matlab模糊控制工具箱在边坡稳定性分析中的应用研究.pdf

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Matlab模糊控制工具箱在边坡稳定性分析中的应用研究 杨惠娟1 (1.宁夏银川市宝塔石化设计院,宁夏银川750004; 宋兴海2 2.河北工程技术高等专科学校,河北沧州061001) 脯要]众所用知,自然界和社会领域存在很多不确定现象,这种不确是}生主要表现在两个方面:一是随机l生;二是模糊性。随机b唆由 于事物的因果关系不明确造成的,常用概率统计方法进行研究;事物的模栅}生是指其边界不清楚,即在质上没有确切的定义,在量上没有明 确的界限,主要用模糊理论进行分析研究。本文就Madab模糊控制工具箱在边坡工程稳幻陛分析中做了一些有益的尝试。 法袋词】Madab;边坡;稳定性 众所周知,自然界和社会领域存在很多不确定现象,这种不确定 性主要表现在两个方面:一是随机性;二是模糊性。随机性是由于事物 的因果关系不明确造成的,常用概率统计方法进行研究;事物的模糊性 是指其边界不清楚,即在质上没有确切的定义,在量上没有明确的界 限,主要用模糊理论迸行分析研究。从质和量两个方面来看,模糊性是 比随柳性更为基础的不确定性。随机性是在事件是否发生的不确定性中 表达出来的条件的不确定性,而事件本身的性态和类属是确定的。模糊 性则是事件自身性态和类属的不确定性。大体上说,随机1哇是一种外在 的不确定性,模糊性是一种内在的不确定性。随机现象眼从排中率,在 随机试验中,某个事件要么发生,要么不发生,不存在第三种可能。而 模糊性F£JEA通常的排中率,存在着许多甚至无穷的中间状况。故可以 把随机性看成一种特殊的模糊性,即事件发生的可能程度的渐变性,但 模糊远不限于这一种表现形式。利用模糊理论对事物进行评价具有以下 优点:模糊逻辑是基于自然语言的描述,简单易懂;模糊逻辑可以建立 在专家经验及人们日常生活的常用规则基础之上:模糊逻辑容许使用不 精确的数据;模糊逻辑在概念上易于理解;模糊逻辑可以对任意复杂的 非线性函数建模。 1 Matlab及其模糊控制工具箱的特性 Matlab是由美国的mathwoks公司推出的—个为科学和工程计算 而专门设计的高级交互式软件包。它是一种高性能的用于工程计算的编 程软件。它把科学计算、编程和结果的可视化都集中在一个使用非常方 便的环境中。它是目前国际公认的、最优秀的科技应用软件之一。该工 具箱集成度高、内容丰富,基本包括了模糊理论的各个方面,其能够很 好地结合人类的自然语言,具有功能强大和方便易用的特点,得到了用 户的广泛欢迎。 利用Matlabfuzzy—box的图形用户界面(GUI)可以很容易地建 立模糊推理系统,这里主要有5个GUI工具:FIS编辑器、隶属度函数 编辑器、规则编辑器、规则观测器和曲面观测器。它们之间是动态连接 的,编辑器所作的修改能够及时地体现在Z卿9器上。 FIS编辑器可处理模糊系统的高层次问题,如系统中可有多个输入 和输出变量:隶属度函数编辑器用来定义每个变景的隶属度函数的形状 及参数:规则编辑器用来编辑FIS的规则。规则观测器和曲面观测器分 别用来观察FIS的规则和输出曲面。上述3个编辑器相互配合可方便地 构成模糊推理系统,2个观测器主要用来检查系统的性能。 2模糊推理的系统描述 模糊推理的本质就是将一个给定输入空间通过模糊逻辑的方法映 射到一个特定的输出空间的计算过程。利用Matlab提供的模糊控制工 具箱可以方便地实现Mamdani和Sugeno型的模糊逻辑系统。 Mamdani型的模糊推理方法是最常见的算法,最先将模糊集合理 论应用于控制系统。它是由EbrahimMamdani在1975年为蒸气发动 机提出来的,这种方法采用综合~系列有经验的操作者提供的线性控制 定律来控制锅炉。这种方法源于Zadeh关于模糊算法在复杂系统和决 策处理中的思想。 在实际的工程应用中,往往期待推理输出的是一个确定的控制量 或者其他确定的数值,而应用Mamdani的模糊推理系统,每一条规则 208 2009年11月(上) 推理后输出的是变量的分别隶属度函数或者是离散的模糊集合。在将多 条规则的结果合成(aggregation)以后,对每—个输出变量模糊集合 都芸矬行去模糊化(解榜口胡化)处理,以得到实际问题期望的输出。 Mamdani型模糊系统的每一条推理规则的结论都是一个分布的模 糊集合,但在许多问题中,如果每一条规则的结论部分是论域E的一个 点而不是分布的模糊集合,可能会更笮菝匕这种单点可以看作是—个已 经预先经过去模糊化的模糊集合。因为这种方法可以提高清晰化的效 率,所以极大简化了通常Mamdani型计算中的it算ll。 3模糊模型的主要组成部分 模糊规则库模糊规则库是由若干模糊“if—then”规则的总和组成, 它是模糊系统的核,郴分,系统其他部分的功能在解释和利用这些模糊 规则解决具体问题。关于模糊规则的获得,需要一些相关的专业和实践 方面知识。—般模糊规则可以有以下两种方法获得:请教专家或采用基 于测量数据的学习方法。 3.1模糊推理机 模糊推理机主要包括将模糊规则库中的模糊“.f—then”规则转化 成某种映射,即将输入空间上的模糊集合映射到输出空间的模糊集合。 主要包括连接词的计算、 “if-then”规则的表示、直觉推理判断和一 些相关的运算性质,简单归纳Matlab逻辑工具箱的连接词运算主要指 “and”、 …or和。'also”三种操作。 32模糊产生器 模糊产生器的作用是将一个确定的点映射为输出空间的一个模糊 集合,也称之为模糊化。 33模糊消除器 模糊消除器的目的是将输出空间的一个模糊集合映射为一个确定 的点,以达到实际应用的目的,又称之为解模糊化、去模糊化、逆模糊 化或清晰化。 作者简介:扬惠娟。1977年生。女,银川市,大学本科,助理工 程师,主要从事建筑工程结构设计工作。 [参考文献】 【11张围良.模糊控制及其raadab应用lM】两安:西安茹萤大学出版丰土,2002 f2】钟飞等Mamdani与sugeno想模糊推理的应用研究,2005. f31李隽蓬谢强±本工程地瞬f哪西南交通大学出版社'2c}()o [41汪益敏边坡岩体稳定质量的模糊评价.华南理工大学学报,1997, 万方数据
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