常用的幾種模糊控制器

1、關(guān)于常用的幾種模糊控制器第1頁，共29頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)5分，星期四模糊控制在工程應(yīng)用中的困惑模糊控制利用隸屬度函數(shù)和模糊合成法則等思想，巧妙地綜合了人們的直覺經(jīng)驗(yàn)。從而在其他經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論不太奏效的場(chǎng)合，能夠?qū)崿F(xiàn)較滿意的控制。模糊控制必須具有較完善的控制規(guī)則，但模糊控制綜合定量知識(shí)的能力較差。一張較理想的模糊控制表必須通過反復(fù)精心整定才能投入使用。對(duì)于某些復(fù)雜的工業(yè)過程，有時(shí)難以總結(jié)出較完整的經(jīng)驗(yàn)。量化因子和比例因子的選擇也影響著整個(gè)系統(tǒng)的品質(zhì)，并且當(dāng)對(duì)象動(dòng)態(tài)特性發(fā)生變化，或者受到隨機(jī)干擾的影響都會(huì)影響模糊控制的效果。以上問題都將導(dǎo)致模糊控制器存在一些缺陷。 第2頁

2、，共29頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)5分，星期四1 精度較低這主要是由于模糊控制表的級(jí)別有限而造成，通過增加量化等級(jí)數(shù)目雖可提高精度，但查詢表將過于龐大。須占用較大空間使運(yùn)算時(shí)間增加。實(shí)際上如果模糊控制器中不引入積分機(jī)制，原則上總是存在誤差的。因?yàn)樗旧砭褪歉鶕?jù)誤差的大小和變化來實(shí)現(xiàn)控制的 第3頁，共29頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)5分，星期四2 自適應(yīng)能力有限由于簡(jiǎn)單模糊控制器中查詢表一旦整定下來后，就不再改變，量化因子和比例因子也是如此。這樣當(dāng)對(duì)象參數(shù)隨著環(huán)境的變遷發(fā)生漂移時(shí)，它不能對(duì)自己的控制規(guī)則進(jìn)行有效的調(diào)整，從而使其良好性能得不到充分發(fā)揮。第4頁，共29頁，2022年，5月2

3、0日，0點(diǎn)5分，星期四3 容易產(chǎn)生震蕩現(xiàn)象如果查詢表構(gòu)造不合理或量化因子和比例因子選擇不當(dāng)，都會(huì)導(dǎo)致振蕩。在仿真過程中，特別是系統(tǒng)進(jìn)入誤差的零檔級(jí)時(shí)產(chǎn)生高頻振蕩現(xiàn)象更為普遍。 第5頁，共29頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)5分，星期四常用的幾種模糊控制器模糊控制與PID控制結(jié)合帶有修正因子的自尋優(yōu)模糊控制器語言變量基本論域量化曲線自調(diào)整控制器設(shè)計(jì)自適應(yīng)模糊控制第6頁，共29頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)5分，星期四模糊控制與PID控制結(jié)合第7頁，共29頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)5分，星期四為什么要將模糊控制與PID控制結(jié)合使用？常規(guī)PID(比例、積分、微分)控制是過程控制中應(yīng)用最廣泛最

4、基本的一種控制方式，它具有簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、可靠性高的特點(diǎn)。而PID控制對(duì)大部分工業(yè)控制對(duì)象，特別是對(duì)于線性定常系統(tǒng)的控制是非常有效的，通常都能取得較為滿意的控制效果。PID控制的控制品質(zhì)取決于PID控制器各個(gè)參數(shù)的整定，但常規(guī)PID控制器不能在線整定參數(shù)。而且對(duì)于非線性、時(shí)變的復(fù)雜系統(tǒng)和模型不清的系統(tǒng)，就不能很好地加以控制。第8頁，共29頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)5分，星期四為什么要將模糊控制與PID控制結(jié)合使用？簡(jiǎn)單模糊控制器由于不具有積分環(huán)節(jié)，因而在模糊控制的系統(tǒng)中很難完全消除穩(wěn)態(tài)誤差，而且在變量分級(jí)不夠多的情況下，常常在平衡點(diǎn)附近會(huì)有小的振蕩現(xiàn)象。但是模糊控制系統(tǒng)對(duì)復(fù)雜的和模型不清

5、的對(duì)象卻能有效地加以控制，所以把模糊控制和PID控制結(jié)合起來，就可以組成兼有兩者優(yōu)點(diǎn)的模糊PID控制方法。第9頁，共29頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)5分，星期四Fuzzy-PID復(fù)合控制FuzzyPID復(fù)合控制方法的出發(fā)點(diǎn)主要是因?yàn)槟：刂破鞅旧硐到y(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的性能比較差，難以達(dá)到較高的控制精度和較好的跟蹤性能。要提高模糊控制器的精度和跟蹤性能，就必須對(duì)語言變量取更多的語言值，但同時(shí)增加了推理規(guī)則的數(shù)量和增大了計(jì)算量，不能滿足實(shí)時(shí)控制的要求。第10頁，共29頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)5分，星期四Fuzzy-PID復(fù)合控制PI調(diào)節(jié)器的積分作用從理論上可使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差控制為零，有著很

6、好的消除穩(wěn)態(tài)誤差的作用。當(dāng)誤差在某一個(gè)閾值以外時(shí)，可采用PI控制，以提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)態(tài)性能；當(dāng)誤差在閾值以內(nèi)時(shí)，采用模糊控制可以提高系統(tǒng)的阻尼性能，減小超調(diào)，獲得更好的瞬態(tài)性能。這種模糊控制與PI控制相結(jié)合的控制方式稱為模糊-PI雙?？刂?，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。第11頁，共29頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)5分，星期四Fuzzy-PID復(fù)合控制第12頁，共29頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)5分，星期四模糊-I復(fù)合控制該系統(tǒng)的控制作用是模糊控制器的控制作用和I調(diào)節(jié)器控制作用的和，這相當(dāng)于一個(gè)具有變參數(shù)的比例微分控制作用和不變參數(shù)的積分控制作用的PID調(diào)節(jié)器。對(duì)這種形式的控制方案實(shí)驗(yàn)研究表明

7、，它比單個(gè)的模糊控制器和單個(gè)的PID調(diào)節(jié)器均有更好的控制性能。第13頁，共29頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)5分，星期四模糊自整定參數(shù)PID控制利用模糊控制規(guī)則，并根據(jù)不同的誤差情況，在線自整定(自校正、自調(diào)整) PID控制器的參數(shù)，可組成模糊自整定參數(shù)PID控制。第14頁，共29頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)5分，星期四參數(shù)Kp、Ki和Kd的自整定要求當(dāng)誤差較大時(shí)，應(yīng)取較大的Kp和較小的Kd，以使系統(tǒng)有較短的響應(yīng)時(shí)間，同時(shí)為了避免響應(yīng)出現(xiàn)較大的超調(diào)應(yīng)對(duì)積分作用加以限制，通常是去掉積分作用，即取Ki0；當(dāng)誤差中等時(shí)，應(yīng)取較小的Kp，以使系統(tǒng)具有較小的超調(diào)，Kd和Ki的取值要適當(dāng)；當(dāng)誤差較小

8、時(shí)，應(yīng)取較大的Kp和Ki，以使系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)態(tài)性能，同時(shí)為避免系統(tǒng)在設(shè)定值附近出現(xiàn)振蕩，Kd的取值要適當(dāng)。第15頁，共29頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)5分，星期四帶有修正因子的自尋優(yōu)模糊控制器第16頁，共29頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)5分，星期四帶有修正因子的自尋優(yōu)模糊控制器修正因子控制規(guī)則：尋優(yōu)指標(biāo)函數(shù)尋優(yōu)規(guī)則：優(yōu)選修正因子使指標(biāo)函數(shù)達(dá)到最小第17頁，共29頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)5分，星期四自尋優(yōu)模糊控制器示例第18頁，共29頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)5分，星期四第19頁，共29頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)5分，星期四控制系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)修正因子的自尋優(yōu)方法可

9、以應(yīng)用于被控過程模型不精確且控制規(guī)則不完善的系統(tǒng)。應(yīng)用中可選擇一個(gè)初始控制規(guī)則，然后再依一定指標(biāo)函數(shù)優(yōu)化修正因子，最終得到在該指標(biāo)下的一組優(yōu)化控制規(guī)則。當(dāng)被控過程參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，也可通過在線自調(diào)整，獲得適應(yīng)于變化參數(shù)后的優(yōu)化控制規(guī)則。第20頁，共29頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)5分，星期四語言變量基本論域量化曲線自調(diào)整控制器設(shè)計(jì)第21頁，共29頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)5分，星期四語言變量基本論域量化曲線自調(diào)整控制器設(shè)計(jì)量化曲線yf(x)是指語言變量y在其基本論域L，+L內(nèi)的數(shù)量值yi(i=1，2，l)和其論域元素xj(j0,l，m)之間的函數(shù)關(guān)系曲線。量化曲線yf(x)的形狀是可以

10、選擇的，不一定是線性的。第22頁，共29頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)5分，星期四非線性量化曲線第23頁，共29頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)5分，星期四非線性的量化曲線的作用控制器在E較大時(shí)對(duì)過程粗調(diào)，在E較小時(shí)對(duì)過程細(xì)調(diào)，從而達(dá)到防止出現(xiàn)過大的超調(diào)和要求的控制精度，表明改變量化曲線形狀具有改變控制器規(guī)則的功能。因此非線性的量化曲線設(shè)計(jì)通常被采用。改變量化曲線形狀由于不直接改變控制規(guī)則，故具有較好的實(shí)時(shí)性和自學(xué)習(xí)功能。第24頁，共29頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)5分，星期四自適應(yīng)模糊控制第25頁，共29頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)5分，星期四自適應(yīng)模糊控制自適應(yīng)模糊控制就是它能自

11、動(dòng)地對(duì)模糊控制規(guī)則進(jìn)行修改、改進(jìn)和完善，以提高控制系統(tǒng)的性能。已經(jīng)知道，模糊控制器控制質(zhì)量的好壞主要取決于模糊控制規(guī)則的設(shè)定，對(duì)于不太復(fù)雜而難于建立數(shù)學(xué)模型的系統(tǒng)，在專家力所能及的情況下，可以利用專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)制定模糊控制規(guī)則。但是不同的專家對(duì)同一個(gè)被控系統(tǒng)所具有的經(jīng)驗(yàn)并不相同，通過總結(jié)歸納操作人員和領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)來建立模糊控制器的規(guī)則很難完美無缺，一下子就能滿足控制要求，況且如果對(duì)于那些非線性、大時(shí)滯、高階、時(shí)變的復(fù)雜被控對(duì)象，以及環(huán)境的不斷變化或者嚴(yán)重的隨機(jī)干擾，根本達(dá)不到滿意控制效果。在這種情況下，自適應(yīng)模糊控制器有著更好的控制性能。第26頁，共29頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)5分，星期四 其思想是通過性能測(cè)量環(huán)節(jié)測(cè)量實(shí)際輸出特性與希望特性的誤差，以確定輸出響應(yīng)的校正量。控制量校正環(huán)節(jié)將輸出響應(yīng)的校正量轉(zhuǎn)換為對(duì)控制量的校正量?？刂埔?guī)則修正環(huán)節(jié)修改模糊控制器的控制規(guī)則，這樣也就實(shí)現(xiàn)了對(duì)控制量的校正。第27頁，共29頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)5分，星期四總結(jié)關(guān)于模糊控制器性能改進(jìn)的其它設(shè)計(jì)方法的研