1、徐 州 师 范 大 学 机 电 工 程 学 院 课 程 设 计 纸第 1 页目 录前言1模糊控制概述1.1 模糊控制的产生及特点 31.2 模糊控制技术的发展 41.3 模糊控制理论的研究现状 52.模糊推理原理2.1 模糊控制的基本工作原理63.基于 MATLAB 的水箱供水模糊控制3.1 水箱水位模糊控制系统设计 8小结 16 参考文献 17徐 州 师 范 大 学 机 电 工 程 学 院 课 程 设 计 纸第 2 页前 言随着社会经济的迅速发展，水对人们生活与工业生产的影响越来越重要，尤其是近几年，随着居民生活水平的显著提高和城市化进程的加快，居民生活用水和工业用水增长幅度加大，原有的供水
2、系统已经不能满足人们的需求。为了保证正常的供水，这里应用模糊控制技术，实现对水箱水位的自动控制。徐 州 师 范 大 学 机 电 工 程 学 院 课 程 设 计 纸第 3 页3、基于 MATLAB 的水箱供水模糊控制3.1 水箱水位模糊控制系统设计本系统设计基于 MATLAB 图形模糊推理系统，设计步骤如下：（1） 打开 MATLAB，输入指令 fuzzy，打开模糊逻辑工具箱的图形用户界面窗口，新建一个 Mamdani 模糊推理系统。徐 州 师 范 大 学 机 电 工 程 学 院 课 程 设 计 纸第 4 页图 3.1 在 FIS Editor 窗口中新建水位控制模糊推理系统（2） 增加一个输入
3、变量，将输入变量命名为水位误差、误差变化，将输出变量命名为阀门开关速度。这样就建立了一个两输入单输出的模糊推理系统，保存为 shuixiang.fis。图 3.2 增加一个输入变量（3） 设计模糊化模块：设水位误差的论域为-1 1，误差变化的论域为-0.1 0.1；两个输入量的模糊集都定为 5 个：其中水位误差定为高、偏高、合适、偏低、低五等；参数分别为0.3 -1、 0.3 -0.5、徐 州 师 范 大 学 机 电 工 程 学 院 课 程 设 计 纸第 5 页0.3 0、0.3 0.5、0.3 1；图 3.3 设计水位误差模块误差变化分为大、偏大、合适、偏小、小五等。参数分别为0.03 -0
4、.1、0.03 -0.05、0.03 0、0.03 0.05、0.03 0.1，徐 州 师 范 大 学 机 电 工 程 学 院 课 程 设 计 纸第 6 页隶属度函数均为高斯函数。图 3.4 设计误差变化模块阀门的开关速度定为 5 等：快开、慢开、不动、慢关、快关。参数分别为-0.25 0 0.25、0 0.25 0.5、0.25 0.5 0.75、0.5 0.75 1、0.75 1 1.25。论域为-1 1。隶属度函数为徐 州 师 范 大 学 机 电 工 程 学 院 课 程 设 计 纸第 7 页三角形函数。图 3.5 设计输出模块（4）设置模糊规则：打开 Ruel Editor 窗口，通过选
5、择添加模糊规则：1）if(水位误差 is 高)and(误差变化 is 大)then(阀门开关速度 is 快关)2) if(水位误差 is 高)and(误差变化 is 偏大)then(阀门开关速度 is 快关)3) if(水位误差 is 高)and(误差变化 is 合适)then(阀门开关速度 is 慢关)4) if(水位误差 is 高)and(误差变化 is 偏小)then(阀门开关速度 is 慢关)5) if(水位误差 is 高)and(误差变化 is 小)then(阀门开关速度 is 慢关)6) if(水位误差 is 偏高)and(误差变化 is 大)then(阀门开关速度 is 快关)7
6、) if(水位误差 is 偏高)and(误差变化 is 偏大)then(阀门开关速度 is 快关)8) if(水位误差 is 偏高)and(误差变化 is 合适)then(阀门徐 州 师 范 大 学 机 电 工 程 学 院 课 程 设 计 纸第 8 页开关速度 is 慢关)9) if(水位误差 is 偏高)and(误差变化 is 偏小)then(阀门开关速度 is 慢关)10) if(水位误差 is 偏高)and(误差变化 is 小)then(阀门开关速度 is 慢关)11) if(水位误差 is 合适) then(阀门开关速度 is 不动)12) if(水位误差 is 偏低)and(误差变化
7、 is 大)then(阀门开关速度 is 快开)13) if(水位误差 is 偏低)and(误差变化 is 偏大)then(阀门开关速度 is 快开)14) if(水位误差 is 偏低)and(误差变化 is 合适)then(阀门开关速度 is 慢开)15) if(水位误差 is 偏低)and(误差变化 is 偏小)then(阀门开关速度 is 慢16) if(水位误差 is 偏低)and(误差变化 is 小)then(阀开)门开关速度 is 慢开)17) if(水位误差 is 低)then(阀门开关速度 is 快开)这 17 条规则的权重都为 1.徐 州 师 范 大 学 机 电 工 程 学
8、院 课 程 设 计 纸第 9 页图 3.6 定义、修改模糊规则通过曲面观察器可以清晰的看见水箱液位模糊推理的输入输出关系。图 3.7 Surface Viewer通过规则观察器可以清晰的查看对具体输入的模糊推理及输出情况。其输入输出关系如下表：徐 州 师 范 大 学 机 电 工 程 学 院 课 程 设 计 纸第 10 页图 3.8 Rule Viewer表 3.1 调试结果-0.514 -0.2936 0 0.2936 0.514-0.0682 -0.457 -0.282 -2.06e-017 0.282 0.457-0.0461 -0.462 -0.295 3.53e-018 0.295 0
9、.4620 -0.384 -0.262 3.53e-018 0.262 0.3870.0461 -0.367 -0.247 9.49e-018 0.248 0.3870.0682 -0.364 -0.247 9.18e-005 0.249 0.384水位误差阀门开关速度误 差 变化徐 州 师 范 大 学 机 电 工 程 学 院 课 程 设 计 纸第 11 页小 结随着科学技术的发展，智能控制技术必会日趋完善，并且能够在多领域应用。此设计是基于 MATLAB 的模糊控制系统，通过调试及仿真，可以初步得出水箱水位控制的关系原理，从而为在实际应用中提供一个参考，但在实际应用中还应考虑实际的影响因素，
10、例如环境对控制系统的影响、人为因素对控制系统的影响等。面对实际问题时应具体问题具体分析。有不足的地方再加以改进。徐 州 师 范 大 学 机 电 工 程 学 院 课 程 设 计 纸第 12 页参考文献：1、马明远人工智能与专家系统导论北京：清华大学出版社，20062、韩力群智能控制理论及应用北京：机械工业出版社，20083、王耀南，孙炜智能控制理论及应用北京：机械工业出版社，20084、韩俊峰，李玉惠等模糊控制技术重庆：重庆大学出版社，20035、李祖枢，涂亚庆仿人智能控制北京：国防工业出版社，20036、李友善,李 军. 模糊控制理论及其在过程控制中的应用M. 北京：国防工业出版社, 1993.7、 张化光.复杂系统的模糊辨识与模糊自适应控制.沈阳: 东北大学出版社,1994.8、窦振中. 模糊逻辑控制技术及其应用M. 北京: 北京航空航天大学出版社,1995. 9、权太范等. 模糊控制技术在过程控制中的应用现状及前景.控制与决策,1988,3(1）：59-62.10、汪培庄.模糊集合及应用.上海: 上海科学技术出版社,1983.
