模糊控制算法,

1、模糊算法 （Fuzzy algorithmic approach）,精確、精準(zhǔn)：accurate 準(zhǔn)確：exact 確定：determine、ensure,1、定義：通過對現(xiàn)實(shí)對象的分析，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量來進(jìn)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(shí)，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。,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)工具對模糊現(xiàn)象進(jìn)行描述和分析。模糊數(shù)學(xué)是對經(jīng)典數(shù)學(xué)的擴(kuò)展，它

2、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,、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(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,2、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

3、。 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),3、模糊控制的特點(diǎn) 1）無需知道被控對象的數(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,3、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(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,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

4、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。,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 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)

5、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),三、在汽車空調(diào)上的應(yīng)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(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,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(jìn)行模糊修正 2、根據(jù)設(shè)定溫度和實(shí)

6、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(jìn)行熱負(fù)荷模糊修正。 4、根據(jù)車門啟閉情況，對控制輸出進(jìn)行修正,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),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（Negative Big）、 負(fù)中NM（Negative Medium）、 負(fù)小NS（Negative Small）、 零ZE（Zero）、 正小PS（Positive Small

7、）、 正中PM（Positive Medium）， 正大PB（Positive Big）， 則： T（E）= NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB,建立隸屬函數(shù)： 各參數(shù)對相應(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() =1-1/（1+0.5X2） (X0) 正中：u ()=1/（1+

8、（x-2）2） (X0) 正?。簎 ()=1/（1+(x-1)2） (X0) 正很?。簎 ()=1/（1+0.5X2） (X0) 負(fù)很?。簎 ()=1/（1+0.5X2） (X0) 負(fù)?。簎 ()=1/（1+(x+1)2） (X0) 負(fù)中：u ()=1/（1+(x+2)2） (X0) 負(fù)大：u ()= 1-1/（1+0.5X2） (X0),1） 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),普通集合對溫度的定義,模糊集合對溫度的設(shè)定,汽車空調(diào)模糊控制系統(tǒng)的控制執(zhí)行器壓縮機(jī)、蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)、電子膨脹閥 控

9、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)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”,

10、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,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，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。,控

11、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 正很小：u ( )=0.1 其余子集：u ( )=0,. 模糊控制規(guī)則條件部分的隸屬度。 例如，對前述設(shè)定

12、的模糊控制規(guī)則、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)則的條件部分：u(y)=0 對規(guī)則的條件部分：u (y)=0.1 對規(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)論部分對相應(yīng)子集的隸屬度。 例如，對規(guī)則，已知y 對條件部分的隸屬度u （y）=0.8，那么，壓縮機(jī)排量F 對“中等排量”隸屬度u (F)=0.8，風(fēng)機(jī)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

13、制輸出對相應(yīng)子集的隸屬度。如壓縮機(jī)排量F 對相應(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 最小：u (F)=0.1,模糊推理規(guī)則,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%。,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(jìn)行模糊修正 2、根據(jù)設(shè)定溫度和實(shí)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(jìn)行熱負(fù)荷模糊修正。 4、根據(jù)車門啟閉情況，對控制輸出進(jìn)行修正,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(jìn)行模糊修正 2、根據(jù)設(shè)