以通风口尺寸、外界环境温度为输入变量,空调风速为输出变量设计一个有关空调的模糊控制系统,写出模糊控制的详细步骤,并写出程序
时间: 2023-12-03 13:44:44 浏览: 145
模糊控制系统设计步骤:
1. 确定输入变量和输出变量:根据问题,我们可以确定输入变量为通风口尺寸和外界环境温度,输出变量为空调风速。
2. 确定变量的取值范围:对于通风口尺寸和外界环境温度,我们可以根据实际情况进行取值。例如,通风口尺寸可以分为小、中、大三个级别,外界环境温度可以分为低、中、高三个级别。对于空调风速,我们可以将其划分为低、中、高三个级别。
3. 建立模糊集合和隶属函数:对于每个变量,我们需要将其分成若干个模糊集合,并为每个模糊集合指定隶属函数。例如,对于通风口尺寸,我们可以将其分为小、中、大三个模糊集合,对于每个模糊集合,我们需要指定其隶属函数,例如小型通风口的隶属函数可以是一个三角形,中型通风口的隶属函数可以是一个梯形,大型通风口的隶属函数可以是一个反三角形。同样的,对于外界环境温度和空调风速,我们也需要建立相应的模糊集合和隶属函数。
4. 确定规则库:根据实际问题,我们需要确定规则库,即输入变量和输出变量之间的关系。例如,在本问题中,我们可以制定如下规则:
- 如果通风口尺寸为小且外界环境温度为低,则空调风速为低。
- 如果通风口尺寸为大或者外界环境温度为高,则空调风速为高。
- 如果通风口尺寸为中且外界环境温度为中,则空调风速为中等。
5. 模糊推理:根据规则库和输入变量的值,我们可以进行模糊推理,计算出输出变量的模糊集合。
6. 解模糊化:将模糊集合转化为具体的输出值。这里可以采用常见的解模糊化方法,例如最大值法、重心法等。
下面是基于Python实现的模糊控制系统程序:
```python
import numpy as np
import skfuzzy as fuzz
from skfuzzy import control as ctrl
# 定义输入变量
vent_size = ctrl.Antecedent(np.arange(0, 11, 1), 'vent_size')
env_temp = ctrl.Antecedent(np.arange(0, 41, 1), 'env_temp')
# 定义输出变量
ac_speed = ctrl.Consequent(np.arange(0, 11, 1), 'ac_speed')
# 定义隶属函数
vent_size['small'] = fuzz.trimf(vent_size.universe, [0, 0, 5])
vent_size['medium'] = fuzz.trapmf(vent_size.universe, [2, 4, 6, 8])
vent_size['large'] = fuzz.trimf(vent_size.universe, [5, 10, 10])
env_temp['low'] = fuzz.trimf(env_temp.universe, [0, 0, 20])
env_temp['medium'] = fuzz.trimf(env_temp.universe, [10, 20, 30])
env_temp['high'] = fuzz.trimf(env_temp.universe, [20, 40, 40])
ac_speed['low'] = fuzz.trimf(ac_speed.universe, [0, 0, 5])
ac_speed['medium'] = fuzz.trimf(ac_speed.universe, [2, 5, 8])
ac_speed['high'] = fuzz.trimf(ac_speed.universe, [5, 10, 10])
# 定义规则
rule1 = ctrl.Rule(vent_size['small'] & env_temp['low'], ac_speed['low'])
rule2 = ctrl.Rule(vent_size['large'] | env_temp['high'], ac_speed['high'])
rule3 = ctrl.Rule(vent_size['medium'] & env_temp['medium'], ac_speed['medium'])
# 建立控制系统
ac_ctrl = ctrl.ControlSystem([rule1, rule2, rule3])
# 进行模糊推理
ac_sim = ctrl.ControlSystemSimulation(ac_ctrl)
# 设置输入变量的值
ac_sim.input['vent_size'] = 7
ac_sim.input['env_temp'] = 25
# 进行计算
ac_sim.compute()
# 输出结果
print(ac_sim.output['ac_speed'])
```
在上述代码中,我们首先定义了输入变量`vent_size`和`env_temp`,以及输出变量`ac_speed`。然后,我们又定义了各个变量的隶属函数。接着,我们定义了规则,并建立了控制系统。最后,我们设置输入变量的值,并进行模糊推理,得到输出变量的值。
需要注意的是,本程序中使用的是Python的模糊控制系统库skfuzzy,需要提前安装。可以使用如下命令进行安装:
```
pip install scikit-fuzzy
```
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