基于Mamdani模糊神经网络的调速控制系统simulink建模与仿真

简介: 基于Mamdani模糊神经网络的调速控制系统simulink建模与仿真

1.算法运行效果图预览

a9a881133749a0c1ef1d2c88a1bdc0a8_82780907_202402222349290321984281_Expires=1708617569&Signature=A3%2BSkpY%2BXxgeg0AycIZ%2F9wyxkzg%3D&domain=8.jpeg
0368016ecae120b31c46999b377e4bc4_82780907_202402222349290384399636_Expires=1708617569&Signature=C94EsYWlzvSWNlAMajzI%2BniS%2BFc%3D&domain=8.jpeg

2.算法运行软件版本
matlab2022a

3.算法理论概述
基于Mamdani模糊神经网络的调速控制系统是一种结合模糊逻辑与神经网络技术的智能控制方法,旨在提高调速系统的性能。随着工业技术的不断发展,对调速控制系统的性能要求也越来越高。传统的控制方法往往难以处理非线性、时变和不确定性等问题。而基于Mamdani模糊神经网络的调速控制系统通过结合模糊逻辑和神经网络的优点,能够有效地解决这些问题,提高调速系统的稳定性和动态性能。

3.1 模糊神经网络控制器概述
模糊逻辑是一种处理不确定性和模糊性的数学工具,它允许变量在0和1之间取任意值,表示属于某个集合的程度。在调速控制系统中,模糊逻辑可以用来描述电机转速的模糊状态,如“低速”、“中速”和“高速”等。模糊集合是模糊逻辑的基本概念,它表示一个对象属于某个集合的程度。隶属度函数用来描述对象属于模糊集合的程度,通常表示为μ(x),其中x为对象,μ(x)为隶属度,取值范围为[0,1]。
模糊推理是根据模糊规则进行推理的过程。在调速控制系统中,模糊规则可以表示为“如果电机转速为低速,则增加电机电压”,其中“低速”和“增加电机电压”都是模糊概念。通过模糊推理,可以得到控制量的模糊值。

   神经网络是一种模拟人脑神经元连接方式的计算模型,具有强大的自学习和自适应能力。在调速控制系统中,神经网络可以用来逼近非线性函数和优化控制参数。神经网络由多个神经元组成,通常分为输入层、隐藏层和输出层。在调速控制系统中,输入层接收电机转速等状态变量,输出层产生控制量,隐藏层用来逼近非线性函数。

   基于Mamdani模糊神经网络的调速控制系统结合了模糊逻辑和神经网络的优点,既能处理模糊性和不确定性问题,又具有自学习和自适应能力。该系统主要由以下几个部分组成:

输入变量模糊化:将电机转速等输入变量通过隶属度函数转换为模糊变量。
模糊推理:根据预先设定的模糊规则进行推理,得到控制量的模糊值。
神经网络逼近:利用神经网络逼近非线性函数,优化控制参数。
去模糊化:将模糊控制量通过去模糊化方法转换为实际的控制量。
控制执行:将实际的控制量作用于电机,实现调速控制。

3.2 模糊神经网络控制器基本原理
由于模糊控制是建立在专家经验的基础之上的,但这有很大的局限性,而人工神经网络可以充分逼近任意复杂的时变非线性系统,采用并行分布处理方法,可学习和自适应不确定系统。利用神经网络可以帮助模糊控制器进行学习,模糊逻辑可以帮助神经网络初始化及加快学习过程。

   通常神经网络的基本构架如下所示:

dd47ffb846c4bf14c04725818e26c51a_82780907_202402222348280945813464_Expires=1708617508&Signature=OVM%2BZJzsit7iCQrXolVcuOLteMk%3D&domain=8.png

第一层为输入层,其主要包括两个节点,所以第一层神经网络的输入输出可以用如下的式子表示:

0a79898cb272560fb5e6d47b0a9d4271_82780907_202402222348160367475819_Expires=1708617496&Signature=vfHXrJQzk1IJzONq3YsO2J7XpFk%3D&domain=8.png

第二层为输入变量的语言变量值,通常是模糊集中的n个变量,它的作用是计算各输入分量属于各语言变量值模糊集合的隶属度。用来确定输入在不同的模糊语言值对应的隶属度,以便进行模糊推理,如果隶属函数为高斯函数,那么其表达式为:

c7c56c3d5dd705526574a1e8e24ec2be_82780907_202402222346360288679352_Expires=1708617396&Signature=oCAfx42hDJKVPUyyIVyXuNelvlM%3D&domain=8.png

第三层是比较关键的一层,即模糊推理层,这一层的每个节点代表一条模糊规则,其每个节点的输出值表示每条模糊规则的激励强度。该节点的表达式可用如下的式子表示:

01456cc685718be7211518c000790195_82780907_202402222346210741693354_Expires=1708617381&Signature=3eFbcDKI31VwAqy1Y%2F1Q1tIbrv0%3D&domain=8.png

第四层为归一化层,其输出是采用了Madmdani模糊规则,该层的表达式为:

68fa74b4f53ba60e52c7f3549a9a1d4d_82780907_202402222346090506674289_Expires=1708617369&Signature=4SMcFE8MJBfl8S9LPvytYetEqHQ%3D&domain=8.png

第五层是模糊神经网络的解模糊层,即模糊神经网络的清晰化.

4.部分核心程序

db41988cfb7ef9c68cab814467757145_82780907_202402222345220866983586_Expires=1708617322&Signature=lTQhFF0zX1bagsKIrZF5NWAa4tI%3D&domain=8.jpeg

%定义整个模糊神经网络的各个层的数据状态
%第一层
x       = u(1:Number_inport);
In1     = x*ones(1,Number_Fuzzy_rules);%第一层的输入
Out1    = 1./(1 + (abs((In1-mean1)./sigma1)).^(2*b1));%第一层的输出,这里,这个神经网络的输入输出函数可以修改
%第一层
precond = Out1'; 
Out2    = prod(Out1)';
S_2     = sum(Out2);%计算和
%第三层
if S_2~=0
   Out3 = Out2'./S_2;
else
   Out3 = zeros(1,NumRules);%为了在模糊控制的时候方便系统的运算,需要对系统进行归一化处理
end
%第四层
Aux1    = [x; 1]*Out3;
a       = reshape(Aux1,(Number_signal_in+1)*NumRules,1);%控制输出
%第五层,最后结果输出
outact  = a'*ThetaL4;
%最后的出处结果
out     = [outact;Xt];             
else
out     = [];
end
相关文章
|
1月前
|
机器学习/深度学习 算法 数据安全/隐私保护
基于BP神经网络的苦瓜生长含水量预测模型matlab仿真
本项目展示了基于BP神经网络的苦瓜生长含水量预测模型,通过温度(T)、风速(v)、模型厚度(h)等输入特征,预测苦瓜的含水量。采用Matlab2022a开发,核心代码附带中文注释及操作视频。模型利用BP神经网络的非线性映射能力,对试验数据进行训练,实现对未知样本含水量变化规律的预测,为干燥过程的理论研究提供支持。
|
25天前
|
机器学习/深度学习 算法 数据安全/隐私保护
基于贝叶斯优化CNN-LSTM网络的数据分类识别算法matlab仿真
本项目展示了基于贝叶斯优化(BO)的CNN-LSTM网络在数据分类中的应用。通过MATLAB 2022a实现,优化前后效果对比明显。核心代码附带中文注释和操作视频,涵盖BO、CNN、LSTM理论,特别是BO优化CNN-LSTM网络的batchsize和学习率,显著提升模型性能。
|
1月前
|
机器学习/深度学习 算法 数据挖掘
基于GWO灰狼优化的GroupCNN分组卷积网络时间序列预测算法matlab仿真
本项目展示了基于分组卷积神经网络(GroupCNN)和灰狼优化(GWO)的时间序列回归预测算法。算法运行效果良好,无水印展示。使用Matlab2022a开发,提供完整代码及详细中文注释。GroupCNN通过分组卷积减少计算成本,GWO则优化超参数,提高预测性能。项目包含操作步骤视频,方便用户快速上手。
|
1月前
|
机器学习/深度学习 算法 数据安全/隐私保护
基于WOA鲸鱼优化的GroupCNN分组卷积网络时间序列预测算法matlab仿真
本项目展示了一种基于WOA优化的GroupCNN分组卷积网络时间序列预测算法。使用Matlab2022a开发,提供无水印运行效果预览及核心代码(含中文注释)。算法通过WOA优化网络结构与超参数,结合分组卷积技术,有效提升预测精度与效率。分组卷积减少了计算成本,而WOA则模拟鲸鱼捕食行为进行优化,适用于多种连续优化问题。
|
1月前
|
机器学习/深度学习 算法 数据安全/隐私保护
基于GA遗传优化的GroupCNN分组卷积网络时间序列预测算法matlab仿真
该算法结合了遗传算法(GA)与分组卷积神经网络(GroupCNN),利用GA优化GroupCNN的网络结构和超参数,提升时间序列预测精度与效率。遗传算法通过模拟自然选择过程中的选择、交叉和变异操作寻找最优解;分组卷积则有效减少了计算成本和参数数量。本项目使用MATLAB2022A实现,并提供完整代码及视频教程。注意:展示图含水印,完整程序运行无水印。
|
1月前
|
机器学习/深度学习 传感器 安全
基于模糊神经网络的移动机器人路径规划matlab仿真
该程序利用模糊神经网络实现移动机器人的路径规划,能在含5至7个静态未知障碍物的环境中随机导航。机器人配备传感器检测前方及其两侧45度方向上的障碍物距离,并根据这些数据调整其速度和方向。MATLAB2022a版本下,通过模糊逻辑处理传感器信息,生成合理的路径,确保机器人安全到达目标位置。以下是该程序在MATLAB2022a下的测试结果展示。
|
29天前
|
机器学习/深度学习 算法 数据安全/隐私保护
基于贝叶斯优化卷积神经网络(Bayes-CNN)的多因子数据分类识别算法matlab仿真
本项目展示了贝叶斯优化在CNN中的应用,包括优化过程、训练与识别效果对比,以及标准CNN的识别结果。使用Matlab2022a开发,提供完整代码及视频教程。贝叶斯优化通过构建代理模型指导超参数优化,显著提升模型性能,适用于复杂数据分类任务。
|
6天前
|
存储 SQL 安全
网络安全与信息安全:关于网络安全漏洞、加密技术、安全意识等方面的知识分享
【10月更文挑战第39天】在数字化时代,网络安全和信息安全成为了我们生活中不可或缺的一部分。本文将介绍网络安全漏洞、加密技术和安全意识等方面的内容,帮助读者更好地了解网络安全的重要性,并提供一些实用的技巧和方法来保护自己的信息安全。
19 2
|
7天前
|
安全 网络安全 数据安全/隐私保护
网络安全与信息安全:关于网络安全漏洞、加密技术、安全意识等方面的知识分享
【10月更文挑战第38天】本文将探讨网络安全与信息安全的重要性,包括网络安全漏洞、加密技术和安全意识等方面。我们将通过代码示例和实际操作来展示如何保护网络和信息安全。无论你是个人用户还是企业,都需要了解这些知识以保护自己的网络安全和信息安全。
|
6天前
|
存储 安全 网络安全
云计算与网络安全:探索云服务中的信息安全策略
【10月更文挑战第39天】随着云计算的飞速发展,越来越多的企业和个人将数据和服务迁移到云端。然而,随之而来的网络安全问题也日益突出。本文将从云计算的基本概念出发,深入探讨在云服务中如何实施有效的网络安全和信息安全措施。我们将分析云服务模型(IaaS, PaaS, SaaS)的安全特性,并讨论如何在这些平台上部署安全策略。文章还将涉及最新的网络安全技术和实践,旨在为读者提供一套全面的云计算安全解决方案。