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。

Muxflowscopehot watervalveMux5f(u)MuxMux2flow ratef(u)tempMuxtempscopeMuxMux3inTo WorkspaceMux4tempsetpointtemperrorflowerrorflowsetpointcold watervalveDemuxDemuxoutTo Workspace1Fuzzy LogicController

由模型图可知，“shower”系统通过调节热水阀（hot water valve）和冷水阀（cold water valve）调节水流量（flow rate）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“ Fuzzy LogicController”模块，再单击弹出菜单中的“Look Under Mask”就弹出如图2的对话框，它的“FIS Wizard”模框内写着“FIS”，表明已经嵌入FIS结构文件。

1In1FISFIS Wizard1Out1 图2 '\"shower\"的FIS连接对话框

用鼠标右键单击“ FIS Wizard”模块，再单击弹出菜单中的“Look Under Mask”，就弹出shower系统的FIS详细结构图，如图3所示

emuxInput MFtemp1In1DemuInput MFflowemuxRuleRule2AggMethod1emuxRuleRule1maxCOADefuzzification1RuleRule3Output MFmaxemuxCOADefuzzification2coldRuleRule4AggMethod2Output MFemuxhotRuleRule5emuxRuleRule6Total FiringStrength>Zero Firing Strength0-C-MidRangeSwitch?1Out1emuxRuleRule7RuleRule8emuxemuxRuleRule9 图3 shower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（flow rate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fuzzy shower，回车弹出shower的FIS编辑器，如图4所示：

图4 FIS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5 MF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 (temp is cold) and（flow is soft）then (cold is openSlow)（hot is openFast）(1)

2.If (temp is cold) and（flow is good）then (cold is closeSlow)（hot is openSlow）(1)

3.If (temp is cold) and（flow is hard）then (cold is closeFast)（hot is closeSlow）(1)

4. If (temp is good) and（flow is soft）then (cold is openSlow)（hot is openSlow）(1)

5. If (temp is good) and（flow is good）then (cold is steady)（hot is steady）(1)

6. If (temp is good) and（flow is hard）then (cold is closeSlow)（hot is closeSlow）(1)

7. If (temp is hot) and（flow is soft）then (cold is openFast)（hot is openSlow）(1)

8. If (temp is hot) and（flow is good）then (cold is openSlow)（hot is closeSlow）(1)

9.If (temp is hot) and（flow is hard）then (cold is closeSlow)（hot is closeFast）

(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9 flow scope的仿真效果模拟图

图10 temp scope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