光电跟踪伺服系统中模糊控制器的设计与仿真

引言：
　　近年来，人们广泛的将模糊控制技术应用于生产生活各个领域。它以其不依靠被控对象的精确数学模型、适应性好、系统鲁棒性好以及易于实现无超调控制[1]而受到业内人士青睐。尤其是二维模糊控制器，以其设计相对简单，控制精度较高而备受瞩目。本文在经典控制方法的基础上，加入比例因子自调整二维模糊控制器构成一种伺服控制系统模型，通过编写M文件的S函数来进行经典控制方法和模糊控制器之间的切换，仿真结果表明，光电跟踪伺服系统的动态性能有很大改善。
一、光电跟踪伺服系统的数学模型
　　光电跟踪伺服系统属于双闭环单输入单输出位置随动系统，内环为速度环，外环为位置环。本文针对的控制对象是光电跟踪系统转台，其传递函数是：

　　
　速度环和位置环的控制器利用超前-滞后补偿方法设计，闭环系统的主要组成环节可以参见参考文献[2]，这里不再详述。
二、模糊控制器设计
　　控制系统工具箱（Control System
Toolbox）是MATLAB软件包中的专门针对控制系统工程设计的函数和工具的集合。该工具箱提供了丰富的算法程序以完成一般控制系统的设计、分析和建模。
　　SIMULINK是用来建模、分析和仿真各种动态系统的交互环境，通过SIMULINK提供的丰富功能块，可以迅速地创建动态系统模型。模糊逻辑工具箱，利用基于模糊逻辑的系统设计工具，通过GUI，可以完成模糊控制推理系统设计的全过程，利用简单的模糊规则对复杂的系统行为进行建模，然后将这些规则应用于模糊推理系统;S函数是SIMIULINK提供的一种功能强大的编程机制，通过S-function用户可以实现用户自己的算法。
　　1、模糊控制输入变量的设计和选择
　　系统中的模糊控制器采用双输入单输出型控制器。输入变量为偏差信号E和偏差变化率EC。输出变量为控制量U。E、EC、U的量化论域均为（-6
6），模糊子集均为｛NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB｝。在MATLAB主界面命令窗口中键入FUZZY命令，将进入模糊控制器的图形用户界面FIS编辑器，分别建立E、EC、U的隶属度函数。这里选用三角形（trimf）隶属度函数。
　　2、模糊控制规则的建立
　　模糊控制规则有两种方法：经验归纳法和推理合成法，本文中采用的是经验归纳法。
　　模糊控制规则的建立遵循以下原则：
　　当偏差为正向较大且偏差变化为正向较大时，控制量U的输出应为正向较大;
　　当偏差为正向较小或零且误差变化为正向较小或零时，控制量U的输出应为正向较小或零;
　　当偏差为负向较小且误差变化为较小时，控制量U的输出应为负向较小;
　　当偏差为负向较大且偏差变化为负向较大时，控制量U的输出应为负向较大;
　　……。