模糊控制算法

（Fuzzyalgorithmicapproach）

精確、精準(zhǔn)：accurate準(zhǔn)確：exact確定：determine、ensure2021/6/2711、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中間過渡時(shí)，界限不明顯，呈現(xiàn)出的“亦此亦彼”性?！澳：笔窍鄬?duì)于“精確”而言的。2021/6/272

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)行描述和分析。模糊數(shù)學(xué)是對(duì)經(jīng)典數(shù)學(xué)的擴(kuò)展，它在經(jīng)典集合理論的基礎(chǔ)上引入了“隸屬函數(shù)”的概念，來描述事物對(duì)模糊概念的從屬程度2021/6/2732021/6/274１、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)，模糊控制是一種基于語言的一種智能控制

2021/6/2752、為什么采用模糊控制？

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、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。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)

2021/6/276

3、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2021/6/2773、工作原理把由各種傳感器測(cè)出的精確量轉(zhuǎn)換成為適于模糊運(yùn)算的模糊量,然后將這些量在模糊控制器中加以運(yùn)算,最后再將運(yùn)算結(jié)果中的模糊量轉(zhuǎn)換為精確量,以便對(duì)各執(zhí)行器進(jìn)行具體的操作控制。在模糊控制中,存在著一個(gè)模糊量和精確量之間相互轉(zhuǎn)化的問題2021/6/2782021/6/279

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。2021/6/2710也可以表示成2021/6/2711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2021/6/27123、模糊控制的特點(diǎn)

①適用于不易獲得精確數(shù)學(xué)模型的被控對(duì)象，②是一種語言變量控制器③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④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。2021/6/2713二、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2、汽車巡航系統(tǒng)：外界負(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)4、半主動(dòng)懸架：系統(tǒng)參數(shù)不穩(wěn)定性5、發(fā)動(dòng)機(jī)2021/6/2714三、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：建立數(shù)學(xué)模型現(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，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型。汽車空調(diào)由于工作條件多變，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2021/6/2715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2021/6/2716

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)2021/6/2717模糊控制是基于語言的控制模糊語言集的組成：T（E）

T（E）={負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大}用模糊語言變量E來描述偏差，或用符號(hào)表示負(fù)大NB（NegativeBig）、負(fù)中NM（NegativeMedium）、負(fù)小NS（NegativeSmall）、零ZE（Zero）、正小PS（PositiveSmall）、正中PM（PositiveMedium），正大PB（PositiveBig），則：

T（E）={NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}2021/6/2718建立隸屬函數(shù)：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)子集的多少，由控制精度決定。例如，參數(shù)“溫差”的相應(yīng)子集可以是“正大，正小，負(fù)小，負(fù)大”，也可以是“正大，正中，正小，負(fù)小，負(fù)中，負(fù)大”，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）。溫度偏差x的相應(yīng)子集為：

正大：u(ⅹ)=1-1/（1+0.5X2）(X>0)

正中：u(ⅹ)=1/（1+（x-2）2）(X>0)

正?。簎(ⅹ)=1/（1+(x-1)2）(X>0)

正很小：u(ⅹ)=1/（1+0.5X2）(X>0)

負(fù)很?。簎(ⅹ)=1/（1+0.5X2）(X<0)

負(fù)小：u(ⅹ)=1/（1+(x+1)2）(X<0)

負(fù)中：u(ⅹ)=1/（1+(x+2)2）(X<0)

負(fù)大：u(ⅹ)=1-1/（1+0.5X2）(X<0)2021/6/27191）根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)2）

根據(jù)熟練工人的經(jīng)驗(yàn)3）

建立控制對(duì)象的模糊模型2021/6/2720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)2021/6/2721普通集合對(duì)溫度的定義

模糊集合對(duì)溫度的設(shè)定2021/6/2722★汽車空調(diào)模糊控制系統(tǒng)的控制執(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):

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。2021/6/2723

汽車空調(diào)模糊控制框圖2021/6/2724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)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2021/6/2725

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。2021/6/2726控制步驟：⑴.計(jì)算出溫度差x，溫差的變化率，x,即為精確的控制輸入。⑵.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

正小：u()=0.9

正很?。簎()=0.1

其余子集：u()=02021/6/2727⑶.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⑴⑵、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⑴的條件部分：u(y)=0對(duì)規(guī)則⑵的條件部分：u(y)=0.1對(duì)規(guī)則⑶的條件部分：u(y)=0.8..2021/6/2728（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)相應(yīng)子集的隸屬度。例如，對(duì)規(guī)則⑶，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)=0.12021/6/2729

模糊推理規(guī)則模糊量化為清晰量輸出2021/6/2730

輸出模糊量2021/6/2731根據(jù)重心法原則

模糊控制器控制表2021/6/2732

模糊控制與常規(guī)控制比較模糊控制具有超調(diào)量小、穩(wěn)差小的特點(diǎn)。一般汽車空調(diào)模糊控制可節(jié)能15%～20%。2021/6/2733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2021/6/2734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