含糊控制算法研究一、課程設計的目的：1.通過本次課程設計，進一步理解含糊控制的基本原理、含糊模型的建立和含糊控制器的設計過程。2.提高學生有關控制系統的程序設計能力；3.熟悉Matlab語言以及在智能控制設計中的應用。二、課程設計的基本內容：假設系統的模型能夠用二階加純滯后表達，即傳遞函數為。其中各參數分別為。圖1含糊控制系統Simulink仿真模型圖1、用Matlab中的Simulink工具箱，構成一種含糊控制系統，如圖1所示。2、采用含糊控制算法，設計出能跟蹤給定輸入的含糊控制器，對被控系統進行仿真，繪制出系統的階躍響應曲線。（1）含糊集合及論域的定義對誤差E、誤差變化EC機控制量U的含糊集合及其論域定義以下：E、EC和U的含糊集合均為：{NB、NM、NS、0、PS、PM、PB}E和EC的論域為：{-6、-5、-4、-3、-2、-1、0、1、2、3、4、5、6}U的論域為：{-7、-6、-5、-4、-3、-2、-1、0、1、2、3、4、5、6、7}上述的三個含糊集合都選用了7個元素，重要目的是著眼于提高穩態精度。E、EC和U的附屬度函數圖形如圖2,3,4所示：圖2變量E的附屬度函數圖3變量EC的附屬度函數圖4變量U的附屬度函數（2）含糊控制規則設計含糊控制規則以下表所示：表1含糊控制規則EUECNBNMNS0PSPMPBNBPSPSPSPSPMPBPBNMNSPSPSPSPMPMPBNSNMNS00PSPMPM0NBNMNS0PSPMPMPSNBNMNS00PSPMPMNBNBNMNSNSPSPSPBNBNBNMNSNSNSPS（3）系統的參數選擇系統所選用的參數為：Saturation、Saturation1、Saturation2的范疇分別為：[-66]、[-66]、[-77]，TransportDelay=2S。通過調試得到PID含糊控制的參數：Gain1=2.3，Gain=1.8，Gain2=0.07（4）仿真成果：系統的階躍響應曲線如圖5所示，其中上方的曲線代表系統的階躍響應，下方的曲線是系統的含糊控制量的變化。圖5階躍輸入的響應曲線圖本設計中控制系統性能的規定為：σp=20%-30%，τs由圖5中曲線可知：σp=21%<30%τs=72s<80sess=5.5%<6%圖6、系統開環傳函的bode圖3、變化含糊控制器中含糊變量的附屬度函數，分析附屬度函數和含糊控制規則對含糊控制效果的影響。比較那種狀況下的控制效果較好。以下圖所示變化含糊控制器中的附屬度函數為梯形附屬函數。圖7變量E的附屬度函數圖8變量EC的附屬度函數圖9變量U的附屬度函數此時系統的階躍響應曲線為：圖10系統的階躍響應曲線由圖10中曲線可懂得：σpτsess由以上的仿真成果能夠看出梯形附屬度函數的系統性能沒有三角形附屬度函數的系統性能好。此時系統的超調量變大，上升時間增大，穩態誤差變大。4、給系統加上擾動，觀察此時的階躍響應曲線，看系統與否仍然穩定，并與無擾動狀況下的階躍響應曲線進行比較。并比較含糊控制和PID控制的魯棒性。(1)加擾動時的模型圖如圖11所示（其中step1為幅值為0.02的階躍信號）。圖11加擾動后的系統模型圖系統的階躍響應曲線為：圖12系統的階躍響應曲線由圖12中曲線可懂得：σpτsess=1%<6%分析：由數據可知，系統加上擾動之后，系統仍然是穩定的，系統性能指標變化不大，闡明有著良好的魯棒性。究其因素，在Saturation2之前加的擾動，相稱于被控制對象的輸入量在對應時刻又并聯了一種輸入，從而在對應的各個時刻相稱于增益變大；顯而易見，的增大，有助于系統的穩定，但是會使超調量變大。調節時間變小，與實驗的成果是吻合的。5、變化系統的參數，理解含糊控制在系統參數發生變化時的控制效果。并與ＰＩＤ控制器作用下系統參數發生變化時的控制效果進行比較，思考含糊控制相對于傳統控制的優點。（1）當系統開環增益k分別取k=35,k=40和k=45時系統的階躍響應如圖13所示。圖13系統開環增益變化對系統階躍響應的影響（2）當系統純延時τ分別取τ=1.5s、τ=2s和τ=2.5s時系統的階躍響應如圖14所示。圖14系統純滯后時間變化對系統階躍響應的影響（3）當系統慣性時間常數T2分別取T2=50s、T圖15系統較大的時間常數變化對系統階躍響應的影響從圖13能夠看出增大K值，系統的上升時間減小，此時超調量稍有增加；從圖14能夠看出當系統的純滯后時間增大時，系統的超調量增加較大。從圖15能夠看出系統的慣性時間常數增大后使系統動態性能有所減少，當時間常數T2增大時上升時間增大，但超調量有所減少。三、含糊控制的優點通過本設計能夠懂得，含糊控制含有能夠得到良好的動態響應性能，并且不需要懂得被控對象的數學模型（固然本實驗中是已懂得的），適應性強，上升時間快，魯棒性好。與PID控制相比有著很大的優勢，采用PID控制即使穩態性能較好，但是難以得到滿意的動態響應性能，并且魯棒性差。固然，含糊控制也有著本身的缺點，容易受到含糊規則等級的限制而引發誤差，需要進一步改善。四、總結通過這次《含糊控制算法研究》課程設計增加了對含