模糊控制算法,

1、模糊算法（Fuzzy algorithmic approach）精確、精準(zhǔn)：精準(zhǔn)：accurate 準(zhǔn)確：exact確定：determine、ensure1、定義：通過對(duì)現(xiàn)實(shí)對(duì)象的分析，處理數(shù)據(jù)并構(gòu)建模糊型數(shù)學(xué)模型。用隸屬關(guān)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(jìn)行模糊統(tǒng)計(jì)多依據(jù)經(jīng)驗(yàn)和人的心理過程，它往往是通過心理測(cè)量來進(jìn)行的，它研究的是事物本身的模糊性?！澳：：?，是指客觀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(shí)，時(shí)，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?！澳：：笔窍鄬?duì)于是相對(duì)于“精確精確”而言的。而言的。n模糊數(shù)學(xué)并不是讓

2、數(shù)學(xué)變成模模糊糊的東模糊數(shù)學(xué)并不是讓數(shù)學(xué)變成模模糊糊的東西，而是用數(shù)學(xué)工具對(duì)模糊現(xiàn)象進(jìn)行描述西，而是用數(shù)學(xué)工具對(duì)模糊現(xiàn)象進(jìn)行描述和分析。模糊數(shù)學(xué)是對(duì)和分析。模糊數(shù)學(xué)是對(duì)經(jīng)典數(shù)學(xué)經(jīng)典數(shù)學(xué)的擴(kuò)展，的擴(kuò)展，它在經(jīng)典集合理論的基礎(chǔ)上引入了它在經(jīng)典集合理論的基礎(chǔ)上引入了“隸屬隸屬函數(shù)函數(shù)”的概念，來描述事物對(duì)模糊概念的的概念，來描述事物對(duì)模糊概念的從屬程度從屬程度規(guī)則庫推理機(jī)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(duì)難以用已有規(guī)律描述的復(fù)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(dá)， 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(dòng)控制控制器的綜合設(shè)計(jì)都要建立在被控對(duì)象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型(即傳遞函數(shù)模型或狀態(tài)空間模型)的基礎(chǔ)上，但是在實(shí)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(nèi)燃燒過程等缸內(nèi)燃燒過程等) ) ，很難找出精確的數(shù)學(xué)模型。這種情況下，模糊控制的誕生就顯得意義重大。因?yàn)槟：刂撇挥媒?shù)學(xué)模型不需要預(yù)先知道過程精確的數(shù)學(xué)模型不需要預(yù)先知道過程精確的數(shù)學(xué)模型。 要研制智能化的汽車，就離不開模糊控制技術(shù)如汽車空調(diào)：人體舒適度的模糊性和空調(diào)復(fù)雜系統(tǒng) n3、模糊控制的特點(diǎn)1）無需知道被控對(duì)象的數(shù)學(xué)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(gòu)造容易5）魯棒性好3、工作原理n把由各種傳感器測(cè)出的精確量轉(zhuǎn)換成為適于模糊把由各種傳感器測(cè)出的精確量轉(zhuǎn)換成為適于模糊運(yùn)算的模糊量運(yùn)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(yùn)算運(yùn)算, , 最后再將運(yùn)算結(jié)果中的模糊量轉(zhuǎn)換為精確最后再將運(yùn)算結(jié)果中的模糊量轉(zhuǎn)換為精確量量, , 以便對(duì)各執(zhí)行器進(jìn)行具體的操作控制。以便對(duì)各執(zhí)行器進(jìn)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(gè)模糊量和精確量之間存在著一個(gè)模糊量和精確量之間相互轉(zhuǎn)化的問題相互轉(zhuǎn)化的問題 規(guī)則庫推理機(jī)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(shè)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(jīng)過模糊控制規(guī)則和近似推理后得出的模糊控制量。u:經(jīng)模糊判決后得到的控制量(精確量)。y:對(duì)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(jìn)行模糊推理 輸出量反模糊3、模糊控制的特點(diǎn)適用于不易獲得精確數(shù)學(xué)模型的被控對(duì)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(shí)變，滯后系統(tǒng)的控制抗干擾能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快，并對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的變化有較強(qiáng)的魯棒性。二、模糊控制在汽車的應(yīng)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(fù)荷的擾動(dòng)、汽車質(zhì)量和傳動(dòng)系效率的界負(fù)荷的擾動(dòng)、汽車質(zhì)量和傳動(dòng)系效率的不確定性、被控對(duì)象的強(qiáng)非線性不確定性、被控對(duì)象的強(qiáng)非線性3、汽車空調(diào)：人體舒適感的模糊性和空調(diào)復(fù)雜結(jié)構(gòu)人體舒適感的模糊性和空調(diào)復(fù)雜結(jié)構(gòu)4、半主動(dòng)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(dòng)機(jī)三、在汽車空調(diào)上的應(yīng)用對(duì)汽車空調(diào)系統(tǒng)的要求：技術(shù)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(dòng)控制的應(yīng)用是達(dá)到這兩方面要求的一個(gè)重要途徑。經(jīng)典控制理論：經(jīng)典控制理論：建立數(shù)學(xué)模型現(xiàn)代控制理論：現(xiàn)代控制理論：狀態(tài)方程 空調(diào)器為典型的傳質(zhì)換熱系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)和內(nèi)部物理過程復(fù)雜，難以建立精確的

7、數(shù)學(xué)模型。汽車空調(diào)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(duì)于環(huán)境干擾，魯棒性好，能夠抑制非線性因素對(duì)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(cè)定的溫度濕度，以人體舒適感為基 礎(chǔ)，對(duì)車廂溫度進(jìn)行模糊修正2、根據(jù)設(shè)定溫度和實(shí)測(cè)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(duì)控制輸出進(jìn)行熱負(fù)荷模糊修正。4、根據(jù)車門啟閉情況，對(duì)控制輸出進(jìn)行修正 全空調(diào)型客車空調(diào)原理圖全空調(diào)型客車空調(diào)原理圖1、外進(jìn)風(fēng);2出風(fēng)口;3蒸發(fā)器風(fēng)機(jī):4蒸發(fā)器芯;5熱水器芯: 6溫度門:7、出風(fēng)口:8車內(nèi)進(jìn)風(fēng)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(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大負(fù)大，負(fù)中，負(fù)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(hào)表示或用符號(hào)表示 負(fù)大負(fù)大NBNB（Negative BigNegative Big）、）、 負(fù)中負(fù)中NMNM（Negative MediumNegative Medium）、）、 負(fù)小負(fù)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(duì)相應(yīng)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(yīng)各參數(shù)對(duì)相應(yīng)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(yīng)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(jí)人為地劃分成的等級(jí)所構(gòu)成的一組模糊集合。相應(yīng)子所構(gòu)成的一組模糊集合。相應(yīng)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(yīng)子集可以是的

10、相應(yīng)子集可以是“正大，正小，負(fù)小，負(fù)大正大，正小，負(fù)小，負(fù)大”，也可以是也可以是“正大，正中，正小，負(fù)小，負(fù)中，負(fù)大正大，正中，正小，負(fù)小，負(fù)中，負(fù)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(yīng)子集為：的相應(yīng)子集為： 正大：正大：u(u() =1-1/) =1-1/（1+0.5X1+0.5X2 2） (X0)(X0) 正中：正中：u (u ()=1/)=1/（1+1+（x-2x-2）2 2） (X0)(X0) 正?。赫。簎 (u ()=1/)=1/（1+(x-1)1+(

11、x-1)2 2） (X0)(X0) 正很?。赫苄。簎 (u ()=1/)=1/（1+0.5X1+0.5X2 2） (X0)(X0) 負(fù)很?。贺?fù)很?。簎 (u ()=1/)=1/（1+0.5X1+0.5X2 2） (X0)(X0) 負(fù)?。贺?fù)?。簎 (u ()=1/)=1/（1+(x+1)1+(x+1)2 2） (X0)(X0) 負(fù)中：負(fù)中：u (u ()=1/)=1/（1+(x+2)1+(x+2)2 2） (X0)(X0) 負(fù)大：負(fù)大：u (u ()= 1-1/)= 1-1/（1+0.5X1+0.5X2 2） (X0)(X0)X1） 根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)2） 根據(jù)熟練工人的經(jīng)驗(yàn)根據(jù)熟練工人

12、的經(jīng)驗(yàn)3） 建立控制對(duì)象的模糊模型建立控制對(duì)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(duì)溫度的定義 模糊集合對(duì)溫度的設(shè)定汽車空調(diào)模糊控制系統(tǒng)的控制執(zhí)行器控制執(zhí)行器壓縮機(jī)、蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)、電子膨脹閥控制目標(biāo)控制目標(biāo): 壓縮機(jī)能量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)控制其排量; 蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)控制車內(nèi)的送風(fēng)量; 電子膨脹閥控制壓縮機(jī)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(fù)雜性。 汽車空調(diào)模糊控制框圖模糊控制規(guī)則：（根據(jù)人工經(jīng)驗(yàn)設(shè)定） 根據(jù)溫差和溫差變化率設(shè)定等級(jí)，推導(dǎo)壓縮機(jī)排量、膨脹閥開度和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的等級(jí)。 (1) 如果溫差“正大”, 溫差變化率“負(fù)很小”, 認(rèn)

13、為機(jī)器制冷力嚴(yán)重不足。運(yùn)行狀態(tài)設(shè)置為: 壓縮機(jī)排量為“最大”, 膨脹閥開度為“最大”, 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為“最大”。(2) 如果溫差“正中”, 溫差變化率“正大”, 認(rèn)為機(jī)器制冷力不足, 運(yùn)行狀態(tài)設(shè)置為: 壓縮機(jī)排量為“大”, 膨脹閥開度為“大”, 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為“大”。(3) 如果溫差“正小”, 溫差變化率“正中”, 認(rèn)為機(jī)器制冷力仍不足, 運(yùn)行狀態(tài)設(shè)置為: 壓縮機(jī)排量為“中”, 膨脹閥開度為“中”, 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為“中”。. .如果溫差變化率相應(yīng)子集數(shù)和溫差相同, 均為8 個(gè), 那么, 這種類型的規(guī)則應(yīng)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(dāng)誤差大或較大時(shí)，選擇控制量以盡快消

14、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)，以系統(tǒng)的穩(wěn)定性為主要出發(fā)點(diǎn)。 以誤差為負(fù)大時(shí)，誤差變化為負(fù)大為例，這時(shí)誤差有增大的趨勢(shì)，為盡快消除已有的負(fù)大誤差并抑制誤差變大，所以控制量取負(fù)大，即使風(fēng)門開度達(dá)到最小，減少通過加熱器的風(fēng)量。n控制步驟：控制步驟：. 計(jì)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(duì)相應(yīng)子集的隸屬度，把精確的控制輸入轉(zhuǎn)換成模糊量。例如，x=1, =0.1/min,則有：x 對(duì)相應(yīng)子集的隸屬度為（按前述設(shè)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(duì)相應(yīng)子集隸屬度亦可算出，例如： 正大：u ( )=0.1 正中：u ( )=0.8 正?。簎 ( )=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(duì)前述設(shè)定的模糊控制規(guī)則、控制輸入組y=x=1,x=0.1/min對(duì)其條件部分的隸屬度可求得：對(duì)規(guī)則的條件部分：u(y)=0對(duì)規(guī)則的條件部分：u (y)=0.1對(duì)規(guī)則的條件部分：u (y)=0.8.（4）利用模糊控制規(guī)則，推導(dǎo)控制輸出的模糊量。由前一步驟計(jì)算的對(duì)規(guī)則條件部分的隸屬度u（y）,可直接得出相應(yīng)規(guī)則結(jié)論部分對(duì)

16、相應(yīng)子集的隸屬度。例如，對(duì)規(guī)則，已知y 對(duì)條件部分的隸屬度u （y）=0.8，那么，壓縮機(jī)排量F 對(duì)“中等排量”隸屬度u (F)=0.8，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速v，對(duì)“中等轉(zhuǎn)速”隸屬度u (v)=0.8，膨脹閥開度N 對(duì)“中等轉(zhuǎn)速”隸屬度u (N)=0.8?？紤]所有有關(guān)的結(jié)論部分，即可得到控制輸出對(duì)相應(yīng)子集的隸屬度。如壓縮機(jī)排量F 對(duì)相應(yīng)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?。簎 (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(diào)量小、穩(wěn)差小超調(diào)量小、穩(wěn)差小的特點(diǎn)。一般汽車空調(diào)模糊控制的特點(diǎn)。一般汽車空調(diào)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(cè)定的溫度濕度，以人體舒適感為基 礎(chǔ)，對(duì)車廂溫度進(jìn)行模糊修正2、根據(jù)設(shè)定溫度和實(shí)測(cè)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(duì)控制輸出進(jìn)行熱負(fù)荷模糊修正。4、根據(jù)車門啟閉情況，對(duì)控制輸出進(jìn)行修正n控制過程：1、根據(jù)溫度傳感器和濕度傳感器測(cè)定的溫度濕度