Лаб5 / 7408_MMOSU_LR5_Brigada3

_{МИНОБРНАУКИ РОССИИ}

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра САУ

отчет

по лабораторной работе №5

по дисциплине «Математическое моделирование объектов и

систем управления»

Тема: Моделирование нечетких систем

Вариант 3

Студент гр. 7408		Лебедев Р. А. Трусова Е. С.
Преподаватель		Шпекторов А. Г.

Санкт-Петербург

2021

Цель работы.

Получить представление о способах создания нечетких моделей, изучить функции языка MATLAB библиотеки FUZZY LOGIC TOOLBOX, создать исследовать нечеткую модель объекта управления.

Исходные данные.

Нечеткая модель управления автомобилем. Объект управления – автомобиль. Он должен двигаться с наименьшим расходом топлива.

Входные переменные:

• скорость;

• ускорение;

Выходные переменные:

• номер передачи (нейтральная, 1-я, 2-я, 3-я, 4-я, 5-я);

• действие с педалью газа (нажать, отпустить).

Задание на работу.

Для заданного объекта управления требуется предложить и реализовать в пакете MATLAB нечеткую модель управления, последовательно наращивая число доступных для наблюдения входных переменных и их значений. После-довательность выполнения задания включает в себя:

1. Задание для каждого входа и выхода лингвистических переменных с множеством возможных значений (термов):

а) вариант усеченного множества предполагает задание 2–3 термов, необ-ходимых для описания лингвистических переменных;

б) вариант полного множества предполагает задание 4–7 термов, необхо-димых для описания лингвистических переменных.

2. Задание таблицы правил логического вывода для определения значения выхода системы управления.

Предложить 2 варианта правил (если это возможно):

а) для неполного набора входных переменных, с «загрубленным» описани-ем возможных сочетаний значений входных переменных;

б) для полного набора входных переменных с приближением к реальному описанию возможных ситуаций управления.

3. Для каждого варианта систем нечеткого вывода построить нечеткую мо-дель управления в редакторе систем нечеткого вывода и представить диаграм-мы и поверхности нечеткого вывода. При этом для каждого из вариантов рас-смотреть по два варианта множества возможных значений входных перемен-ных. Сделать выводы о влиянии степени детализации представления входного пространства, степени детализации значений выходного пространства, влиянии включения дополнительных правил в систему логического вывода или их ис-ключения.

4. Привести примеры 1-2 сравнимых между собой ситуаций логического вывода для нескольких значений входных переменных для разных систем логического вывода.

5. Провести моделирование нечеткой системы с объектом управления в среде SIMULINK (модели предоставляются преподавателем).

Ход работы.

Заданные лингвистические переменные для каждого входа и выхода представлены в таблицах 1 и 3, таблицы правил логического вывода – в таблицах 2 и 4 (для неусеченной и усеченной нечетких моделей соответсвенно).

Таблица 1 – Лингвистические переменные для усеченной нечеткой модели

Переменные		Термы
Входные	Speed	low, mid, high (низкая, средняя, высокая)
	Acceleration	positive, negative (+,-)
Выходные	KPP	neutral, reduct (1,2,3), multiplic (4,5)
	Gaz	press, release

Таблица 2 – Логика для усеченной нечеткой модели

Speed	Acceleration	KPP	Gaz
null	-	neutral	press
low	-	reduct	press
mid	-	reduct	press
high	-	multiplic	press
-	negative	neutral	release
-	positive	-	press

а)

б)

в)

г)

Рисунок 1 – Окна редактора функции принадлежности

(усеченная модель)

Рисунок 2 – Фазификация и дефазификация (усеченная модель)

Рисунок 3 – График рабочей поверхности (усеченная модель)

Таблица 3 – Лингвистические переменные для неусеченной модели

Переменные		Термы
Входные	Speed	null (0), very_low(0-20), low(10-50), mid(20-80), high(40-110), very_high(60-150)
	Acceleration	n_very_high, n_high, p_high, very_high
Выходные	KPP	N, 1, 2, 3, 4, 5
	Gaz	release, half, maxpress

Таблица 4 – Логика для неусеченной нечеткой модели

Speed	Acceleration	KPP	Gaz
null (0)	-	1	half
verylow(0-20)	-	1	half
low(10-50)	-	2	half
mid(20-80)	-	3	half
high(40-110)	-	4	half
veryhigh(60-150)	-	5	maxpress
-	Nveryhigh	N	release
-	Nhigh	N	release
-	Phigh	-	half
-	Pveryhigh	-	maxpress

а)

б)

в)

г)

Рисунок 4 – Окна редактора функции принадлежности

(неусеченная модель)

Рисунок 5 – Фазификация и дефазификация (неусеченная модель)

Рисунок 6 – График рабочей поверхности (неусеченная модель)

Рисунок 7 – Модель нечеткой системы в среде Simulunk

а)

б)

Рисунок 8 – Результаты моделирования работы

нечеткой системы управления

Вывод.

В ходе данной лабораторной работы были изучены способы создания нечетких моделей с помощью библиотеки FUZZY LOGIC TOOLBOX, созданы две (усеченная и неусеченная) нечеткие модели управления движением автомобиля с наименьшим раходом топлива, а также было выполнено моделирование нечеткой системы с объектом управления в среде SIMULINK.