MATLAB模糊逻辑工具箱实例分析——淋浴水温模型控制

MATLAB模糊逻辑工具箱实例分析——淋浴水温模型控制一.模糊模型的系统分析本实验以MATLAB模糊控制箱中的淋浴水温模型控制为例，结合simulink的应用，讲述模糊控制方法在淋浴水温控制方面的应用。模型shower.mdl是一个淋浴温度及水量调节的模型控制系统的仿真，该模糊控制器的结构采用双输入-双输出模糊控制器完成任务，输入变量分别是水流量和水温，输出变量分别是对热水阀和冷水阀的控制方式。二．用仿真模型图观察系统结构模糊控制器工具箱的最大优点之一是能够直接将模糊系统放入simulink中并在仿真环境中测试它们。在MATLAB主窗口中，键入shower，回车便弹出如图1所示的淋浴水温控制体统的仿真模型图。tempsetpointtempscopetemperrortempf(u)hotwatervalveflowratef(u)flowsetpointflowscopeflowerrorcoldwatervalveToWorkspace1outToWorkspaceinMux5MuxMux4MuxMux3MuxMux2MuxFuzzyLogicControllerDemuxDemux由模型图可知，“shower”系统通过调节热水阀（hotwatervalve）和冷水阀（coldwatervalve）调节水流量（flowrate）和水温（temp）。输出用示波器显示，通过示波器上的图形可以清楚地看到温度和水流量跟踪目标要求的性能。在shower模型图上，用鼠标右键单击“FuzzyLogicController”模块，再单击弹出菜单中的“LookUnderMask”就弹出如图2的对话框，它的“FISWizard”模框内写着“FIS”，表明已经嵌入FIS结构文件。Out11FISWizardFISIn11图2'shower的FIS连接对话框用鼠标右键单击“FISWizard”模块，再单击弹出菜单中的“LookUnderMask”，就弹出shower系统的FIS详细结构图，如图3所示Out11tempInputMFhotOutputMFflowInputMFcoldOutputMFDemuxDemuxDemuxDemuxDemuxDemuxDemuxDemuxDemuxZeroFiringStrength?0TotalFiringStrengthSwitchRule9RuleRule8RuleRule7RuleRule6RuleRule5RuleRule4RuleRule3RuleRule2RuleRule1RuleMidRange-C-DemuxDefuzzification2COADefuzzification1COAAggMethod2maxAggMethod1maxIn11图3shower系统的FIS详细结构图从图中可以了解shower模糊系统的FIS基本结构，它有两个输入（flowrate和temp）、九条规则，比较形象，直观。三．FIS结构文件分析（1）在MATLAB主窗口中键入fuzzyshower，回车弹出shower的FIS编辑器，如图4所示：图4FIS编辑器在FIS编辑器界面上，分别双击两输入(temp和flow)两输出（cold和hot），得出MF编辑器，逐次单击图中的隶属度函数图线，如图5所示：图5MF编辑器近而可得到图线的参数设置，列表如下。分别单击View下拉菜单中的Surface和Rules选项得到如下的模糊输入输出曲面示意图6和规则观察器如图7所示：图6曲面示意图图7规则观察器（2）双击FIS编辑界面中间的shower规则模糊框，打开模糊规则编辑器，如图8所示：图8模糊规则编辑器其模糊规则有如下九条：1.If(tempiscold)and（flowissoft）then(coldisopenSlow)（hotisopenFast）(1)2.If(tempiscold)and（flowisgood）then(coldiscloseSlow)（hotisopenSlow）(1)3.If(tempiscold)and（flowishard）then(coldiscloseFast)（hotiscloseSlow）(1)4.If(tempisgood)and（flowissoft）then(coldisopenSlow)（hotisopenSlow）(1)5.If(tempisgood)and（flowisgood）then(coldissteady)（hotissteady）(1)6.If(tempisgood)and（flowishard）then(coldiscloseSlow)（hotiscloseSlow）(1)7.If(tempishot)and（flowissoft）then(coldisopenFast)（hotisopenSlow）(1)8.If(tempishot)and（flowisgood）then(coldisopenSlow)（hotiscloseSlow）(1)9.If(tempishot)and（flowishard）then(coldiscloseSlow)（hotiscloseFast）(1)四．系统仿真在shower模型图界面上，单击simulation下拉菜单中的start选项完成仿真工作，得到如图9，图10所示的波形：图9flowscope的仿真效果模拟图图10tempscope的仿真效果图同时，通过改变各隶属度函数的参数以及模糊规则重新仿真可以观测对控制结果的影响。五．总结通过运行和观测MATLAB中的模糊模型仿真示例，我了解了模糊推理系统的仿真全过程，迅速掌握了simulink工具的使用方法，也加深了对模糊推理基本概念的理解。在此后的学习中，在运行示例的基础上我会尝试设计模糊控制系统，争取熟练掌握MATLAB。MATLAB模糊逻辑工具箱实例分析淋浴水温模型控制姓名：巩玉雪学号：113109309专业：机械电子工程2012年5月16日