智能控制簡(jiǎn)明教程第3章模糊控制原理1

第三章模糊控制3.1模糊控制的基本概念3.2模糊控制系統(tǒng)的組成3.3模糊控制器設(shè)計(jì)的基本方法3.4模糊控制規(guī)則自調(diào)整智能控制簡(jiǎn)明教程第2版3.1模糊控制的基本概念模糊控制：不依賴數(shù)學(xué)模型，而是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)來確定它的條件參數(shù)和推理規(guī)則，然后在系統(tǒng)中不斷調(diào)整。

經(jīng)典控制數(shù)學(xué)模型

模糊控制經(jīng)驗(yàn)控制規(guī)則語言變量智能控制簡(jiǎn)明教程第2版最早的模糊控制應(yīng)用1974年，英國馬莉皇家學(xué)院的Mamdani教授應(yīng)用于蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)的壓力和速度控制，性能比PID更好。1980年，丹麥工科大學(xué)的Ostergaara等人對(duì)水泥窖進(jìn)行模糊控制。日本：列車自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)、凈水處理、汽車速度控制、電梯群管理控制。智能控制簡(jiǎn)明教程第2版1985年，AT＆T貝爾實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)出第一塊模糊芯片1987年，歐姆龍公司研制出第一代模糊處理機(jī)智能控制簡(jiǎn)明教程第2版人-機(jī)控制系統(tǒng)中的模糊概念控制器人顯示屏對(duì)象被控量人-機(jī)控制系統(tǒng)控制方法：操作者的直覺和經(jīng)驗(yàn)智能控制簡(jiǎn)明教程第2版眼、耳等感覺器官（傳感器）：在顯示屏上觀察到參數(shù)的大小和變化率。如壓力偏大，溫度較高等數(shù)據(jù)。大腦：客觀數(shù)據(jù)精確量模糊量操作者：由信息、經(jīng)驗(yàn)控制決策控制器對(duì)象

眼大腦控制決策

精確量模糊量精確量

智能控制簡(jiǎn)明教程第2版手動(dòng)控制策略：用模糊條件句表示例：若爐溫偏高，則減少燃料

若貯水池水位偏低，則加大進(jìn)水流量智能控制簡(jiǎn)明教程第2版又例：汽車向右轉(zhuǎn)彎時(shí)，將方向盤向右轉(zhuǎn)大一些，但旋轉(zhuǎn)的角度是客觀存在的精確量。實(shí)際實(shí)現(xiàn)過程：由手動(dòng)控制方法總結(jié)和經(jīng)驗(yàn)若干條規(guī)則計(jì)算機(jī)模糊控制器汽車方向盤智能控制簡(jiǎn)明教程第2版3.2模糊控制系統(tǒng)的組成模糊化模糊控制規(guī)則模糊決策非模糊化處理傳感器被控對(duì)象A/D采用計(jì)算機(jī)控制，是一種數(shù)字控制方法。A/D智能控制簡(jiǎn)明教程第2版1.模糊控制器：微機(jī)、單片機(jī)、模糊芯片。2.輸入/出接口：D/A、A/D電平變換電路。3.對(duì)象：線性、非線性，時(shí)變、定常、時(shí)滯、干擾等。4.傳感器：將被控量（溫度，流量等）電信號(hào)智能控制簡(jiǎn)明教程第2版模糊控制的基本原理：語言變量：誤差e,E.

誤差的變化e(EC),

控制量U,u模糊化模糊控制規(guī)則模糊決策非模糊化處理A/DKu智能控制簡(jiǎn)明教程第2版a.一步模糊控制方法模糊控制算法由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，采用中斷方式實(shí)現(xiàn)步驟：1.

由本次采樣得到的系統(tǒng)輸出值，計(jì)算

2.

模糊化處理I.論域變換：真實(shí)論域

離散論域智能控制簡(jiǎn)明教程第2版II.模糊化：將e’

語言變量（Fuzzification）如負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大。用E

表示，并在[0，1]取值。如：智能控制簡(jiǎn)明教程第2版3.

據(jù)E和模糊控制規(guī)則按模糊合成推理規(guī)則計(jì)算控制量U(FuzzyInference)智能控制簡(jiǎn)明教程第2版將U

精確量U（Defuzzification)

返回1，下一次中斷采樣智能控制簡(jiǎn)明教程第2版b.模糊控制工作原理

水位模糊控制：設(shè)有一貯水器，具有可變的水位，另有一調(diào)節(jié)閥門，可向內(nèi)進(jìn)水和向外排水。試設(shè)計(jì)一個(gè)模糊控制器，并通過調(diào)節(jié)閥將水位穩(wěn)定在固定點(diǎn)O的附近。用浮球檢測(cè)貯水器中的水位高度，為了保持水位高度在一定位置，采用水位控制系統(tǒng)代替手動(dòng)控制。如圖。智能控制簡(jiǎn)明教程第2版D智能控制簡(jiǎn)明教程第2版

FC調(diào)節(jié)閥貯水器傳感器智能控制簡(jiǎn)明教程第2版依據(jù)人手動(dòng)的一般經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出如下的控制原理：

例如：

“若水位高于O點(diǎn)，則排水。差值越大，排水越快。”

“若水位低于O點(diǎn)，則向內(nèi)進(jìn)水。差值越大，進(jìn)入越快?！?/p>

智能控制簡(jiǎn)明教程第2版1.觀測(cè)量：輸入量、輸出量（控制量）水位對(duì)于O點(diǎn)的偏差：

-定義O點(diǎn)的水位高度

h-實(shí)際測(cè)得的水位高度

u正：貯水，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)

u負(fù)：排水，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)如果采用模糊控制水位，則必須做到如下幾步工作：智能控制簡(jiǎn)明教程第2版2.輸入/出變量論域（離散化）偏差e的實(shí)際論域：e[-30,30]e的離散論域：X{-3,-2,-1,0,+1,+2,+3}

控制量u的實(shí)際論域：u[-36，36]u的離散論域：Y{-3，-2，-1，0，

+1，+2，+3}

智能控制簡(jiǎn)明教程第2版3.定義模糊集合及其隸屬函數(shù)表

{負(fù)大，負(fù)小，零，正小，正大}={NB,NS,ZO,PS,PB}智能控制簡(jiǎn)明教程第2版語言變量E,U的隸屬函數(shù)曲線和賦值表

智能控制簡(jiǎn)明教程第2版模糊變量E,U的賦值表-3-2-10+1+2+3PB000000.51PS000010.50ZO000.510.500NS00.510000NB10.500000量化等級(jí)語言變量隸屬度智能控制簡(jiǎn)明教程第2版4.設(shè)計(jì)模糊控制規(guī)則

據(jù)手動(dòng)控制原理，模糊控制規(guī)則總結(jié)如下：

若E負(fù)大，則U正大；若E負(fù)小，則U正??；若E為零，則U為零；若E正小，則U負(fù)?。蝗鬍正大，則U負(fù)大。

智能控制簡(jiǎn)明教程第2版寫成模糊推理句：

ifE=NBthenU=PBifE=NSthenU=PSifE=ZOthenU=ZOifE=PSthenU=NSifE=PBthenU=NB智能控制簡(jiǎn)明教程第2版控制狀態(tài)表

ifNBNSZOPSPBEthenPBPSZONSNBU智能控制簡(jiǎn)明教程第2版5.模糊控制關(guān)系矩陣

模糊控制規(guī)則是一組多重條件語句，它可以表示為從誤差論域X到控制論域Y的模糊控制關(guān)系R

智能控制簡(jiǎn)明教程第2版智能控制簡(jiǎn)明教程第2版智能控制簡(jiǎn)明教程第2版智能控制簡(jiǎn)明教程第2版智能控制簡(jiǎn)明教程第2版智能控制簡(jiǎn)明教程第2版智能控制簡(jiǎn)明教程第2版求的最大值智能控制簡(jiǎn)明教程第2版6.模糊決策e’=1智能控制簡(jiǎn)明教程第2版7.模糊量化成精確量最大隸屬度智能控制簡(jiǎn)明教程第2版按隸屬應(yīng)取最大原則：選取控制量為“-1”級(jí)，即U=-1具體說：水位偏高時(shí)，應(yīng)排出一些水；

U負(fù)—排水，U正—進(jìn)水智能控制簡(jiǎn)明教程第2版8.模糊控制響應(yīng)表（控制表）模糊控制規(guī)則由模糊矩陣R來描述。北師大汪培莊教授提出：R中每一行對(duì)應(yīng)每個(gè)非模糊的觀測(cè)結(jié)果所引起的模糊響應(yīng)。

方法：采取在R中每一行尋找峰域中心值，即R中在框中（中心值）的元素所在列對(duì)應(yīng)論域Y中的等級(jí)為確切響應(yīng)控制表（響應(yīng)表）。智能控制簡(jiǎn)明教程第2版求的最大值智能控制簡(jiǎn)明教程第2版e-3-2-10123u3210-1-2-3智能控制簡(jiǎn)明教程第2版

智能控制簡(jiǎn)明教程第2版箭頭方向：誤差0等級(jí)提高FC精度的方法：增加分檔級(jí)數(shù)只在誤差較小的區(qū)域增加分檔級(jí)數(shù)如：{負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，負(fù)零，零，正零，正小，正中，正大}{-3，-2，-1，-0，0，+0，＋1，＋2，＋3}智能控制簡(jiǎn)明教程第2版3.3模糊控制器設(shè)計(jì)的基本方法模糊邏輯控制器Fuzzylogicalcontroller

簡(jiǎn)稱：模糊控制器FuzzycontrollerFC完成：1)精確量的Fuzzy化2)Fuzzy算法3)Fuzzy判決

智能控制簡(jiǎn)明教程第2版1)

確定輸入/出變量：e,u2)

設(shè)計(jì)模糊控制規(guī)則3)

確定模糊化和非模糊化方法4)

選擇輸入/出量的論域、量化因子、比例因子5)

編寫模糊控制算法6)

選擇FC的采樣周期FC設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容智能控制簡(jiǎn)明教程第2版1.模糊控制器的基本結(jié)構(gòu)

模糊化合成決策非模糊化對(duì)象知識(shí)庫傳感器FuzzyController結(jié)構(gòu)FuzzyController智能控制簡(jiǎn)明教程第2版FC的組成：精確量的模糊化、知識(shí)庫、非模糊化（模糊量的精確化）

數(shù)據(jù)庫其中，知識(shí)庫（Knowledge)Base規(guī)則庫(推理規(guī)則)在知識(shí)庫中存貯所有FC的知識(shí)，并決定

FC的性能.智能控制簡(jiǎn)明教程第2版

數(shù)據(jù)庫（DataBase):

存貯有關(guān)模糊化、模糊推理、非模糊的一些知識(shí)。如隸屬函數(shù)的定義，論域變換方法等。規(guī)則庫（RuleBase):

包含一組模糊控制規(guī)則。即if……then……智能控制簡(jiǎn)明教程第2版Fuzzy有n條規(guī)則并列：

智能控制簡(jiǎn)明教程第2版輸入e,推理結(jié)果：輸入,推理結(jié)果：智能控制簡(jiǎn)明教程第2版根據(jù)FC的輸入/出變量不同，F(xiàn)C可分