模糊系統(tǒng)介紹及糊控集合.ppt

1、模糊系統(tǒng)及模糊控制,東華大學(xué)自動(dòng)化系 任正云 2011年4月,主要內(nèi)容,1. 緒論,2. 模糊集合,3.模糊推理系統(tǒng),4.模糊控制,5.模糊控制的應(yīng)用,在過(guò)去30年中，模糊控制是智能控制的一個(gè)十分活躍的研究與應(yīng)用領(lǐng)域。Zadeh于1965年提出的模糊集合成為處理現(xiàn)實(shí)世界各類(lèi)物體的方法。此后，對(duì)模糊集合和模糊控制的理論研究和實(shí)際應(yīng)用獲得廣泛開(kāi)展。,模糊邏輯的起源,1960年柏克萊加州大學(xué)電子工程系扎德（L.A.Zadeh）教授，提出“模糊”的概念。 1965年發(fā)表關(guān)于模糊集合理論的論文。 1966年馬里諾斯（P.N.Marinos）發(fā)表關(guān)于模糊邏輯的研究報(bào)告。 以后，扎德（L.A.Zadeh）又

2、提出關(guān)于模糊語(yǔ)言變量的概念。 1974年扎德（L.A.Zadeh）進(jìn)行有關(guān)模糊邏輯推理的研究。,模糊邏輯的發(fā)展和現(xiàn)狀,實(shí)現(xiàn)了第一個(gè)試驗(yàn)性的蒸汽機(jī)控制； 熱交換器模糊邏輯控制試驗(yàn)； 轉(zhuǎn)爐煉鋼模糊邏輯控制試驗(yàn)； 溫度模糊邏輯控制； 十字路口交通控制； 污、廢水處理等。,歐洲工業(yè)控制方面的應(yīng)用研究,列車(chē)的運(yùn)行和停車(chē)模糊邏輯控制，節(jié)能1114%； 汽車(chē)速度模糊邏輯控制（加速平滑、上下坡穩(wěn)定）； 港口集裝箱起重機(jī)的小車(chē)行走和卷?yè)P(yáng)機(jī)的運(yùn)行控制； 家電模糊邏輯控制（電飯煲、洗衣機(jī)、微波爐、空調(diào)、電冰箱等）。,八十年代日本情況,在模糊理論和應(yīng)用方面的研究起步較慢，但發(fā)展較快： 1976年 起步 1979年 模

3、糊控制器的研究 1980年 模糊控制器的算法研究 1981年 模糊語(yǔ)言和模糊文法的研究,中國(guó)研究情況,1982年 磨床研磨表面光潔度模糊控制、開(kāi)關(guān)式液壓位置伺服系統(tǒng)模糊控制研究 1984年提出語(yǔ)義推理的自學(xué)習(xí)方法 1986年單片微機(jī)比例因子模糊邏輯控 制器 1987年我國(guó)第一臺(tái)模糊邏輯推理機(jī),1990年起： 工業(yè)控制模糊邏輯控制器：玻璃窯爐、水泥回轉(zhuǎn)窯、PVC樹(shù)脂聚合過(guò)程、功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)取?自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目： “模糊信息處理與機(jī)器智能” “模糊邏輯控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”等。,目前 模糊邏輯控制技術(shù)在工業(yè)控制、家電領(lǐng)域有很好發(fā)展 開(kāi)展模糊信息處理方面的基礎(chǔ)研究和理論研究 開(kāi)發(fā)專(zhuān)用模糊控制電路和模糊

4、推理芯片等。,基本模糊控制：針對(duì)特定對(duì)象設(shè)計(jì)，控制效果好?？刂七^(guò)程中規(guī)則不 變，不具有通用性，設(shè)計(jì)工作量大。 自組織模糊控制：某些規(guī)則和參數(shù)可修改，可對(duì)一類(lèi)對(duì)象進(jìn)行控制。 智能模糊控制：具有人工智能的特點(diǎn)，能對(duì)原始規(guī)則進(jìn)行修正、完善 和擴(kuò)展，通用性強(qiáng)。,2）自組織模糊控制,1）基本模糊控制,3）智能模糊控制,4）三個(gè)階段比較,12,模糊控制發(fā)展的三個(gè)階段,模糊控制是用模糊數(shù)學(xué)的知識(shí)模仿人腦的思維方式，對(duì)模糊現(xiàn)象進(jìn)行識(shí)別和判決，給出精確的控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。,什么是模糊控制和基本思想?,基本思想:首先根據(jù)操作人員手動(dòng)控制的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出一套完整的控制規(guī)則，再根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，經(jīng)過(guò)模糊

5、推理、模糊判決等運(yùn)算，求出控制量，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的控制。,模糊控制是一類(lèi)應(yīng)用模糊集合理論的控制方法。模糊控制的價(jià)值可從兩個(gè)方面來(lái)考慮。一方面，模糊控制提出一種新的機(jī)制用于實(shí)現(xiàn)基于知識(shí)（規(guī)則）甚至語(yǔ)義描述的控制規(guī)律。另一方面，模糊控制為非線性控制器提出一個(gè)比較容易的設(shè)計(jì)方法，尤其是當(dāng)受控裝置（對(duì)象或過(guò)程）含有不確定性而且很難用常規(guī)非線性控制理論處理時(shí)，更是有效。,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(guò)程、缸內(nèi)燃燒過(guò)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

6、重大。因?yàn)槟：刂撇挥媒?shù)學(xué)模型不需要預(yù)先知道過(guò)程精確的數(shù)學(xué)模型。,模糊控制的特點(diǎn),是一種反映人類(lèi)智慧思維的智能控制。模糊控制采用人類(lèi)思維中的模糊量，如：“高”、“中”、“大”、“小”等，使得控制機(jī)理和控制策略易于理解和接受，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，便于維護(hù)和推廣。,構(gòu)造容易。用單片機(jī)、PLC等來(lái)構(gòu)造模糊控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)與一般數(shù)字控制系統(tǒng)無(wú)異，而且隨著模糊控制系統(tǒng)軟硬件的發(fā)展，模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得越來(lái)越簡(jiǎn)單，成本也越來(lái)越低。,系統(tǒng)魯棒性強(qiáng)，尤其適用于非線性、時(shí)變、滯后系統(tǒng)的控制。,然而，模糊控制的精度受到量化等級(jí)的制約；另外，對(duì)于普通的模糊控制而言，它類(lèi)似于比例微分的控制方式，還有一個(gè)非零的穩(wěn)態(tài)誤差，屬

7、于有差調(diào)節(jié)。如果將PID控制技術(shù)和它結(jié)合起來(lái)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì)就能取得更好的控制效果。,模糊控制的缺點(diǎn),操作員 手動(dòng)給出,計(jì)算機(jī) 自動(dòng)給出,控制經(jīng)驗(yàn),+,當(dāng)前狀態(tài),控制量,經(jīng)驗(yàn)控制,將控制經(jīng)驗(yàn) 事先總結(jié)歸 納好，放在 計(jì)算機(jī)中。,傳感器 測(cè)量的 當(dāng)前值,根據(jù)當(dāng)前的狀 態(tài)，對(duì)照控制 經(jīng)驗(yàn)，給出適 當(dāng)?shù)目刂屏?+,模糊控制,事先總結(jié)歸 納出一套完 整的控制規(guī) 則，放在計(jì) 算機(jī)中。,模糊推理判決 計(jì)算出,控制量,手動(dòng)控制,+,傳感器 測(cè)量的 當(dāng)前值,手動(dòng)控制、經(jīng)驗(yàn)控制和模糊控制的比較,模糊控制的發(fā)展趨勢(shì),模糊控制仍然是一個(gè)充滿爭(zhēng)議的領(lǐng)域。由于它的發(fā)展歷史還不長(zhǎng)，理論上的系統(tǒng)性和完善性，技術(shù)上的成熟性和規(guī)范性都還是不夠的，有待人們的進(jìn)一步提高。目前，國(guó)內(nèi)外眾多專(zhuān)家圍繞著這些問(wèn)題展開(kāi)了廣泛的研究，取得了一定的階段性成果。未來(lái)模糊控制的發(fā)展大致有以下幾個(gè)方向： (