跃响应如图14所示。

图14系统纯滞后时间变化对系统阶跃响应的影响（3）当系统惯性时间常数错误!未找到引用源。

分别取25T s=错误!未找到引用源。

、215T s=错误!未找到引用源。

和225T s=时系统的阶跃响应如图15所示。

图15系统较大的时间常数变化对系统阶跃响应的影响从图13可以看出增大K值，系统的上升时间减小，此时超调量稍有增加；从图14可以看出当系统的纯滞后时间增大时，系统的超调量增加较大。

从图15可以看出系统的惯性时间常数增大后使系统动态性能有所降低，当时间常数T2增大时上升时间增大，但超调量有所降低。

三、模糊控制的优点通过本设计可以知道，模糊控制是基于启发性的知识及语言决策规则设计的，这有利于模拟人工控制的过程和方法，增强控制系统的适应能力，使之具有一定的智能水平。

模糊控制系统的鲁棒性强，干扰和参数变化对控制效果的影响被大大减弱，尤其适合于非线性、时变及纯滞后系统的控制。

当然，模糊控制也有着自身的缺点：（1）信息简单的模糊处理将导致系统的控制精度降低和动态品质变差;( 2) 模糊控制的设计尚缺乏系统性, 无法定义控制目标。

四、总结模糊控制能较好的控制系统的输出，大幅度减小超调，调节时间等参数，使得系统能够更快、更稳、更准。

模糊控制的突出优点是能够比较容易的将人的控制经验融入到控制器中，但若缺乏这样的控制经验，很难设计出高水平的模糊控制器。

而且，由于模糊控制器采用了IF-THEN控制规则，不便于控制参数的学习和调整，使得构造具有自适应的模糊控制器较困难。

致谢在我自身的努力以及在老师和同学的帮助与指导下，顺利完成了这次课程设计，在这里我要对那些给予我们帮助的老师和同学表示衷心的感谢。

参考文献［1］刘金琨．先进PID 控制MATLAB 仿真［M］．北京: 电子工业出版社，2004．［2］王正林，王胜开，陈国顺．MA TLAB／Simulink与控制系统仿真［M］．北京：电子工业出版社，2005．［3］齐京礼,边永青,郑伟平,等. 基于自适应模糊P ID 控制器的温度控制系统[ J ]. 微计算机信息, 2008, 24 ( 9) : 74［4］刘曙光,魏俊民,竺志超. 模糊控制技术[M]. 北京:中国纺织出版社, 2001.［5］王振宇, 成立. 基于模糊控制的温室调节装置的研究[J]. 浙江大学学报: 农业与生命科学版, 2006, 32( 2).。