模煳控制的理论基础2.ppt
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1、Matlab处理模糊运算的过程: 1、根据用户设定的and和or和每一条推理规则,计算本条规则得到的模糊概念。 2、将每一条规则计算出来的模糊概念,根据also的设定来综合成一条模糊概念。 3、去模糊化,把模糊的概念转化为确定的输出。 实际上,模糊控制器根据输入(MI)及内部的规则计算出输出。,水塔水位控制 p173 1、if(level is okay) then valve is no_change)1 2、if( level is low)then ( valve is open_fast) 3、if( level is high)then ( valve is close_fast)
2、4、if( level is okay)and (rate is positive) then ( valve is open_slow) 5、if( level is okay)and (rate is negative) then ( valve is open_fast),控制的本意 :为了达到某种目的对事物进行支配、 管束、管制、管理、监督、镇压。,自动控制 : 在没有人直接参与的情况下,利用外加的设备或装置(称 ), 使机器、设备或生产过程( )的某个工作状态或参数(即 )自动地按照预定的规律运行。,控制的定义,例1.钢铁轧制:轧出厚度一致的高精度铁板 温度控制,生铁成分控制,厚度控
3、制,张力控制,等等。,例2.程控机床:自动进刀切削,加工出预期的几何形 状直线、圆弧等各种差补控制,进给量控制,等等。,控制装置或控制器,被控对象,被控量,模糊控制(1/10),模糊控制与传统控制的差异: 传统控制的设计,以数学模型来描述受控系统。 模糊控制的设计,只需对系统的操作法则定义区分清楚即可,经过反复的误差修正就可以达到控制结果。,模糊控制(2/10),1. 模糊控制系統,我们关注的控制系统一般指的是反馈控制系统,利用误差(e)和误差的变化率来控制系统。,模糊控制(3/10),2.模糊控制器架构,三类模糊推理器: 1、mamdani型模糊器:用max min运算做推理的运算的模糊推理
4、器。 2、larsen型模糊推理器:用乘积算法做模糊蕴含规则的模糊推理器。 3、Sugeno型模糊推理器:(0阶和1阶),多条规则合成:,MATLAB及其应用,Matlab自身的优越性使其推出后得到各个领域专家学者的广泛关注,各个领域的专家学者相继推出了Matlab工具箱,其中主要有信号处理、控制系统、神经网络、模糊控制、最优系统、系统辨识、通信、图形图像处理、小波分析和样条等工具箱,而且工具箱还在不断增加和完善,这些工具箱给各个领域的工程研究和应用提供了有力的工具。并且,随着计算机软硬件的更新及升级,Matlab这套软件的功能也变得越来越强大与实用,尤其是Simulink工具平台的出现,使得
5、各个系统的设计和仿真变得相当容易和直观。,GUI工具,模糊控制系统实例p191,Matlab在仿真中的应用,Simulink快速入门 Simulink是一种利用matlab开发的系统仿真软件工具。用来提供系统级的建模和仿真工作平台。它可以建模和仿真线形系统、非线性系统、连续(模拟)系统、离散系统和各类系统的混合系统。可以用动画来观察仿真过程。 Simulink是一种工程人员适用的高级仿真工具软件。p177,Simulink仿真环境,Filenewmodel新建模型 Fileopen打开.mdl文件,打开一个模型。 Simulink打开simulink库,库中有各种仿真可用的元件。包含许多子库(
6、continuous、discrete、function&table、math、nonlinear、signal&system、sinks、sources。) Matlab能用仿真解决的问题,基本上取决于simulink库。 与模糊控制有关的元件库是fuzzy logic toolbox。,应用举例,Missile Guidance System dblcart1(双质量-弹簧系统),建立一个最简单的系统,单质量弹簧系统,M,水箱,h,建立一个复杂的系统,生长在罐中的微生物模型。 Van de pol方程,子系统及其封装技术,压缩子系统 创建子系统 建立三辆小车的弹簧质量系统,模糊控制具体过程
7、,(以sltank为例) 1、建立被仿真物遵循的数学模型。 2、用simulink表现出上面的模型 3、收集人如何控制系统的经验 (输入概念、输出概念、推理规则) 4、建立FIS系统表达出这种经验 5、把这些子系统连起来仿真分析,微分方程的建立,列写系统微分方程的一般步骤为: 确定系统的输入、输出变量; 从输入端开始,按照信号的传递顺序,依据各变量所遵循的物理、化学等定律,列写各变量之间的动态方程,一般为微分方程组; 消去中间变量,得到输入、输出变量的微分方程; 标准化:将与输入有关的各项放在等号右边,与输出有关的各项放在等号左边,并且分别按降幂排列,最后将系数归化为如时间常数等反映系统动态特
8、性的参数。,电学:欧姆定理、基尔霍夫定律。,微分方程的建立(电学),Example 1,解:设回路电流为i,根据基尔霍夫定理: 消去中间变量i,可以得到:,Example 2,列写如下图所示RC网络的微分方程。给定输入电压为系统的输入量,电容上的电压为系统的输出量。 解:设回路电流分别为i1、 i2,由基尔霍夫定理得: 由基尔霍夫电流定律,电容C1 中的电流为i1- i2, C2为i2,所以,机械运动: 牛顿定理、能量守恒定理,微分方程的建立(机械运动),1)微分方程的系数取决于系统的结构参数 2)阶次等于独立储能元件的数量,Example 3,Example 4,微分方程的求解,建立控制系统
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- 控制 理论基础
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