模糊控制算法,

1、模糊算法（Fuzzy algorithmic approach）精確、精準：精準：accurate 準確：exact確定：determine、ensure1、定義：通過對現(xiàn)實對象的分析，處理數(shù)據(jù)并構建模糊型數(shù)學模型。用隸屬關系將數(shù)據(jù)元素集合靈活成模糊集合，確定隸屬函數(shù)，進行模糊統(tǒng)計多依據(jù)經驗和人的心理過程，它往往是通過心理測量來進行的，它研究的是事物本身的模糊性?！澳：：保侵缚陀^事物彼此間的差異在，是指客觀事物彼此間的差異在中間中間過渡過渡時，時，界限不明顯界限不明顯，呈現(xiàn)出的，呈現(xiàn)出的“亦此亦亦此亦彼彼”性。性。“模糊模糊”是相對于是相對于“精確精確”而言的。而言的。n模糊數(shù)學并不是讓

2、數(shù)學變成模模糊糊的東模糊數(shù)學并不是讓數(shù)學變成模模糊糊的東西，而是用數(shù)學工具對模糊現(xiàn)象進行描述西，而是用數(shù)學工具對模糊現(xiàn)象進行描述和分析。模糊數(shù)學是對和分析。模糊數(shù)學是對經典數(shù)學經典數(shù)學的擴展，的擴展，它在經典集合理論的基礎上引入了它在經典集合理論的基礎上引入了“隸屬隸屬函數(shù)函數(shù)”的概念，來描述事物對模糊概念的的概念，來描述事物對模糊概念的從屬程度從屬程度規(guī)則庫推理機去模糊器模糊器精確輸入精確輸出模糊輸入集合模糊輸出集合模糊推理系統(tǒng)n、什么叫模糊控制？ 所謂模糊控制，就是對難以用已有規(guī)律描述的復雜系統(tǒng)，采用自然語言（如大、中、?。┘右詳⑹?，借助定性的、不精確的及模糊的條件語句來表達， 模糊控制是

3、一種基于語言語言的一種智能控制 2、為什么為什么采用模糊控制？采用模糊控制？ n傳統(tǒng)的自動控制控制器的綜合設計都要建立在被控對象準確的數(shù)學模型(即傳遞函數(shù)模型或狀態(tài)空間模型)的基礎上，但是在實際中，很多系統(tǒng)的影響因素很多，油氣混合過程、油氣混合過程、缸內燃燒過程等缸內燃燒過程等) ) ，很難找出精確的數(shù)學模型。這種情況下，模糊控制的誕生就顯得意義重大。因為模糊控制不用建立數(shù)學模型不需要預先知道過程精確的數(shù)學模型不需要預先知道過程精確的數(shù)學模型。 要研制智能化的汽車，就離不開模糊控制技術如汽車空調：人體舒適度的模糊性和空調復雜系統(tǒng) n3、模糊控制的特點1）無需知道被控對象的數(shù)學模型2）反映人類智

4、慧思維的智能控制3）易被人們所接受4）構造容易5）魯棒性好3、工作原理n把由各種傳感器測出的精確量轉換成為適于模糊把由各種傳感器測出的精確量轉換成為適于模糊運算的模糊量運算的模糊量, ,然后將這些量在模糊控制器中加以然后將這些量在模糊控制器中加以運算運算, , 最后再將運算結果中的模糊量轉換為精確最后再將運算結果中的模糊量轉換為精確量量, , 以便對各執(zhí)行器進行具體的操作控制。以便對各執(zhí)行器進行具體的操作控制。n在模糊控制中在模糊控制中, , 存在著一個模糊量和精確量之間存在著一個模糊量和精確量之間相互轉化的問題相互轉化的問題 規(guī)則庫推理機去模糊器模糊器精確輸入精確輸出模糊輸入集合模糊輸出集合

5、模糊推理系統(tǒng) 模糊控制原理圖模糊控制原理圖s:系統(tǒng)的設定值。x1, x2:模糊控制的輸入(精確量)。X1 , X2:模糊量化處理后的模糊量。U:經過模糊控制規(guī)則和近似推理后得出的模糊控制量。u:經模糊判決后得到的控制量(精確量)。y:對象的輸出。也可以表示成工作步驟： 輸入量模糊化 建立模糊規(guī)則 進行模糊推理 輸出量反模糊3、模糊控制的特點適用于不易獲得精確數(shù)學模型的被控對象，是一種語言變量控制器 從屬于智能控制的范疇。該系統(tǒng)尤其適于非線性，時變，滯后系統(tǒng)的控制抗干擾能力強，響應速度快，并對系統(tǒng)參數(shù)的變化有較強的魯棒性。二、模糊控制在汽車的應用方面1、ABS防抱死系統(tǒng)：工況的多變及輪胎的非線性

6、工況的多變及輪胎的非線性2、汽車巡航系統(tǒng)：外外界負荷的擾動、汽車質量和傳動系效率的界負荷的擾動、汽車質量和傳動系效率的不確定性、被控對象的強非線性不確定性、被控對象的強非線性3、汽車空調：人體舒適感的模糊性和空調復雜結構人體舒適感的模糊性和空調復雜結構4、半主動懸架：系統(tǒng)參數(shù)不穩(wěn)定性系統(tǒng)參數(shù)不穩(wěn)定性5 5、發(fā)動機三、在汽車空調上的應用對汽車空調系統(tǒng)的要求：技術性能和控制性能優(yōu)良，滿足人體舒適性的要求；節(jié)能自動控制的應用是達到這兩方面要求的一個重要途徑。經典控制理論：經典控制理論：建立數(shù)學模型現(xiàn)代控制理論：現(xiàn)代控制理論：狀態(tài)方程 空調器為典型的傳質換熱系統(tǒng)，結構和內部物理過程復雜，難以建立精確的

7、數(shù)學模型。汽車空調由于工作條件多變工作條件多變，用傳統(tǒng)的控制方法如:PID控制，難以獲得較好的控制效果。 對于環(huán)境干擾，魯棒性好，能夠抑制非線性因素對控制器的影響n控制過程：1、根據(jù)溫度傳感器和濕度傳感器測定的溫度濕度，以人體舒適感為基 礎，對車廂溫度進行模糊修正2、根據(jù)設定溫度和實測溫度，用模糊控制原則推論控制輸出3、根據(jù)室外溫度、乘車滿員率對控制輸出進行熱負荷模糊修正。4、根據(jù)車門啟閉情況，對控制輸出進行修正 全空調型客車空調原理圖全空調型客車空調原理圖1、外進風;2出風口;3蒸發(fā)器風機:4蒸發(fā)器芯;5熱水器芯: 6溫度門:7、出風口:8車內進風n模糊控制是基于語言的控制n模糊語言集的組成

8、： T T（E E） T T（E E）=負大，負中，負小，零，正小，正中，正大負大，負中，負小，零，正小，正中，正大 用模糊語言變量用模糊語言變量E E 來描述偏差，來描述偏差，或用符號表示或用符號表示 負大負大NBNB（Negative BigNegative Big）、）、 負中負中NMNM（Negative MediumNegative Medium）、）、 負小負小NSNS（Negative SmallNegative Small）、）、 零零ZEZE（ZeroZero）、）、 正小正小PSPS（Positive SmallPositive Small）、）、 正中正中PMPM（Pos

9、itive MediumPositive Medium），）， 正大正大PBPB（Positive BigPositive Big），），則：則： T T（E E）= NB= NB，NMNM，NSNS，ZEZE，PSPS，PMPM，PBPB建立隸屬函數(shù)：n各參數(shù)對相應子集的隸屬函數(shù)分別由不同的函數(shù)族決定。參數(shù)的相應各參數(shù)對相應子集的隸屬函數(shù)分別由不同的函數(shù)族決定。參數(shù)的相應子集指該參數(shù)被子集指該參數(shù)被人為地劃分成的等級人為地劃分成的等級所構成的一組模糊集合。相應子所構成的一組模糊集合。相應子集的多少，由集的多少，由控制精度控制精度決定。決定。n例如，參數(shù)例如，參數(shù)“溫差溫差”的相應子集可以是的

10、相應子集可以是“正大，正小，負小，負大正大，正小，負小，負大”，也可以是也可以是“正大，正中，正小，負小，負中，負大正大，正中，正小，負小，負中，負大”，后者比前者模，后者比前者模糊子集多，因而控制精度更高（在其它條件相同的情況下）。溫度偏糊子集多，因而控制精度更高（在其它條件相同的情況下）。溫度偏差差x x 的相應子集為：的相應子集為： 正大：正大：u() =1-1/u() =1-1/（1+0.5X1+0.5X2 2） (X0)(X0) 正中：正中：u ()=1/u ()=1/（1+1+（x-2x-2）2 2） (X0)(X0) 正?。赫。簎 ()=1/u ()=1/（1+(x-1)1+(

11、x-1)2 2） (X0)(X0) 正很?。赫苄。簎 ()=1/u ()=1/（1+0.5X1+0.5X2 2） (X0)(X0) 負很?。贺摵苄。簎 ()=1/u ()=1/（1+0.5X1+0.5X2 2） (X0)(X0) 負?。贺撔。簎 ()=1/u ()=1/（1+(x+1)1+(x+1)2 2） (X0)(X0) 負中：負中：u ()=1/u ()=1/（1+(x+2)1+(x+2)2 2） (X0)(X0) 負大：負大：u ()= 1-1/u ()= 1-1/（1+0.5X1+0.5X2 2） (X0)(X0)X1） 根據(jù)專家經驗根據(jù)專家經驗2） 根據(jù)熟練工人的經驗根據(jù)熟練工人

12、的經驗3） 建立控制對象的模糊模型建立控制對象的模糊模型溫度偏差E的隸屬函數(shù)溫度變化率Eu的隸屬函數(shù)控制輸出量U的隸屬函數(shù)普通集合對溫度的定義 模糊集合對溫度的設定汽車空調模糊控制系統(tǒng)的控制執(zhí)行器控制執(zhí)行器壓縮機、蒸發(fā)器風機、電子膨脹閥控制目標控制目標: 壓縮機能量調節(jié)機構控制其排量; 蒸發(fā)器風機控制車內的送風量; 電子膨脹閥控制壓縮機吸入氣體的過熱度。 執(zhí)行器和控制量之間有交互的影響, 增加了控制的復雜性。 汽車空調模糊控制框圖模糊控制規(guī)則：（根據(jù)人工經驗設定） 根據(jù)溫差和溫差變化率設定等級，推導壓縮機排量、膨脹閥開度和風機轉速的等級。 (1) 如果溫差“正大”, 溫差變化率“負很小”, 認

13、為機器制冷力嚴重不足。運行狀態(tài)設置為: 壓縮機排量為“最大”, 膨脹閥開度為“最大”, 風機轉速為“最大”。(2) 如果溫差“正中”, 溫差變化率“正大”, 認為機器制冷力不足, 運行狀態(tài)設置為: 壓縮機排量為“大”, 膨脹閥開度為“大”, 風機轉速為“大”。(3) 如果溫差“正小”, 溫差變化率“正中”, 認為機器制冷力仍不足, 運行狀態(tài)設置為: 壓縮機排量為“中”, 膨脹閥開度為“中”, 風機轉速為“中”。. .如果溫差變化率相應子集數(shù)和溫差相同, 均為8 個, 那么, 這種類型的規(guī)則應有64 條 模糊控制規(guī)則表模糊控制規(guī)則表建立模糊控制規(guī)則的基本思想:當誤差大或較大時，選擇控制量以盡快消

14、除誤差為主，而當誤差較小時，選擇控制量要注意防止超調，以系統(tǒng)的穩(wěn)定性為主要出發(fā)點。 以誤差為負大時，誤差變化為負大為例，這時誤差有增大的趨勢，為盡快消除已有的負大誤差并抑制誤差變大，所以控制量取負大，即使風門開度達到最小，減少通過加熱器的風量。n控制步驟：控制步驟：. 計算出溫度差x，溫差的變化率 ，x, 即為精確的控制輸入。. 求出控制輸入x、 對相應子集的隸屬度，把精確的控制輸入轉換成模糊量。例如，x=1, =0.1/min,則有：x 對相應子集的隸屬度為（按前述設定隸屬函數(shù)）： 正大：u (x)=0.33 正中：u (x)=0.5 正?。簎 (x)=1 正很?。簎 (x)=0.67 其余

15、子集：u (x)=0同樣地， 對相應子集隸屬度亦可算出，例如： 正大：u ( )=0.1 正中：u ( )=0.8 正小：u ( )=0.9 正很?。簎 ( )=0.1 其余子集：u ( )=0 x x x x x x x x x x n. 模糊控制規(guī)則條件部分的隸屬度。 例如，對前述設定的模糊控制規(guī)則、控制輸入組y=x=1,x=0.1/min對其條件部分的隸屬度可求得：對規(guī)則的條件部分：u(y)=0對規(guī)則的條件部分：u (y)=0.1對規(guī)則的條件部分：u (y)=0.8.（4）利用模糊控制規(guī)則，推導控制輸出的模糊量。由前一步驟計算的對規(guī)則條件部分的隸屬度u（y）,可直接得出相應規(guī)則結論部分對

16、相應子集的隸屬度。例如，對規(guī)則，已知y 對條件部分的隸屬度u （y）=0.8，那么，壓縮機排量F 對“中等排量”隸屬度u (F)=0.8，風機轉速v，對“中等轉速”隸屬度u (v)=0.8，膨脹閥開度N 對“中等轉速”隸屬度u (N)=0.8?？紤]所有有關的結論部分，即可得到控制輸出對相應子集的隸屬度。如壓縮機排量F 對相應子集的隸屬度為：最大：u (F)=0 大：u (F)=0.1 中：u (F)=0.8 ?。簎 (F)=0.7 最小：u (F)=0.1 模糊推理規(guī)則模糊推理規(guī)則模糊量化為清晰量輸出模糊量化為清晰量輸出 輸出模糊量根據(jù)重心法原則 模糊控制器控制表 模糊控制與常規(guī)控制比較模糊控制與常規(guī)控制比較模糊控制具有模糊控制具有超調量小、穩(wěn)差小超調量小、穩(wěn)差小的特點。一般汽車空調模糊控制的特點。一般汽車空調模糊控制可節(jié)能可節(jié)能 15%20%。n控制過程：1、根據(jù)溫度傳感器和濕度傳感器測定的溫度濕度，以人體舒適感為基 礎，對車廂溫度進行模糊修正2、根據(jù)設定溫度和實測溫度，用模糊控制原則推論控制輸出3、根據(jù)室外溫度、乘車滿員率對控制輸出進行熱負荷模糊修正。4、根據(jù)車門啟閉情況，對控制輸出進行修正n控制過程：1、根據(jù)溫度傳感器和濕度傳感器測定的溫度濕度