《智能控制》实验指导书教案分析.doc

《智能控制》实验指导书 河北工业大学 控制科学与工程学院 2013.09实验一 基于MATLAB的模糊推理系统设计 实验目的 要求在掌握模糊控制器基本工作原理和设计方法的基础上，熟悉MALAB的模糊控制工具箱，能针对实际问题设计模糊控制器，建立模糊控制系统，训练学生综合运用计算机来解决一些实际问题的能力。实验要求 1MATLAB的模糊推理系统设计； 2. 设计小费模糊推理系统； 3. 设计水箱液位模糊控制系统。 实验内容 模糊逻辑工具箱的介绍模糊逻辑工具箱提供的图形用户界面（GUI）工具有五个：模糊推理系统（FIS）编辑器；隶属函数编辑器；模糊规则编辑器；模糊规则观察器；输出曲面观察器。 1FIS编辑器： Matlab的FIS界面如图所示。FIS处理系统有多少个输入变量输出变量名称是什么模糊算子“与”(min，prod乘积，custom自定义)，“或”(max大，probor 概率统计方法，custom)，推理方法（min，prod，custom），聚类方法（max，probor，sum，custom），解模糊的方法（centroid质心法，bisector中位线法，middle of maximum，largest of maximum，smallest of maximum）。 图 模糊推理系统（FIS）界面2. 隶属函数编辑器 确定各个变量的论域和显示范围（左下角编辑区内），如图所示。定义每个变量的模糊集的名称和个数（Edit菜单中Add MFs），以及每个模糊变量的隶属函数类型和参数（点击变量的隶属函数曲线后在右下角编辑区内修改）。隶属函数的类型有：trimf，trapmf，gbellmf， gaussmf，gauss2mf，sigmf，dsigmf，psigmf，pimf，smf，zmf 图 隶属函数编辑器 3模糊规则编辑器 完成了对变量的命名，隶属函数也有了适当的形状和名字，就可以编辑模糊规则。选择连接关系（and 或者or），权重，在编辑器左边选择一个输入变量，并选择它的语言值，然后在编辑器右边的输出变量中选择一个输出变量，并选中它的语言值，然后将这种联系添加到模糊规则中。 Options/Format 下可以选择模糊规则不同的格式，默认的是verbose（模糊规则的详细格式），还有symbolic（符号格式），indexed（高度压缩格式） 模糊规则观察器 模糊规则观察器的功能是可以令用户观察模糊推理图，并观察模糊推理系统的行为是否与预期的一样。可以观察到输入变量（默认色是黄色）和输出变量（默认色是蓝色）如何应用在模糊规则中；反模糊化的数值是多少。 输出曲面观测器 模糊规则观察器非常详细的显示了在某一个时刻的计算。如果看到模糊推理系统的全部输出曲面，即与整个输入区间相对应的输出区间，就要打开输出曲面观测器。View/view surface（） 3. 双击变量图标进行模糊化模块设计： （1）打开Membership Function Editor窗口，在Range和Display Range中设置隶属函数图的取值范围，将两个输入变量的论域均设为[0,10]，输出论域为[0,30]。 （2）选择Edit→Add MFs→numbers of MFs 中选择模糊集个数 通过增加隶属度函数来进行模糊空间划分。 输入变量service划分为三个模糊集：更改mf1~mf3的参数，分别命名为poor、good和excellent，隶属度函数均为高斯函数( gaussmf)，参数分别为[1.5 0]、[1.5 5]和[1.5 10]。 输入变量food划分为两个模糊集：rancid和delicious，隶属度函数均为梯形函数(trapmf )，参数分别为[0 0 1 3]和[7 9 10 10]。 输出变量tip划分为三个模糊集：cheap、average和generous，隶属度函数均为三角形函数(trimf)，参数分别为[0 5 10]、[10 15 20]和[20 25 30]。 4. 设置模糊规则：打开Rule Editor窗口，通过选择添加三条模糊规则： ① if (service is poor) or (food is rancid) then (tip is cheap) ② if (service is good) then (tip is average) ③ if (service is excellent) or (food is delicious) then (tip is generous) 三条规则的权重均为1。 5. 模糊推理参数均使用默认值，通过曲面观察器（View→Surface）查看小费模糊推理的输入输出关系曲面。通过规则观察器（View→Rules）查看对具体输入的模糊推