1、102.5 模糊逻辑控制设计举例例 13.1 设有前后两车（目标车与本车） ，其速度 y 与油门控制输入 u 间的传递函数均为 427.0)(2ssUY现要求设计一模糊控制器，使得1） 控制汽车（本车）由静止启动，追赶 200m 外时速 90km 的汽车（目标车）并与其保持 30m 距离。2） 目标车速度改为时速 110km 时，仍与其保持 30m 距离。3） 目标车速度改为时速 70km 时，仍与其保持 30m 距离。解：第一步 根据题意，可做出系统结构图如图 13.7 所示。图中，为了控制系统设计方便，将两车的距离相减后再减掉 30，用模糊控制使其趋于0。 目标车+本车 -30fuzzy
2、controller图 13.7 系统结构图进一步，利用 simulink 构造了系统仿真模型，如图 13.8 所示。考虑到实际的汽车速度存在极限，系统模型中加入了饱和非线性模块进行模拟。图中的 e 和 u 除以 20 是为了使输出量限定在 10 左右。然后，将系统模型以11文件 f-car.mdl 保存。 4 2 1 x s s 7 2 图 13.8 系统 simulink 仿真模型第二步 设计模糊逻辑规则。以误差量（两车距离）及误差对时间的变化量作为输入进行模糊规则设计。本例采用位置型模糊控制器，即控制规则的条件为：if e 为 A and e 为 B then u 为 C。按一般方法，可
3、得一套控制规律 如表 13.1 所示表 13.1 控制规律eNB NM ZE PM PBPB PBPM PMZE NB NM ZE PM PBNM NMe NB NM表中 P=POSITIVE N=NEGATIVE ZE=ZERO12M=MEDIUM B=BIG表 13.1 所示的控制规则库中尚有一些空缺，为了防止受控对象因为无效条件而失控，可以将（e，e）按下式转换为极坐标（ ）,r， 2er)(cos1re而将规则库填满，从而得到表 13.2 所示极坐标形式的模糊控制规则：表 13.2 极坐标形式的模糊控制规则 rNB ZE PBPB ZE NM NBPM ZE PM PBZE ZE PM
4、 PBNM ZE NM NBNB ZE NM NB由上表可知，此例中，我们分别将分为 PB ZE NBr分为 PB PM ZE NM NBy 分为 PB PM ZE NM NB因此，根据该表可以写出 15 条规则。如，对应表中第二行、第三列的规则为：if （ is PB）and （ is PM）then （y is PB）r等等。第三步 设计隶属函数。对输入量 和输出量 y，均取三角形的隶属函数，,r具体范围与大小如图 13.9 和 13.10 所示：13图 13.9 input 的隶属度函数图 13.9 output 的隶属度函数无疑，隶属函数的选取（类型、形状、大小等）直接影响系统控制效果
5、，需要经过认真调整以减小误差、改善性能，是模糊控制器设计的一个重要内容。目前可采用的方法有神经网络方法、自适应方法等。MATLAB 中的anfis（Adaptive-Network-Based Fuzzy Inference System）可通过训练与自适应的学习过程调配出适当的隶属函数来满足所要的模糊推论输入输 1 2 1 14出关系。第四步 分析推论结果。通过 View surface，显示推论结果的三维立体图（图 13.10） 。观察分析其与表 13.2 所示结果的一致性并在必要时进行修改。5 5 r y图 13.10 推论结果三维图设计结果：上述工作完成后，可进行系统的控制过程仿真和控
6、制效果分析。本例通过以下的程序执行：程序 chp13-1.m%Tracking car simulationclear;pidf=readfis(f_carf);subplot(211)plotmf(pidf,input,1);subplot(212)plotmf(pidf,input,2);figureplotmf(pidf,output,1);figure15gensurf(pidf)%simulation by SIMULINKsim(f_carm);figureplot(t,y,b,t,y1,r)xlabel(time(sec);ylabel(velocity(km/hr);figureplot(t,a)xlabel(time(sec);ylabel(distance(m);figureplot(t,u)xlabel(time(sec);ylabel(control input);程序运行后所得到的图 13.1113.13 分别表示了油门的踩放结果、追赶车的速度、两车的相对距离。图中可看到，追赶车可在 15 秒左右追上目标车并保持 30m 距离，表明所设计的模糊控制器具有良好的控制性能。 16图 13.11 油门踩放图图 13.12 目标车与追赶车速度 0 17图 13.13 两车相对距离
