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文檔簡介
(Fuzzyalgorithmicapproach)
精確、精準:accurate準確:exact確定:determine、ensure2021/6/2711、定義:通過對現(xiàn)實對象的分析,處理數(shù)據(jù)并構(gòu)建模糊型數(shù)學模型。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),進行模糊統(tǒng)計多依據(jù)經(jīng)驗和人的心理過程,它往往是通過心理測量來進行的,它研究的是事物本身的模糊性。“模糊”,是指客觀事物彼此間的差異在中間過渡時,界限不明顯,呈現(xiàn)出的“亦此亦彼”性。“模糊”是相對于“精確”而言的。2021/6/272
模糊數(shù)學并不是讓數(shù)學變成模模糊糊的東西,而是用數(shù)學工具對模糊現(xiàn)象進行描述和分析。模糊數(shù)學是對經(jīng)典數(shù)學的擴展,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,就是對難以用已有規(guī)律描述的復雜系統(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,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)的自動控制控制器的綜合設計都要建立在被控對象準確的數(shù)學模型(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)學模型。這種情況下,模糊控制的誕生就顯得意義重大。因為模糊控制不用建立數(shù)學模型不需要預先知道過程精確的數(shù)學模型。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)復雜系統(tǒng)
2021/6/276
3、模糊控制的特點
1)無需知道被控對象的數(shù)學模型
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出的精確量轉(zhuǎn)換成為適于模糊運算的模糊量,然后將這些量在模糊控制器中加以運算,最后再將運算結(jié)果中的模糊量轉(zhuǎn)換為精確量,以便對各執(zhí)行器進行具體的操作控制。在模糊控制中,存在著一個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)則進行模糊推理輸出量反模糊2021/6/27123、模糊控制的特點
①適用于不易獲得精確數(shù)學模型的被控對象,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,時變,滯后系統(tǒng)的控制④抗干擾能力強,響應速度快,并對系統(tǒng)參數(shù)的變化有較強的魯棒性。2021/6/2713二、模糊控制在汽車的應用方面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):外界負荷的擾動、汽車質(zhì)量和傳動系效率的不確定性、被控對象的強非線性3、汽車空調(diào):人體舒適感的模糊性和空調(diào)復雜結(jié)構(gòu)4、半主動懸架:系統(tǒng)參數(shù)不穩(wěn)定性5、發(fā)動機2021/6/2714三、在汽車空調(diào)上的應用對汽車空調(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)能自動控制的應用是達到這兩方面要求的一個重要途徑。經(jīng)典控制理論:建立數(shù)學模型現(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)部物理過程復雜,難以建立精確的數(shù)學模型。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。對于環(huán)境干擾,魯棒性好,能夠抑制非線性因素對控制器的影響2021/6/2715控制過程:1、根據(jù)溫度傳感器和濕度傳感器測定的溫度濕度,以人體舒適感為基
礎(chǔ),對車廂溫度進行模糊修正2、根據(jù)設定溫度和實測溫度,用模糊控制原則推論控制輸出3、根據(jù)室外溫度、乘車滿員率對控制輸出進行熱負荷模糊修正。4、根據(jù)車門啟閉情況,對控制輸出進行修正2021/6/2716
全空調(diào)型客車空調(diào)原理圖1、外進風;2出風口;3蒸發(fā)器風機:4蒸發(fā)器芯;5熱水器芯:6溫度門:7、出風口:8車內(nèi)進風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)={負大,負中,負小,零,正小,正中,正大}用模糊語言變量E來描述偏差,或用符號表示負大NB(NegativeBig)、負中NM(NegativeMedium)、負小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)對相應子集的隸屬函數(shù)分別由不同的函數(shù)族決定。參數(shù)的相應子集指該參數(shù)被人為地劃分成的等級所構(gòu)成的一組模糊集合。相應子集的多少,由控制精度決定。例如,參數(shù)“溫差”的相應子集可以是“正大,正小,負小,負大”,也可以是“正大,正中,正小,負小,負中,負大”,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)
正小:u(ⅹ)=1/(1+(x-1)2)(X>0)
正很?。簎(ⅹ)=1/(1+0.5X2)(X>0)
負很小:u(ⅹ)=1/(1+0.5X2)(X<0)
負?。簎(ⅹ)=1/(1+(x+1)2)(X<0)
負中:u(ⅹ)=1/(1+(x+2)2)(X<0)
負大:u(ⅹ)=1-1/(1+0.5X2)(X<0)2021/6/27191)根據(jù)專家經(jīng)驗2)
根據(jù)熟練工人的經(jīng)驗3)
建立控制對象的模糊模型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普通集合對溫度的定義
模糊集合對溫度的設定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、蒸發(fā)器風機、電子膨脹閥★控制目標:
壓縮機能量調(diào)節(jié)機構(gòu)控制其排量;
蒸發(fā)器風機控制車內(nèi)的送風量;
電子膨脹閥控制壓縮機吸入氣體的過熱度。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)驗設定)
根據(jù)溫差和溫差變化率設定等級,推導壓縮機排量、膨脹閥開度和風機轉(zhuǎn)速的等級。
(1)如果溫差“正大”,溫差變化率“負很小”,認為機器制冷力嚴重不足。運行狀態(tài)設置為:壓縮機排量為“最大”,膨脹閥開度為“最大”,風機轉(zhuǎn)速為“最大”。(2)如果溫差“正中”,溫差變化率“正大”,認為機器制冷力不足,運行狀態(tài)設置為:壓縮機排量為“大”,膨脹閥開度為“大”,風機轉(zhuǎn)速為“大”。(3)如果溫差“正小”,溫差變化率“正中”,認為機器制冷力仍不足,運行狀態(tài)設置為:壓縮機排量為“中”,膨脹閥開度為“中”,風機轉(zhuǎn)速為“中”。..如果溫差變化率相應子集數(shù)和溫差相同,均為8個,那么,這種類型的規(guī)則應有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:當誤差大或較大時,選擇控制量以盡快消除誤差為主,而當誤差較小時,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。以誤差為負大時,誤差變化為負大為例,這時誤差有增大的趨勢,為盡快消除已有的負大誤差并抑制誤差變大,所以控制量取負大,即使風門開度達到最小,減少通過加熱器的風量。2021/6/2726控制步驟:⑴.計算出溫度差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、
對相應子集的隸屬度,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對相應子集的隸屬度為(按前述設定隸屬函數(shù)):正大:u(x)=0.33
正中:u(x)=0.5
正?。簎(x)=1
正很小:u(x)=0.67
其余子集:u(x)=0同樣地,對相應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
正很小:u()=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,對前述設定的模糊控制規(guī)則⑴⑵、控制輸入組y={x=1℃,x=0.1℃/min}對其條件部分的隸屬度可求得:對規(guī)則⑴的條件部分:u(y)=0對規(guī)則⑵的條件部分:u(y)=0.1對規(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,推導控制輸出的模糊量。由前一步驟計算的對規(guī)則條件部分的隸屬度u(y),可直接得出相應規(guī)則結(jié)論部分對相應子集的隸屬度。例如,對規(guī)則⑶,已知y對條件部分的隸屬度u(y)=0.8,那么,壓縮機排量F對“中等排量”隸屬度u(F)=0.8,風機轉(zhuǎn)速v,對“中等轉(zhuǎn)速”隸屬度u(v)=0.8,膨脹閥開度N對“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相應子集的隸屬度。如壓縮機排量F對相應子集的隸屬度為:最大:u(F)=0
大:u(F)=0.1
中:u(F)=0.8
小:u(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。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定的溫度濕度,以人體舒適感為基礎(chǔ),對車廂溫度進行模糊修正2、根據(jù)設定溫度和實測溫度,用模糊控制原則推論控制輸出3、根據(jù)室外溫度、乘車滿員率對控制輸出進行熱負荷模糊修正。4、根據(jù)車門啟閉情況,對控制輸出進行修正2021/6/2734控制過程:1、根據(jù)溫度傳感器和濕度傳感器測定的溫度濕度,以人體舒適感為基礎(chǔ),對車廂溫度進行模糊修
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