模糊控制原理free

1、模糊控制原理模糊控制原理free模糊控制原理模糊控制原理free第一節(jié)第一節(jié) 模糊控制（推理）系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)模糊控制（推理）系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)1.1 模糊控制系統(tǒng)的組成模糊控制系統(tǒng)的組成模糊控制器模糊控制器1.2 模糊控制器（推理）的結(jié)構(gòu)模糊控制器（推理）的結(jié)構(gòu)模糊控制原理模糊控制原理free1.2 模糊控制器的結(jié)構(gòu)模糊控制器的結(jié)構(gòu)u 模糊化模糊化 模糊化的作用是將輸入的精確量轉(zhuǎn)換成模糊量。具體過(guò)程為：模糊化的作用是將輸入的精確量轉(zhuǎn)換成模糊量。具體過(guò)程為： 尺度變換，將輸入變量由基本論域變換到各自的論域范圍。尺度變換，將輸入變量由基本論域變換到各自的論域范圍。變量作為精確量時(shí)，其實(shí)際變化范圍稱為基

2、本論域；作為模變量作為精確量時(shí)，其實(shí)際變化范圍稱為基本論域；作為模糊語(yǔ)言變量時(shí)，變量范圍稱為模糊集論域。糊語(yǔ)言變量時(shí)，變量范圍稱為模糊集論域。 2）模糊處理）模糊處理1）尺度變換）尺度變換 將變換后的輸入量進(jìn)行模糊化，使精確的輸入量變成模糊量，將變換后的輸入量進(jìn)行模糊化，使精確的輸入量變成模糊量，并用相應(yīng)的模糊集來(lái)表示。并用相應(yīng)的模糊集來(lái)表示。 模糊控制原理模糊控制原理freeu知識(shí)庫(kù)知識(shí)庫(kù) 1.2 模糊控制器的結(jié)構(gòu)模糊控制器的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù) 規(guī)則庫(kù)規(guī)則庫(kù) 數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括各語(yǔ)言變量的隸屬函數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括各語(yǔ)言變量的隸屬函數(shù)，尺度變換因子及模糊空間的分級(jí)數(shù)，尺度變換因子及模糊空間的分級(jí)數(shù)等。數(shù)

3、等。 規(guī)則庫(kù)包括了用模糊語(yǔ)言變量表示的規(guī)則庫(kù)包括了用模糊語(yǔ)言變量表示的一系列控制規(guī)則。它們反映了控制專一系列控制規(guī)則。它們反映了控制專家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。 模糊控制原理模糊控制原理free1.2 模糊控制器的結(jié)構(gòu)模糊控制器的結(jié)構(gòu)u模糊推理模糊推理 模糊推理是模糊控制器的核心，它具有模擬人的基于模模糊推理是模糊控制器的核心，它具有模擬人的基于模糊概念的推理能力。糊概念的推理能力。 u清晰化清晰化作用：將模糊推理得到的模糊控制量變換為實(shí)際用于控制作用：將模糊推理得到的模糊控制量變換為實(shí)際用于控制的清晰量。包括：的清晰量。包括： 1) 將模糊量經(jīng)清晰化變換成論域范圍的清晰量。將模糊量經(jīng)清

4、晰化變換成論域范圍的清晰量。2) 將清晰量經(jīng)尺度變換變化成實(shí)際的控制量。將清晰量經(jīng)尺度變換變化成實(shí)際的控制量。模糊控制原理模糊控制原理free1.3 模糊控制器的維數(shù)模糊控制器的維數(shù) 模糊控制器輸入變量的個(gè)數(shù)稱為模糊控制器的維數(shù)。對(duì)模糊控制器輸入變量的個(gè)數(shù)稱為模糊控制器的維數(shù)。對(duì)于單輸入單輸出的控制系統(tǒng)，一般有以下三種情況：于單輸入單輸出的控制系統(tǒng)，一般有以下三種情況： 一維模糊控制器一維模糊控制器 一個(gè)輸入：誤差；輸出為控制量或控制量的變化。一個(gè)輸入：誤差；輸出為控制量或控制量的變化。 二維模糊控制二維模糊控制 二個(gè)輸入：誤差及誤差的變化。二個(gè)輸入：誤差及誤差的變化。 三維模糊控制器三維模糊

5、控制器 三個(gè)輸入為輸入：誤差、誤差的變化、誤差變化的速率。三個(gè)輸入為輸入：誤差、誤差的變化、誤差變化的速率。模糊控制原理模糊控制原理free第二節(jié)第二節(jié) 模糊控制系統(tǒng)的基本原理模糊控制系統(tǒng)的基本原理2.1 模糊化運(yùn)算（模糊化運(yùn)算（Fuzzification）2.2 清晰化計(jì)算清晰化計(jì)算 （Defuzzification）2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)（數(shù)據(jù)庫(kù)（Data base）2.4 模糊推理模糊推理 （Fuzzy Inference）2.4 規(guī)則庫(kù)（規(guī)則庫(kù)（Rule base）模糊控制原理模糊控制原理free2.1 模糊化運(yùn)算（模糊化運(yùn)算（Fuzzification） 模糊化運(yùn)算是將輸入空間的觀測(cè)量映射為

6、輸入論域上的模糊化運(yùn)算是將輸入空間的觀測(cè)量映射為輸入論域上的模糊集合。首先需要對(duì)輸入變量進(jìn)行尺度變換，將其變化模糊集合。首先需要對(duì)輸入變量進(jìn)行尺度變換，將其變化到相應(yīng)的論域范圍，然后將其模糊化，得到相應(yīng)的模糊集到相應(yīng)的論域范圍，然后將其模糊化，得到相應(yīng)的模糊集合。合。 l 論域變換論域變換l 模糊化模糊化模糊控制原理模糊控制原理freel 論域變換論域變換 若實(shí)際的輸入量為若實(shí)際的輸入量為x0*，其變化范圍（基本論域）為，其變化范圍（基本論域）為xmin*，xmax*，要求的論域范圍為，要求的論域范圍為xmin，xmax，采用線性變換，則，采用線性變換，則 )2(2*max*min*0maxm

7、in0 xxxkxxx*min*maxminmaxxxxxk 若論域是離散的，則需要將連續(xù)的論域離散化或量化。若論域是離散的，則需要將連續(xù)的論域離散化或量化。2.1 模糊化運(yùn)算（模糊化運(yùn)算（Fuzzification） 量化等量化等級(jí)級(jí)-6-5-4-3-2-10123456變化范變化范圍圍-5.5(-5.5, -4.5(-4.5, -3.5(-3.5, -2.5(-2.5, -1.5(-1.5, -0.5(-0.5, 0.5(0.5, 1.5(1.5, 2.5(2.5, 3.5(3.5, 4.5(4.5, 5.55.5比例比例因子因子模糊控制原理模糊控制原理freel 模糊化模糊化1）單點(diǎn)模糊

8、集合）單點(diǎn)模糊集合 若輸入量數(shù)據(jù)若輸入量數(shù)據(jù)x0是準(zhǔn)確的，則通常將其模糊化為單點(diǎn)模糊是準(zhǔn)確的，則通常將其模糊化為單點(diǎn)模糊集合。設(shè)該集合用集合。設(shè)該集合用A表示，則有表示，則有 0001)(xxxxxA2）三角形模糊集合）三角形模糊集合 若輸入量數(shù)據(jù)存在隨機(jī)測(cè)量噪聲，則此時(shí)的模糊化運(yùn)算相若輸入量數(shù)據(jù)存在隨機(jī)測(cè)量噪聲，則此時(shí)的模糊化運(yùn)算相當(dāng)于將隨機(jī)量變換為模糊量，對(duì)于這種情況，可以取模糊量當(dāng)于將隨機(jī)量變換為模糊量，對(duì)于這種情況，可以取模糊量的隸屬度函數(shù)為等于三角形。三角形的頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)于該隨機(jī)數(shù)的隸屬度函數(shù)為等于三角形。三角形的頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)于該隨機(jī)數(shù)的均值，底邊的長(zhǎng)度等于的均值，底邊的長(zhǎng)度等于2倍的隨機(jī)數(shù)

9、據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差。另外可倍的隨機(jī)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差。另外可以取正態(tài)分布的函數(shù)。以取正態(tài)分布的函數(shù)。 模糊控制原理模糊控制原理free2.2 清晰化計(jì)算清晰化計(jì)算 Defuzzification 1解模糊解模糊 模糊推理結(jié)果為輸出論域上的一個(gè)模糊集，通過(guò)某種解模模糊推理結(jié)果為輸出論域上的一個(gè)模糊集，通過(guò)某種解模糊算法，可得到論域上的精確值。糊算法，可得到論域上的精確值。（1）平均最大隸屬度法（）平均最大隸屬度法（mom）mean value of maximum例如：已知輸出量例如：已知輸出量z的模糊集為的模糊集為21 . 013 . 008 . 0112138 . 043 . 0C5 . 12/ ) 12

10、(0z根據(jù)根據(jù)mom法，得法，得 取模糊集中具有最大隸屬度的所有點(diǎn)平均值作為去取模糊集中具有最大隸屬度的所有點(diǎn)平均值作為去模糊化的結(jié)果。模糊化的結(jié)果。 模糊控制原理模糊控制原理free2.2 清晰化計(jì)算清晰化計(jì)算 Defuzzification 1解模糊解模糊（2）最大隸屬度取最小值法（）最大隸屬度取最小值法（som） smallest (absolute) value of maximum （3）最大隸屬度取最大值法（）最大隸屬度取最大值法（lom） largest (absolute) value of maximum （4）面積平分法（）面積平分法（bisector）bisector o

11、f areabzCzaCdzzdzz00)()(模糊控制原理模糊控制原理free1解模糊解模糊（5）加權(quán)平均法（重心法）加權(quán)平均法（重心法 centroid） centroid of area dzzzdzzzCC)()(0對(duì)于論域?yàn)殡x散的情況，有對(duì)于論域?yàn)殡x散的情況，有niiCniiiCzzzz110)()( 2.2 清晰化計(jì)算清晰化計(jì)算Defuzzification 模糊控制原理模糊控制原理free2.2 清晰化計(jì)算清晰化計(jì)算Defuzzification 2論域反變換論域反變換論域上的精確量還需經(jīng)過(guò)尺度變換變?yōu)閷?shí)際的控制量。論域上的精確量還需經(jīng)過(guò)尺度變換變?yōu)閷?shí)際的控制量。 若若z0的論域

12、范圍為的論域范圍為zmin，zmax，實(shí)際的控制量的變化范圍，實(shí)際的控制量的變化范圍為為umin，umax，采用線性變換，則，采用線性變換，則)2(2maxmin0maxminzzzkuuuminmaxminmaxxxuuk式中，式中，k為比例因子。為比例因子。模糊控制原理模糊控制原理free2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)data base 存儲(chǔ)著有關(guān)模糊化、模糊推理、解模糊的一切知識(shí)，如模糊存儲(chǔ)著有關(guān)模糊化、模糊推理、解模糊的一切知識(shí)，如模糊化中論域變換方法、輸入變量隸屬函數(shù)的定義、模糊推理算法、化中論域變換方法、輸入變量隸屬函數(shù)的定義、模糊推理算法、解模糊算法、輸出變量各模糊集的隸屬函數(shù)定義等。解模

13、糊算法、輸出變量各模糊集的隸屬函數(shù)定義等。u 輸入輸出空間的模糊分割輸入輸出空間的模糊分割 模糊控制規(guī)則中，前提的語(yǔ)言變量構(gòu)成模糊輸入空間，結(jié)模糊控制規(guī)則中，前提的語(yǔ)言變量構(gòu)成模糊輸入空間，結(jié)論的語(yǔ)言變量構(gòu)成模糊輸出空間。每個(gè)語(yǔ)言變量的取值為一論的語(yǔ)言變量構(gòu)成模糊輸出空間。每個(gè)語(yǔ)言變量的取值為一組模糊語(yǔ)言名稱，每個(gè)模糊語(yǔ)言名稱對(duì)應(yīng)一個(gè)模糊集合。對(duì)組模糊語(yǔ)言名稱，每個(gè)模糊語(yǔ)言名稱對(duì)應(yīng)一個(gè)模糊集合。對(duì)于每個(gè)語(yǔ)言變量，其取值的模糊集合具有相同的論域。于每個(gè)語(yǔ)言變量，其取值的模糊集合具有相同的論域。 模糊分割是要確定對(duì)于每個(gè)語(yǔ)言變量取值的模糊語(yǔ)言（模模糊分割是要確定對(duì)于每個(gè)語(yǔ)言變量取值的模糊語(yǔ)言（模糊

14、集）名稱和個(gè)數(shù)，并定義其隸屬函數(shù)。糊集）名稱和個(gè)數(shù)，并定義其隸屬函數(shù)。 模糊控制原理模糊控制原理free 2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)data baseu 輸入輸出空間的模糊分割輸入輸出空間的模糊分割1. 模糊控制系統(tǒng)常用的模糊語(yǔ)言（模糊集）模糊控制系統(tǒng)常用的模糊語(yǔ)言（模糊集）正大（正大（PB或或PL），正中（），正中（PM），正小（），正?。≒S），正零（），正零（PO或或PZ），零（），零（O或或Z），負(fù)零（），負(fù)零（NO 或或 NZ），負(fù)?。ǎ?fù)?。∟S），），負(fù)中（負(fù)中（NM），負(fù)大（），負(fù)大（NB或或NL）。）。 其中其中P（Positive）表示正，）表示正，N（ Negative）表示

15、負(fù)，）表示負(fù)，B（Big）表示大，）表示大，M （Middle）表示中，）表示中，S（Small）表示小，）表示小，L（large）表示大，）表示大，Z（Zero）表示）表示0。 模糊控制原理模糊控制原理free 2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)data basel 模糊分割的個(gè)數(shù)決定了模糊控制精細(xì)化的程度。模糊分割的個(gè)數(shù)決定了模糊控制精細(xì)化的程度。l 模糊分割的個(gè)數(shù)也決定了最大可能的模糊規(guī)則的個(gè)數(shù)。模糊分割的個(gè)數(shù)也決定了最大可能的模糊規(guī)則的個(gè)數(shù)。 如對(duì)于兩個(gè)輸入單輸出的模糊關(guān)系，若兩輸入如對(duì)于兩個(gè)輸入單輸出的模糊關(guān)系，若兩輸入x和和y的模糊的模糊分割數(shù)分別為分割數(shù)分別為3和和7，則最大可能的規(guī)則數(shù)為，則

16、最大可能的規(guī)則數(shù)為21。l 模糊分割數(shù)的確定主要靠經(jīng)驗(yàn)和試湊模糊分割數(shù)的確定主要靠經(jīng)驗(yàn)和試湊 模糊分割數(shù)越多，控制規(guī)則數(shù)越多，控制越復(fù)雜；模糊分模糊分割數(shù)越多，控制規(guī)則數(shù)越多，控制越復(fù)雜；模糊分割數(shù)太小，將導(dǎo)致控制太粗略，難以對(duì)控制性能進(jìn)行精心的割數(shù)太小，將導(dǎo)致控制太粗略，難以對(duì)控制性能進(jìn)行精心的調(diào)整。調(diào)整。2. 模糊分割的個(gè)數(shù)模糊分割的個(gè)數(shù)模糊控制原理模糊控制原理free2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)data baseu 隸屬函數(shù)的確定隸屬函數(shù)的確定確定同一模糊變量模糊子集隸屬函數(shù)的幾個(gè)原則：確定同一模糊變量模糊子集隸屬函數(shù)的幾個(gè)原則：l 論域中每個(gè)點(diǎn)應(yīng)至少屬于一個(gè)隸屬函數(shù)的區(qū)域，論域中每個(gè)點(diǎn)應(yīng)至少屬

17、于一個(gè)隸屬函數(shù)的區(qū)域，并應(yīng)屬于不超過(guò)兩個(gè)隸屬函數(shù)的區(qū)域。并應(yīng)屬于不超過(guò)兩個(gè)隸屬函數(shù)的區(qū)域。l 對(duì)于同一個(gè)輸入沒(méi)有兩個(gè)隸屬函數(shù)會(huì)同時(shí)有最對(duì)于同一個(gè)輸入沒(méi)有兩個(gè)隸屬函數(shù)會(huì)同時(shí)有最大隸屬度。大隸屬度。l 當(dāng)兩個(gè)隸屬函數(shù)重疊時(shí)，重合部分的任何點(diǎn)的當(dāng)兩個(gè)隸屬函數(shù)重疊時(shí)，重合部分的任何點(diǎn)的隸屬函數(shù)的和應(yīng)該小于等于隸屬函數(shù)的和應(yīng)該小于等于1 1。模糊控制原理模糊控制原理free2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)data baseu 隸屬函數(shù)的確定隸屬函數(shù)的確定“對(duì)稱對(duì)稱”：正負(fù)兩邊的圖像對(duì)稱；：正負(fù)兩邊的圖像對(duì)稱；“均勻分布均勻分布”：每個(gè)三角形的中心點(diǎn)在論域上均勻分布；：每個(gè)三角形的中心點(diǎn)在論域上均勻分布；“全交疊全交

18、疊”：每個(gè)三角形的底邊端點(diǎn)恰好是相鄰兩個(gè)三角形：每個(gè)三角形的底邊端點(diǎn)恰好是相鄰兩個(gè)三角形的中心點(diǎn)。的中心點(diǎn)。模糊控制原理模糊控制原理free2.4 規(guī)則庫(kù)規(guī)則庫(kù) rule base 模糊控制規(guī)則庫(kù)由一系列的模糊控制規(guī)則庫(kù)由一系列的“IF-THEN”型模糊條件語(yǔ)型模糊條件語(yǔ)句構(gòu)成。句構(gòu)成。1模糊控制規(guī)則的建立模糊控制規(guī)則的建立l基于專家經(jīng)驗(yàn)和控制工程知識(shí)基于專家經(jīng)驗(yàn)和控制工程知識(shí)l基于操作人員的實(shí)際控制過(guò)程基于操作人員的實(shí)際控制過(guò)程l基于過(guò)程的模糊模型（基于過(guò)程的模糊模型（TS）l基于學(xué)習(xí)（基于學(xué)習(xí)（ANFIS）模糊控制原理模糊控制原理free2模糊控制規(guī)則的性能要求模糊控制規(guī)則的性能要求 l

19、完備性完備性 對(duì)于任意的輸入，模糊控制器均應(yīng)給出合適的控對(duì)于任意的輸入，模糊控制器均應(yīng)給出合適的控制輸出，這個(gè)性質(zhì)稱為完備性制輸出，這個(gè)性質(zhì)稱為完備性。模糊規(guī)則的完備性。模糊規(guī)則的完備性是保證系統(tǒng)能夠被控制的必要條件之一，它對(duì)于模是保證系統(tǒng)能夠被控制的必要條件之一，它對(duì)于模糊規(guī)則庫(kù)的要求是：對(duì)于任意的輸入應(yīng)確保它至少糊規(guī)則庫(kù)的要求是：對(duì)于任意的輸入應(yīng)確保它至少有一個(gè)可使用的規(guī)則，且規(guī)則的適用程度應(yīng)大于某有一個(gè)可使用的規(guī)則，且規(guī)則的適用程度應(yīng)大于某個(gè)數(shù)，如個(gè)數(shù)，如0.5。模糊控制原理模糊控制原理free2模糊控制規(guī)則的性能要求模糊控制規(guī)則的性能要求 l模糊控制規(guī)則數(shù)模糊控制規(guī)則數(shù)總的原則是：在滿

20、足完備性的條件下，盡量取較總的原則是：在滿足完備性的條件下，盡量取較少的規(guī)則數(shù)，以簡(jiǎn)化模糊控制器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。少的規(guī)則數(shù)，以簡(jiǎn)化模糊控制器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。l一致性一致性 對(duì)于一組模糊控制規(guī)則，不允許出現(xiàn)下面的情對(duì)于一組模糊控制規(guī)則，不允許出現(xiàn)下面的情況：如果給定一個(gè)輸入，結(jié)果產(chǎn)生兩組不同的、況：如果給定一個(gè)輸入，結(jié)果產(chǎn)生兩組不同的、甚至是矛盾的輸出。甚至是矛盾的輸出。模糊控制原理模糊控制原理free3模糊控制規(guī)則的建立舉例模糊控制規(guī)則的建立舉例 以簡(jiǎn)單的單輸入、單輸出水位控制系統(tǒng)為例來(lái)以簡(jiǎn)單的單輸入、單輸出水位控制系統(tǒng)為例來(lái)說(shuō)明。采用模糊控制器控制水箱的水位。根據(jù)出水說(shuō)明。采用模糊控制器控制水箱

21、的水位。根據(jù)出水閥的用水情況，注水閥自動(dòng)調(diào)整開(kāi)度大小，使水箱閥的用水情況，注水閥自動(dòng)調(diào)整開(kāi)度大小，使水箱的水位保持在一定高度的水位保持在一定高度h。注水閥閥門開(kāi)度越大，。注水閥閥門開(kāi)度越大，注水速度越快，水箱水位上升。閥門開(kāi)度由控制信注水速度越快，水箱水位上升。閥門開(kāi)度由控制信號(hào)的大小來(lái)決定。號(hào)的大小來(lái)決定。模糊控制原理模糊控制原理free3模糊控制規(guī)則的建立舉例模糊控制規(guī)則的建立舉例 若水位高于若水位高于h0，則控制閥應(yīng)開(kāi)小一點(diǎn)，且高得多時(shí)，控制，則控制閥應(yīng)開(kāi)小一點(diǎn)，且高得多時(shí)，控制閥關(guān)得多。閥關(guān)得多。 若水位高于若水位高于h0，則控制閥應(yīng)開(kāi)小一點(diǎn)，且高得少時(shí)，控制，則控制閥應(yīng)開(kāi)小一點(diǎn)，且高

22、得少時(shí)，控制閥關(guān)得少。閥關(guān)得少。 若水位在若水位在h0附近，則控制閥開(kāi)度基本不變。附近，則控制閥開(kāi)度基本不變。 若水位低于若水位低于h0，則控制閥開(kāi)度要增加，且低得多時(shí)，控制，則控制閥開(kāi)度要增加，且低得多時(shí)，控制閥開(kāi)得多。閥開(kāi)得多。 若水位低于若水位低于h0，則控制閥開(kāi)度要增加，且低得少時(shí)，控制，則控制閥開(kāi)度要增加，且低得少時(shí)，控制閥開(kāi)得少。閥開(kāi)得少。根據(jù)人工操作經(jīng)驗(yàn)，控制規(guī)則可以用語(yǔ)言描述如下：根據(jù)人工操作經(jīng)驗(yàn)，控制規(guī)則可以用語(yǔ)言描述如下：模糊控制原理模糊控制原理free 根據(jù)操作人員手動(dòng)控制經(jīng)驗(yàn)，模糊控制規(guī)則可歸根據(jù)操作人員手動(dòng)控制經(jīng)驗(yàn)，模糊控制規(guī)則可歸納如下。這里納如下。這里u為控制信號(hào)

23、的增量。為控制信號(hào)的增量。 若若e負(fù)大（負(fù)大（NB），則），則u負(fù)大（負(fù)大（NB）。）。 若若e負(fù)?。ㄘ?fù)?。∟S），則），則u負(fù)?。ㄘ?fù)?。∟S）。）。 若若e為零（為零（ZO），則），則u為零（為零（ZO）。）。 若若e正?。ㄕ。≒S），則），則u正?。ㄕ。≒S）。）。 若若e正大（正大（PB），則），則u正大（正大（PB）。）。模糊控制原理模糊控制原理free4建立模糊控制規(guī)則的基本思路建立模糊控制規(guī)則的基本思路 被控對(duì)象為正作用過(guò)程，被控量隨控制量的增大而增大；被控對(duì)象為正作用過(guò)程，被控量隨控制量的增大而增大；被控對(duì)象為反作用過(guò)程，被控量隨控制量的增大而減小。被控對(duì)象為反作用過(guò)程，被控

24、量隨控制量的增大而減小。 首先，考慮誤差首先，考慮誤差E（給定與實(shí)際值之差）為正的情況。（給定與實(shí)際值之差）為正的情況。 誤差誤差E為正大為正大u 當(dāng)誤差變化當(dāng)誤差變化EC為正時(shí)，這時(shí)誤差有增大的趨勢(shì)，為盡為正時(shí)，這時(shí)誤差有增大的趨勢(shì)，為盡快消除已有的正大誤差并抑制誤差變大，控制量的變化取快消除已有的正大誤差并抑制誤差變大，控制量的變化取負(fù)大；（反作用過(guò)程）負(fù)大；（反作用過(guò)程） 模糊控制原理模糊控制原理free4建立模糊控制規(guī)則的基本思路建立模糊控制規(guī)則的基本思路 誤差誤差E為正大為正大u 當(dāng)誤差變化為負(fù)時(shí)，系統(tǒng)本身已有減少誤差的趨勢(shì)，所當(dāng)誤差變化為負(fù)時(shí)，系統(tǒng)本身已有減少誤差的趨勢(shì)，所以為了盡

25、快消除誤差且又不超調(diào)，應(yīng)取較小的控制量。若以為了盡快消除誤差且又不超調(diào)，應(yīng)取較小的控制量。若誤差變化為負(fù)小時(shí)，控制量的變化取負(fù)中；若誤差變化負(fù)誤差變化為負(fù)小時(shí)，控制量的變化取負(fù)中；若誤差變化負(fù)大或負(fù)中，控制量不宜增加，否則造成超調(diào)會(huì)產(chǎn)生負(fù)誤差，大或負(fù)中，控制量不宜增加，否則造成超調(diào)會(huì)產(chǎn)生負(fù)誤差，這時(shí)控制量的變化取為零等級(jí)。這時(shí)控制量的變化取為零等級(jí)。 誤差為正中誤差為正中 控制量的變化應(yīng)盡快消除誤差，基于這種原則，控制量控制量的變化應(yīng)盡快消除誤差，基于這種原則，控制量的變化取為同誤差為正大時(shí)相同。的變化取為同誤差為正大時(shí)相同。模糊控制原理模糊控制原理free 誤差為正小誤差為正小u 系統(tǒng)接近穩(wěn)

26、態(tài)，若誤差變化為正時(shí)，選取控制量變化為系統(tǒng)接近穩(wěn)態(tài)，若誤差變化為正時(shí)，選取控制量變化為負(fù)中，以抑制誤差向正方向變化；負(fù)中，以抑制誤差向正方向變化；u 若誤差變化為負(fù)時(shí)，系統(tǒng)本身有消除正小誤差的趨勢(shì)，若誤差變化為負(fù)時(shí)，系統(tǒng)本身有消除正小誤差的趨勢(shì)，選取控制量變化為正小即可。選取控制量變化為正小即可。 其次，誤差為負(fù)與誤差為正時(shí)類同，相應(yīng)的符號(hào)都要變化。其次，誤差為負(fù)與誤差為正時(shí)類同，相應(yīng)的符號(hào)都要變化。 4建立模糊控制規(guī)則的基本思路建立模糊控制規(guī)則的基本思路 總之，取控制量變化的原則是：當(dāng)誤差較大或大時(shí)，選擇總之，取控制量變化的原則是：當(dāng)誤差較大或大時(shí)，選擇控制量以盡快消除誤差為主；而當(dāng)誤差較小

27、時(shí)，選擇控制量控制量以盡快消除誤差為主；而當(dāng)誤差較小時(shí)，選擇控制量要注意防止超調(diào)，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性為主要出發(fā)點(diǎn)。要注意防止超調(diào)，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性為主要出發(fā)點(diǎn)。模糊控制原理模糊控制原理free3.2.5 模糊推理模糊推理 Fuzzy Inference給定規(guī)則集給定規(guī)則集規(guī)則規(guī)則1： 若若 x為為A1 and y為為B1，則，則 z為為C1規(guī)則規(guī)則2： 若若 x為為A2 and y為為B2，則，則 z為為C2規(guī)則規(guī)則n： 若若 x為為An and y為為Bn，則，則 z為為Cn其中，其中，x X，y Y，z Z，語(yǔ)言變量，語(yǔ)言變量x的模糊集為的模糊集為A1An，語(yǔ)，語(yǔ)言變量言變量y的模糊集為

28、的模糊集為B1Bn，語(yǔ)言變量，語(yǔ)言變量z的模糊集為的模糊集為C1Cn。 無(wú)論連續(xù)還是離散論域，模糊推理都有下述三個(gè)規(guī)律無(wú)論連續(xù)還是離散論域，模糊推理都有下述三個(gè)規(guī)律 。模糊控制原理模糊控制原理freeu模糊推理規(guī)律模糊推理規(guī)律niiRR1),(,),(max),(1zyxzyxzyxnRRR其中，其中，Ri是第是第i條規(guī)則的模糊關(guān)系，條規(guī)則的模糊關(guān)系，R是是n條規(guī)則全體構(gòu)成的模糊關(guān)系。條規(guī)則全體構(gòu)成的模糊關(guān)系。 規(guī)律一規(guī)律一RBAC)(),(),(minmax)(,zyxyxzRBAyxC 為合成算子。為合成算子。AB為兩個(gè)模糊集合的直積。為兩個(gè)模糊集合的直積。規(guī)律三規(guī)律三)(),(),(mi

29、n),(zyxzyxiiiiCBAR規(guī)律二規(guī)律二其中其中AiBiCi表示三個(gè)模糊集合的直積，是表示三個(gè)模糊集合的直積，是XYZ上的模糊關(guān)系。上的模糊關(guān)系。 iiiiCBAR模糊控制原理模糊控制原理freeu模糊推理定理模糊推理定理定理定理1（各規(guī)則分別推理）（各規(guī)則分別推理） niiininiiCRBARBAC111)()(),(),(min(max,),(),(min(maxmax),(),(min(,),(),(maxmin(max),(,),(max(),(minmax),(),(minmax)(,111zyxyxzyxyxzyxyxzyxyxzyxzyxyxzyxyxznnnRBAyx

30、RBAyxRBARBAyxRRBAyxRBAyxC 模糊控制原理模糊控制原理freeu模糊推理定理模糊推理定理定理定理2（各條件分別推理）（各條件分別推理） iBiAiiiiiiiiiCCCBBCAACBABARBAC)()()()()(),(),(min(max ),(),(min(maxmin)(),(min(),(min( ),(),(min(),(minmin(max)(),(),(min(),(),(minmin(max),(),(minmax)(,zyyzxxzyyzxxzyxyxzyxyxziiiiiiiiiCBByCAAxiCBBiCAAyxiCiBABAyxRBAyxC 模糊

31、控制原理模糊控制原理freeu模糊推理定理模糊推理定理定理定理3（輸入為模糊單點(diǎn)時(shí)的推理方法）（輸入為模糊單點(diǎn)時(shí)的推理方法）輸入為輸入為x=x0，y=y0)()(1zziCniiC)(),(min00yxiBAiii稱為規(guī)則稱為規(guī)則i的激活度。的激活度。x0，y0看作模糊單點(diǎn)，則有看作模糊單點(diǎn)，則有0001)(xxxxxA0001)(yyyyyB證明：證明：重點(diǎn)重點(diǎn)模糊控制原理模糊控制原理freeniiiniCRBAC11)()(),(),(min(),(),(minmin(max),(),(minmax)(,zyxyxzyxyxziCiBABAyxRBAyxCiii 由定理由定理1知知輸入輸

32、入 x=x0，y=y0時(shí)，上式可化簡(jiǎn)為時(shí)，上式可化簡(jiǎn)為)()(),(),(minmin()(),(),(min()(0000zzyxzyxziiiiiiiiCiCBACBAC)()()(11zzziCniiniCCi因此因此模糊控制原理模糊控制原理free兩條規(guī)則時(shí)推理過(guò)程圖示兩條規(guī)則時(shí)推理過(guò)程圖示模糊控制原理模糊控制原理free設(shè)計(jì)模糊控制器，即建立一個(gè)模糊推理系統(tǒng)，根據(jù)輸入的設(shè)計(jì)模糊控制器，即建立一個(gè)模糊推理系統(tǒng)，根據(jù)輸入的精確量，得到精確的輸出控制量。包括：精確量，得到精確的輸出控制量。包括：l確定基本論域和論域（比例因子）確定基本論域和論域（比例因子）l定義模糊子集和隸屬函數(shù)定義模糊子

33、集和隸屬函數(shù)l設(shè)計(jì)模糊控制規(guī)則設(shè)計(jì)模糊控制規(guī)則l選擇模糊推理方法（選擇模糊推理方法（max-minmax-min）l確定模糊化（單點(diǎn)）、清晰化的方法（重心法）確定模糊化（單點(diǎn)）、清晰化的方法（重心法）想法？想法？模糊控制原理模糊控制原理free第三節(jié)第三節(jié) 離散論域的模糊控制系統(tǒng)離散論域的模糊控制系統(tǒng)模糊控制系統(tǒng)組成模糊控制系統(tǒng)組成 當(dāng)論域?yàn)殡x散時(shí)，經(jīng)過(guò)量化后的輸入量的個(gè)數(shù)是有限的。當(dāng)論域?yàn)殡x散時(shí)，經(jīng)過(guò)量化后的輸入量的個(gè)數(shù)是有限的。因此，可以針對(duì)輸入情況的不同組合，離線計(jì)算出相應(yīng)的控因此，可以針對(duì)輸入情況的不同組合，離線計(jì)算出相應(yīng)的控制量，從而組成一張控制表，實(shí)際控制時(shí)只要直接查表即可，制量，

34、從而組成一張控制表，實(shí)際控制時(shí)只要直接查表即可，在線的運(yùn)算量是很少的。這種離線計(jì)算、在線查表的模糊控在線的運(yùn)算量是很少的。這種離線計(jì)算、在線查表的模糊控制方法比較容易滿足實(shí)時(shí)控制的要求。制方法比較容易滿足實(shí)時(shí)控制的要求。 模糊控制原理模糊控制原理freeD-FC 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模糊控制原理模糊控制原理free 以某電加熱爐溫度控制系統(tǒng)為例來(lái)說(shuō)明以某電加熱爐溫度控制系統(tǒng)為例來(lái)說(shuō)明D-FC的設(shè)計(jì)過(guò)程。的設(shè)計(jì)過(guò)程。該系統(tǒng)通過(guò)控制可控硅導(dǎo)通角來(lái)控制電加熱爐的電壓，從而控該系統(tǒng)通過(guò)控制可控硅導(dǎo)通角來(lái)控制電加熱爐的電壓，從而控制爐溫。制爐溫。還原爐溫度模糊控制系統(tǒng)還原爐溫度模糊控制系統(tǒng)r為給定溫度，為給

35、定溫度，y為被控對(duì)象的實(shí)測(cè)溫度，采用二維模糊控制為被控對(duì)象的實(shí)測(cè)溫度，采用二維模糊控制器，輸入為誤差器，輸入為誤差e=r-y和誤差的變化和誤差的變化ec=ek-ek-1，輸出，輸出uc為可控為可控硅導(dǎo)通角的變化量。硅導(dǎo)通角的變化量。uD-FC的設(shè)計(jì)過(guò)程的設(shè)計(jì)過(guò)程模糊控制原理模糊控制原理free1確定輸入輸出變量的基本論域、論域確定輸入輸出變量的基本論域、論域uD-FC的設(shè)計(jì)過(guò)程的設(shè)計(jì)過(guò)程e、ec、u的實(shí)際變化范圍分別為的實(shí)際變化范圍分別為-30，30，-24，24，-36，36。E、EC、UC的離散論域均為的離散論域均為 -6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6則比例因子

36、則比例因子 k1= 6/ 30， k2 = 6/ 24， k3 =36/ 62定義模糊子集及隸屬函數(shù)定義模糊子集及隸屬函數(shù) 對(duì)對(duì)E定義八個(gè)模糊集定義八個(gè)模糊集E1，E8，分別表示，分別表示PL（正大），（正大），PM（正（正中），中），PS（正?。?，（正小），PZ（正零），（正零），NZ（負(fù)零），（負(fù)零），NS（負(fù)?。?，（負(fù)?。?，NM（負(fù)中），（負(fù)中），NL（負(fù)大）。對(duì)（負(fù)大）。對(duì)EC定義七個(gè)模糊集定義七個(gè)模糊集EC1，EC8，分別表，分別表示示PL，PM，PS， Z，NS，NM，NL。對(duì)。對(duì)UC定義七個(gè)模糊集定義七個(gè)模糊集UC1，UC8，分別表示，分別表示PL，PM，PS， Z，NS，NM，

37、NL。模糊控制原理模糊控制原理freeuD-FC的設(shè)計(jì)過(guò)程的設(shè)計(jì)過(guò)程Ei的隸屬函數(shù)表的隸屬函數(shù)表隸屬度隸屬度E的論域的論域-6-5-4-3-2-1-0+0+1+2+3+4+5+6模糊集合模糊集合E1（PL）0.20.71.0E2（PM）0.20.71.00.70.2E3（PS）0.10.71.00.70.1E4（PZ）1.00.70.1E5（NZ）0.10.71.0E6（NS）0.10.71.00.70.1E7（NM）0.20.71.00.70.2E8（NL）1.00.70.2模糊控制原理模糊控制原理freeuD-FC的設(shè)計(jì)過(guò)程的設(shè)計(jì)過(guò)程ECi的隸屬函數(shù)表的隸屬函數(shù)表隸屬度隸屬度EC的論域的論

38、域-6-5-4-3-2-10+1+2+3+4+5+6模糊集合模糊集合EC1（PL）0.20.71.0EC2（PM）0.20.81.00.80.2EC3（PS）0.81.00.80.2CE4（Z）0.51.00.5EC5（NS）0.20.81.00.8EC6（NM）0.20.81.00.80.2EC7（NL）1.00.70.2模糊控制原理模糊控制原理freeuD-FC的設(shè)計(jì)過(guò)程的設(shè)計(jì)過(guò)程UCi的隸屬函數(shù)表的隸屬函數(shù)表隸屬度隸屬度U的論域的論域模糊集合模糊集合UC1（PL）0.20.71.0UC2（PM）0.20.81.00.80.2UC3（PS）0.81.00.80.2UC4（Z）0.51.00

39、.5UC5（NS）0.20.81.00.8UC6（NM） 0.20.81.00.80.2UC7（NL）1.00.70.2模糊控制原理模糊控制原理free3建立模糊控制規(guī)則表建立模糊控制規(guī)則表UCENLNMNSNZPZPSPMPLECPLPLPMNMNMNMNLNLPMPLPMNMNMNMNSNSPSPLPMNSNSNSNSNMNLZPLPMPSZZNSNMNLNSPLPMPSPSPSPSNMNLNMPLPSPSPMPMNMNLNLPLPLPMPMPMNMNLIF E=PS and EC=PL THEN U=NL當(dāng)溫度低于期望值但低得不多，而溫度向更低的方向變化，且變化較快時(shí)，當(dāng)溫度低于期望值但

40、低得不多，而溫度向更低的方向變化，且變化較快時(shí)，為抑制溫度的變化趨勢(shì)，使溫度上升，應(yīng)大大增加加熱爐的控制電壓，通為抑制溫度的變化趨勢(shì)，使溫度上升，應(yīng)大大增加加熱爐的控制電壓，通過(guò)大大減小可控硅裝置的導(dǎo)通角實(shí)現(xiàn)。（被控對(duì)象為反作用過(guò)程）過(guò)大大減小可控硅裝置的導(dǎo)通角實(shí)現(xiàn)。（被控對(duì)象為反作用過(guò)程）模糊控制原理模糊控制原理free4求模糊控制查詢表求模糊控制查詢表由于論域是離散的，模糊控制規(guī)則集可以表示為一個(gè)模糊由于論域是離散的，模糊控制規(guī)則集可以表示為一個(gè)模糊關(guān)系陣關(guān)系陣R：kjikjiUCECER,可見(jiàn)，可見(jiàn)，R是（是（1413）13的大矩陣。的大矩陣。對(duì)對(duì)E和和EC設(shè)不同值，如設(shè)不同值，如E=-

41、6，EC=-6為例，采用單點(diǎn)模糊化，為例，采用單點(diǎn)模糊化，則則E=1 0 0 0 （114），EC=1 0 0 0 （113），可求出輸，可求出輸出模糊向量出模糊向量UC：RCEECU)(模糊控制原理模糊控制原理free4求模糊控制查詢表求模糊控制查詢表用同樣的方法，對(duì)每對(duì)輸入，都可以求出相應(yīng)的輸出，將其用同樣的方法，對(duì)每對(duì)輸入，都可以求出相應(yīng)的輸出，將其整理得模糊查詢表。整理得模糊查詢表。這里這里 是一個(gè)是一個(gè)1413的矩陣，將其按行排成矢量，再去的矩陣，將其按行排成矢量，再去與與R合成。由于此時(shí)只有第一個(gè)元素為合成。由于此時(shí)只有第一個(gè)元素為1，其它元素為，其它元素為0，UC即是即是R的第一

42、行。的第一行。UC中隸屬度最大對(duì)應(yīng)的中隸屬度最大對(duì)應(yīng)的uc即為此時(shí)的即為此時(shí)的輸出。輸出。 CEE模糊控制原理模糊控制原理free4求模糊控制查詢表求模糊控制查詢表UCE-6-6-5-5-4-4-3-3-2-2-1-1-0-0+0+01 12 23 34 45 56 6EC-6-66 65 56 65 53 33 33 33 32 21 10 00 00 00 0-5-55 55 55 55 53 33 33 33 32 21 10 00 00 00 0-4-46 65 56 65 53 33 33 33 32 21 10 00 00 00 0-3-35 55 55 55 54 44 44 4

43、4 42 2-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-2-26 65 56 65 53 33 31 11 10 00 0-2-2-3-3-3-3-3-3-1-16 65 56 65 53 33 31 10 00 0-2-2-2-2-3-3-3-3-3-30 06 65 56 65 53 31 10 00 0-1-1-3-3-5-5-6-6-5-5-6-61 13 33 33 32 20 00 00 0-1-1-3-3-3-3-5-5-6-6-5-5-6-62 23 33 33 31 10 00 0-1-1-1-1-3-3-3-3-5-5-6-6-5-5-6-63 31 11 11 10 00

44、00 0-1-1-1-1-2-2-2-2-5-5-5-5-5-5-5-54 40 00 00 0-1-1-1-1-2-2-3-3-3-3-3-3-3-3-5-5-6-6-5-5-6-65 50 00 00 0-1-1-1-1-2-2-3-3-3-3-3-3-3-3-5-5-5-5-5-5-5-56 60 00 00 0-1-1-1-1-1-1-3-3-3-3-3-3-3-3-5-5-5-5-5-5-6-6模糊控制原理模糊控制原理free第四節(jié)第四節(jié) 連續(xù)論域的模糊控制系統(tǒng)連續(xù)論域的模糊控制系統(tǒng) 對(duì)于連續(xù)論域的模糊控制器來(lái)說(shuō)，輸入輸出信號(hào)的基本論對(duì)于連續(xù)論域的模糊控制器來(lái)說(shuō)，輸入輸出信號(hào)的基本論

45、域和模糊集論域都是連續(xù)的，是實(shí)數(shù)域上的一個(gè)閉區(qū)間，其域和模糊集論域都是連續(xù)的，是實(shí)數(shù)域上的一個(gè)閉區(qū)間，其中有無(wú)窮多個(gè)元素，此時(shí)模糊集合無(wú)法用向量表示，模糊規(guī)中有無(wú)窮多個(gè)元素，此時(shí)模糊集合無(wú)法用向量表示，模糊規(guī)則集無(wú)法用模糊關(guān)系矩陣表示，模糊推理也無(wú)法用矩陣運(yùn)算則集無(wú)法用模糊關(guān)系矩陣表示，模糊推理也無(wú)法用矩陣運(yùn)算表示，那么模糊控制是怎樣實(shí)現(xiàn)的呢？表示，那么模糊控制是怎樣實(shí)現(xiàn)的呢？ 本節(jié)以倒立擺模糊控制系統(tǒng)為例來(lái)說(shuō)明本節(jié)以倒立擺模糊控制系統(tǒng)為例來(lái)說(shuō)明C-FC控制器的設(shè)控制器的設(shè)計(jì)過(guò)程。倒立擺是一個(gè)非線性、不穩(wěn)定的系統(tǒng)，經(jīng)常作為研計(jì)過(guò)程。倒立擺是一個(gè)非線性、不穩(wěn)定的系統(tǒng)，經(jīng)常作為研究比較不同控制方法

46、的典型例子。究比較不同控制方法的典型例子。模糊控制原理模糊控制原理free倒立擺示意圖倒立擺示意圖為桿與垂線的夾角（為桿與垂線的夾角（），），f為作為作用力（用力（N），桿的質(zhì)量），桿的質(zhì)量mp=0.1kg，桿和小車的總質(zhì)量為桿和小車的總質(zhì)量為m=1.1kg，半，半桿長(zhǎng)桿長(zhǎng)l=0.5m，重量加速度，重量加速度g=9.8m/s2，采樣周期采樣周期T=0.02s。180cos) 3/4(sin)180/(cossin22lmmllmfmgpp 倒立擺倒立擺 數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型u 倒立擺描述倒立擺描述控制任務(wù)：在初始狀態(tài)或有干擾的情況下，能夠使倒立擺控制任務(wù)：在初始狀態(tài)或有干擾的情況下，能夠使倒立擺保

47、持直立保持直立 。模糊控制原理模糊控制原理free倒立擺模糊控制系統(tǒng)框圖倒立擺模糊控制系統(tǒng)框圖采用二維模糊控制器，輸入為采用二維模糊控制器，輸入為和和 ，輸出為，輸出為f。模糊控制原理模糊控制原理free1確定輸入輸出變量的基本論域、論域確定輸入輸出變量的基本論域、論域u C-FC的設(shè)計(jì)過(guò)程的設(shè)計(jì)過(guò)程10/60/1/115/1/1332211mmmfkkfzkkykkx注意：可以不作論域變換，即模糊集的論域與變量的基本論注意：可以不作論域變換，即模糊集的論域與變量的基本論域相同。域相同。、 、f的基本論域（實(shí)際范圍）分別為的基本論域（實(shí)際范圍）分別為-15 ，15 ，-60 /s，60 /s，

48、-10N，10N；模糊集論域均為；模糊集論域均為-1，1，得比例，得比例因子為：因子為： 模糊控制原理模糊控制原理freeu C-FC的設(shè)計(jì)過(guò)程的設(shè)計(jì)過(guò)程2. 定義模糊集合及其隸屬函數(shù)定義模糊集合及其隸屬函數(shù) 對(duì)輸入輸出變量對(duì)輸入輸出變量x、y、z各定義五個(gè)模糊集：各定義五個(gè)模糊集：NL，NS，Z，PS，PL，三個(gè)變量的隸屬函數(shù)均是對(duì)稱、均勻分布、，三個(gè)變量的隸屬函數(shù)均是對(duì)稱、均勻分布、全交迭的三角形，如圖。全交迭的三角形，如圖。模糊控制原理模糊控制原理freeu C-FC的設(shè)計(jì)過(guò)程的設(shè)計(jì)過(guò)程3. 設(shè)計(jì)模糊控制規(guī)則集設(shè)計(jì)模糊控制規(guī)則集 zxNLNSZPSPLyNLNLNSNSZZNLNSZPS

49、PLPSZPSPLPLIF x=Z and y=NL， THEN z=NL如果擺角為零，但速度為負(fù)大，則小車驅(qū)動(dòng)力為負(fù)大。如果擺角為零，但速度為負(fù)大，則小車驅(qū)動(dòng)力為負(fù)大。模糊控制原理模糊控制原理freeu C-FC的設(shè)計(jì)過(guò)程的設(shè)計(jì)過(guò)程4. 模糊推理方法模糊推理方法 采用單點(diǎn)模糊化，最大采用單點(diǎn)模糊化，最大-最小合成，最小合成，min蘊(yùn)含運(yùn)算，蘊(yùn)含運(yùn)算，max求求and 運(yùn)算，最大綜合法作模糊推理。運(yùn)算，最大綜合法作模糊推理。各條規(guī)則的推理結(jié)果各條規(guī)則的推理結(jié)果Ci為為)()()()(00zyxziiiiCBAC綜合推理結(jié)果綜合推理結(jié)果C為為)()()()(1121zzzzCCCC模糊控制原理模

50、糊控制原理freeu C-FC的設(shè)計(jì)過(guò)程的設(shè)計(jì)過(guò)程5. 解模糊解模糊 采用重心法采用重心法dzzzdzzzCC)()(0該方法計(jì)算量比較大，但模糊控制器的性能比較好。該方法計(jì)算量比較大，但模糊控制器的性能比較好。 對(duì)于對(duì)于C-FC系統(tǒng)，輸入輸出變量的論域變換、模糊化、模系統(tǒng)，輸入輸出變量的論域變換、模糊化、模糊推理、解模糊等工作都是在線進(jìn)行的，計(jì)算量比糊推理、解模糊等工作都是在線進(jìn)行的，計(jì)算量比D-FC大，大，但是除但是除COG外，其它都是取大、取小或四則運(yùn)算，運(yùn)算還外，其它都是取大、取小或四則運(yùn)算，運(yùn)算還是比較快的。是比較快的。模糊控制原理模糊控制原理free第五節(jié)第五節(jié) 模糊控制系統(tǒng)模糊控

51、制系統(tǒng)Matlab 仿真仿真 Matlab仿真實(shí)現(xiàn)的三種方法：仿真實(shí)現(xiàn)的三種方法：1采用采用Matlab語(yǔ)言根據(jù)具體的控制算法編程進(jìn)行仿真。復(fù)語(yǔ)言根據(jù)具體的控制算法編程進(jìn)行仿真。復(fù)雜，但這種方法最靈活，可以根據(jù)自己提出的新算法任意編雜，但這種方法最靈活，可以根據(jù)自己提出的新算法任意編程。程。2利用利用Matlab提供的工具箱函數(shù)直接進(jìn)行仿真。簡(jiǎn)單，不提供的工具箱函數(shù)直接進(jìn)行仿真。簡(jiǎn)單，不需要了解算法的本質(zhì)。需要了解算法的本質(zhì)。3根據(jù)根據(jù)Simulink 動(dòng)態(tài)仿真環(huán)境進(jìn)行仿真。直觀，仿真時(shí)觀動(dòng)態(tài)仿真環(huán)境進(jìn)行仿真。直觀，仿真時(shí)觀察仿真結(jié)果。察仿真結(jié)果。模糊控制原理模糊控制原理free5.1 模糊推

52、理系統(tǒng)的構(gòu)成模糊推理系統(tǒng)的構(gòu)成一個(gè)典型的模糊推理系統(tǒng)主要由如下幾個(gè)部分構(gòu)成：一個(gè)典型的模糊推理系統(tǒng)主要由如下幾個(gè)部分構(gòu)成：u輸入與輸出語(yǔ)言變量，包括語(yǔ)言值及隸屬函數(shù)；輸入與輸出語(yǔ)言變量，包括語(yǔ)言值及隸屬函數(shù)；u模糊規(guī)則；模糊規(guī)則；u輸入量的模糊化方法和輸出量的去模糊方法；輸入量的模糊化方法和輸出量的去模糊方法；u模糊推理算法。模糊推理算法。 在在Matlab模糊邏輯工具箱中構(gòu)造的模糊推理系統(tǒng)對(duì)應(yīng)一模糊邏輯工具箱中構(gòu)造的模糊推理系統(tǒng)對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)文件，其后綴為個(gè)數(shù)據(jù)文件，其后綴為fis（fuzzy inference system）。）。模糊控制原理模糊控制原理free5.2 利用模糊邏輯工具箱函

53、數(shù)建立模糊推理系統(tǒng)利用模糊邏輯工具箱函數(shù)建立模糊推理系統(tǒng) 5.3 模糊推理系統(tǒng)的圖形用戶界面模糊推理系統(tǒng)的圖形用戶界面n 在命令窗口中鍵入在命令窗口中鍵入fuzzy5.4 基于模糊工具箱函數(shù)的模糊控制系統(tǒng)仿真基于模糊工具箱函數(shù)的模糊控制系統(tǒng)仿真見(jiàn)見(jiàn)基于基于Matlab的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)模糊控制模糊控制 P73 頁(yè)頁(yè)lHelp- Contents-Fuzzy Logic Toolbox-Functions by CategorylContents-Fuzzy Logic Toolbox-Tutorial-Working from 模糊控制原理模糊控制原理free5.5 基于基于Si

54、mulink的模糊控制系統(tǒng)仿真的模糊控制系統(tǒng)仿真1C-FC系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真例：例：Sltankrule 和和sltank先在先在Matlab中建立模糊推理系統(tǒng)，在中建立模糊推理系統(tǒng)，在Simulink中，用中，用Fuzzy Logic Controller 或或 Fuzzy Logic Controller with Ruleviewer模塊調(diào)用該推理系統(tǒng)，與比例因子結(jié)合，構(gòu)成模糊控制器。模塊調(diào)用該推理系統(tǒng)，與比例因子結(jié)合，構(gòu)成模糊控制器。2. D-FC 系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真在在Matlab中建立模糊推理系統(tǒng)，計(jì)算出查詢表，在中建立模糊推理系統(tǒng)，計(jì)算出查詢表，在Simulink中，用二維表格中，用

55、二維表格Look-Up Table（2-D）存放查詢表。）存放查詢表。模糊控制原理模糊控制原理free思考與討論思考與討論離開(kāi)離開(kāi)Matlab環(huán)境，采用環(huán)境，采用C、Fortran、匯、匯編等語(yǔ)言，如何自己編程實(shí)現(xiàn)編等語(yǔ)言，如何自己編程實(shí)現(xiàn)C-FC和和D-FC控制？控制？模糊控制原理模糊控制原理free第六節(jié)第六節(jié) 模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜述模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜述 6.1 D-FC和和C-FC 比較比較 輸入輸出變量的實(shí)際論域一般是連續(xù)論域，而這些變量輸入輸出變量的實(shí)際論域一般是連續(xù)論域，而這些變量在模糊控制器內(nèi)部的論域可以是離散的也可以是連續(xù)的，在模糊控制器內(nèi)部的論域可以是離散的也可以是連續(xù)的，因此

56、模糊控制器分為因此模糊控制器分為D-FC和和C-FC兩大類。下面從應(yīng)用的兩大類。下面從應(yīng)用的角度比較一下二者的優(yōu)缺點(diǎn)。角度比較一下二者的優(yōu)缺點(diǎn)。1控制精度控制精度 模糊控制本身消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的性能比較差，難以達(dá)模糊控制本身消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的性能比較差，難以達(dá)到較高的控制精度。尤其是在離散有限論域設(shè)計(jì)時(shí)，更為到較高的控制精度。尤其是在離散有限論域設(shè)計(jì)時(shí)，更為明顯。明顯。 模糊控制原理模糊控制原理free第六節(jié)第六節(jié) 模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜述模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜述6.1 D-FC和和C-FC 比較比較1控制精度控制精度 n D-FC的控制精度的控制精度 量化誤差引起穩(wěn)態(tài)誤差量化誤差引起穩(wěn)態(tài)誤差 控制作

57、用離散化的影響控制作用離散化的影響模糊控制原理模糊控制原理freen D-FC的控制精度的控制精度 量化誤差引起穩(wěn)態(tài)誤差量化誤差引起穩(wěn)態(tài)誤差要把誤差輸入信號(hào)轉(zhuǎn)化為誤差離散論域上的點(diǎn)，即要把誤差輸入信號(hào)轉(zhuǎn)化為誤差離散論域上的點(diǎn)，即)5 . 0(INTekEeINT為四舍五入取整運(yùn)算?？梢?jiàn)，當(dāng)為四舍五入取整運(yùn)算。可見(jiàn)，當(dāng)E=0時(shí)，仍有時(shí)，仍有5 . 0|ekeeke/5 . 0| 也就是說(shuō)，由量化引起的穩(wěn)態(tài)誤差也就是說(shuō)，由量化引起的穩(wěn)態(tài)誤差 ，模糊控制器無(wú)，模糊控制器無(wú)法消除。法消除。eke/5 . 0| 比例因子增大，量化誤差減小，控制精度提高，但模糊關(guān)比例因子增大，量化誤差減小，控制精度提高，

58、但模糊關(guān)系矩陣系矩陣R中的元素將增加，不僅占內(nèi)存多，而且給設(shè)計(jì)工作帶中的元素將增加，不僅占內(nèi)存多，而且給設(shè)計(jì)工作帶來(lái)很多困難。來(lái)很多困難。 模糊控制原理模糊控制原理free 控制作用離散化的影響控制作用離散化的影響 采用控制量的增量采用控制量的增量u作為控制器的輸出，相當(dāng)于引入了積作為控制器的輸出，相當(dāng)于引入了積分作用，有利于消除穩(wěn)態(tài)誤差。然而，分作用，有利于消除穩(wěn)態(tài)誤差。然而，u是解模糊后的離散是解模糊后的離散點(diǎn)，不連續(xù)，因而控制作用不細(xì)膩，不利用消除穩(wěn)態(tài)誤差。點(diǎn)，不連續(xù)，因而控制作用不細(xì)膩，不利用消除穩(wěn)態(tài)誤差。 例如：到某一時(shí)刻，誤差為例如：到某一時(shí)刻，誤差為0，維持對(duì)象工作在這一點(diǎn)的控，

59、維持對(duì)象工作在這一點(diǎn)的控制作用應(yīng)該是某一穩(wěn)態(tài)值制作用應(yīng)該是某一穩(wěn)態(tài)值un，那么，希望模糊控制器的控制，那么，希望模糊控制器的控制輸出此時(shí)等于輸出此時(shí)等于un，即希望，即希望nniiuuuk0由于由于ui不連續(xù)，上式一般不能精確地成立，這就造成控制不連續(xù)，上式一般不能精確地成立，這就造成控制對(duì)象的狀態(tài)還會(huì)變化，誤差不能自此就維持為對(duì)象的狀態(tài)還會(huì)變化，誤差不能自此就維持為0。 模糊控制原理模糊控制原理freen D-FC的控制精度的控制精度 控制作用離散化的影響控制作用離散化的影響 可見(jiàn)，改為增量式輸出，相當(dāng)于在比例因子可見(jiàn)，改為增量式輸出，相當(dāng)于在比例因子k3后加后加了一個(gè)積分器。但由于了一個(gè)積

60、分器。但由于u只能分檔改變，增量式只能分檔改變，增量式輸出也只能減小靜差，而不能保證消除靜差。輸出也只能減小靜差，而不能保證消除靜差。 另外，另外，D-FC 類似于多值繼電器特性，當(dāng)控制對(duì)類似于多值繼電器特性，當(dāng)控制對(duì)象不含有積分因子時(shí)，不僅存在靜態(tài)誤差，而且容象不含有積分因子時(shí)，不僅存在靜態(tài)誤差，而且容易產(chǎn)生靜態(tài)工作點(diǎn)附近的極限環(huán)振蕩。易產(chǎn)生靜態(tài)工作點(diǎn)附近的極限環(huán)振蕩。模糊控制原理模糊控制原理free3執(zhí)行時(shí)間執(zhí)行時(shí)間 D-FC很短，很短，C-FC較短。較短。 C-FC沒(méi)有量化誤差及由其引起的穩(wěn)態(tài)誤差問(wèn)題。沒(méi)有量化誤差及由其引起的穩(wěn)態(tài)誤差問(wèn)題。當(dāng)控制對(duì)象不含有積分因子時(shí)，位置式輸出的當(dāng)控制對(duì)