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) 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)控制的本意控制的本意 ：为了达到某种目的对事物进行支配：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。管束、管制、管理、监督、镇压。 自动控制自动控制 : :在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置 （称（称 ）, , 使机器、设备或生产过程使机器、设备或生产过程 （ ）的某个工作状态或参数（即）的某个工作状态或参数（即 ）自动）自动 地按照预定的规律运行。地按照预定的规律运行。控制的定义控制的定义例例1.1.钢铁轧制钢铁轧制:轧出厚度一致的高精度铁板轧出厚度一致的高精度铁板温度控制温度控制, ,生铁成分控制生铁成分控制, ,厚度控制厚度控制, ,张力控制张力控制, ,等等。等等。例例2.2.程控机床程控机床:自动进刀切削，加工出预期的几何形自动进刀切削，加工出预期的几何形状状直线、圆弧等各种差补控制，进给量控制直线、圆弧等各种差补控制，进给量控制, ,等等。等等。控制装置或控制器控制装置或控制器 被控对象被控对象被控量被控量模糊控制模糊控制(1/10)(1/10)l模糊控制与传统控制的差异：l传统控制的设计，以数学模型来描述受 控系统。l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。 模糊控制模糊控制(2/10)(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。模糊控制模糊控制(3/10)(3/10)2.模糊控制器架构模糊化模糊推理 （控制规则）反模糊化误差误差变化量模糊化 控制信号明确 控制信号模糊化 誤差模糊化 误差变化量三类模糊推理器： 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：MATLABMATLAB及其应用及其应用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，使得各个系统的设计和仿真变得相 当容易和直观。 GUIGUI工具工具anfisedit打开ANFIS编辑器的GUI(图形用户界 面) fuzzy调用基本的FIS编辑器 mfedit隶属度函数编辑器 ruleedit规则编辑器和解析器 ruleview规则观察器和模糊推理方框图 surfview输出曲面观察器 模糊控制系统实例模糊控制系统实例p191p191Ball Juggler （slbb）魔法小球 Inverse kinematics (invkine) 机器人手臂的往复运动 Defuzzification Methods 去模糊化方法 MF gallery 各种模糊函数 Water Tank （sltank）水箱控制 Water Tank with Rule Viewer带观测器的水箱控制 Cart and Pole (slcp)小车上的单摆 Cart and two Poles (slcpp1)小车上的双摆 Backing Truck (sltbu)卡车倒车 Shower Model (shower)淋浴温控模型MatlabMatlab在仿真中的应用在仿真中的应用lSimulink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。p177SimulinkSimulink仿真环境仿真环境lFilenewmodel新建模型lFileopen打开.mdl文件，打开一个模型。lSimulink打开simulink库，库中有各种仿真可 用的元件。包含许多子库（continuous、 discrete、functionf(t)称 为F(s)的原函数，L为拉氏变换的符号。设函数f(t)满足： 1）f(t)实函数； 2）当t有理分式形式M(s)=b0(s-zM(s)=b0(s-z1 1)(s-z)(s-z2 2)(s-z)(s-zmm)=0)=0的根的根 s=zs=zi i(i=1, 2, , m)(i=1, 2, , m)，称为传递函数的零点。，称为传递函数的零点。N(s)=aN(s)=a0 0(s-p(s-p1 1)(s-p)(s-p2 2)(s-p)(s-pn n)=0)=0的根的根 s=pj(j=1, 2, , n)s=pj(j=1, 2, , n)，称为传递函数的极点。，称为传递函数的极点。！系统传递函数的极点就是系统的特征根。！系统传递函数的极点就是系统的特征根。 ！零点和极点的数值完全取决于系统的结构参数。！零点和极点的数值完全取决于系统的结构参数。零点和极点零点和极点零极点形式传递函数的零、极 点分布图：将传递函数的零 、极点表示在复平 面上的图形。零点用“O”表示极点用“”表示零、极点分布图零、极点分布图比例环节比例环节一阶微分环节一阶微分环节二阶微分环节二阶微分环节积分环节积分环节惯性环节惯性环节振荡环节振荡环节延迟环节延迟环节！串联！串联纯微分环节纯微分环节时间常数形式2 2）传递函数的零极点对输出的影响传递函数的零极点对输出的影响l由于传递函数的极点就是系统微分方程的特 征根，因此它们决定了所描述系统自由运动 的模态，而且在强迫运动中（即零初始条件 响应）也会包含这些自由运动的模态。 l传递函数的零点不形成自由运动的模态，但它却影 响各模态响应中所占的比重，因而也影响响应曲线的形状。 l零点距极点的距离越远，该极点所产生 的模态所占比重越大l零点距极点的距离越近，该极点所产生 的模态所占比重越小l如果零极点重合该极点所产生的模态 为零，因为分子分母相互抵消。例 系统如图，被控对象微分方程为求系统传递函数F(s)。 解 . (1) 求G0(s) (2) 由运放 整理得 问题的提出问题的提出n对于一个简单的元件或系统，若要求取它的传递函数可先列 写出它们的微分方程，然后在零初始条件下，求出传递函数 。 但如果系统较复杂，中间变量较多，则列写它们的微分 方程就很困难，从而求传递函数也就不简单。n复杂系统都由基本元件组成，那么有哪些基本元件呢？n有没有简便的求取方法呢？一种简便的方法就是利用结构图 或信号流图。控制系统的结构图或信号流图都是描述系统各 元部件之间信号传递的数学图形，它们表示了系统中各变量 之间的因果关系以及对各变量所进行的运算。结构图或信号 流图的本质是代数方程组各变量之间的关系的一种图形表示 。n下面我们分别来讨论运动方程式：运动方程式：传递函数：传递函数：K K 环节的放大系数环节的放大系数例例1 1：齿轮传动：齿轮传动例例2 2：晶体管放大器：晶体管放大器3典型元部件的传递函数比例环节齿轮传动共射极晶体管放大器运动方程式：运动方程式：传递函数：传递函数：K K环节的放大系数环节的放大系数T T环节的时间常数环节的时间常数! !储能元件储能元件！输出落后于输入！输出落后于输入 量，不立即复现突量，不立即复现突 变的输入变的输入例例1 1：弹性弹簧：弹性弹簧例例2 2：RCRC惯性环节惯性环节惯性环节弹性弹簧RC电路运动方程式：传递函数：K 环节的放大系数！记忆！积分输入突然除去 积分停止 输出维持不变例1：电容充电 例2：积分运算放大器积分环节如当输入量为常值如当输入量为常值 A A 时，时，输出量须经过时间输出量须经过时间T T才能达到输入量在才能达到输入量在t = 0t = 0 时的值时的值A A。！改善系统的稳态性能！改善系统的稳态性能电容充电电容充电积分运算放大器积分运算放大器理想微分理想微分实际微分实际微分惯性惯性T T 0 0 KT KT 有限有限运动方程式：运动方程式：传递函数：传递函数：传递函数：传递函数：例例1 1：测速发电机：测速发电机例例2 2：RCRC微分网络微分网络例例3 3：理想微分运放：理想微分运放例例4 4：一阶微分运放：一阶微分运放微分环节!无负载时测速发电机测速发电机RCRC微分网络微分网络理想微分运算放大器理想微分运算放大器一阶微分运算放大器一阶微分运算放大器不同形式不同形式 储能元件储能元件能量转换能量转换振荡振荡运动方程式：运动方程式：传递函数：传递函数： 环节的阻尼比环节的阻尼比K K环节的放大系数环节的放大系数T T 环节的时间常数环节的时间常数00 1 1 产生振荡产生振荡1 1 两个串联的惯性环节两个串联的惯性环节例例1 1：机械平移系统：机械平移系统例例2 2：RLCRLC串联网络串联网络振荡环节振荡环节机械平移机械平移系统系统RLCRLC串联网络电路串联网络电路运动方程式：运动方程式：传递函数：传递函数：1 1 两个串联的一阶微分环节两个串联的一阶微分环节 环节的阻尼比环节的阻尼比K K 环节的放大系数环节的放大系数T T 环节的时间常数环节的时间常数二阶微分环节运动方程式：传递函数： 环节的时间常数环节的时间常数超越函数超越函数 近似处理近似处理例例1 1：水箱进水管的延滞：水箱进水管的延滞滞后环节 惯性环节从输入开始时刻起就已有输出，仅由于 惯性，输出要滞后一段时间才接近所要求的输出 值。 延迟环节从输入开始之初，在0 时间内没有 输出，但t=之后，输出完全等于输入。延迟环节与惯性环节的区别延迟环节与惯性环节的区别水箱进水管的延滞水箱进水管的延滞系统建立过程系统建立过程