第6章 先进控制技术 《计算机控制技术》课件.ppt

第六章 先进控制技术 6.1 模糊控制技术 6.2 神经网络控制技术 6.3 专家控制技术 6.4 预测控制技术 6.5 其它先进控制技术 经典控制理论PID控制和直接数宁控制对解决一般控制和线性定常系统问题十分有效。但是，在许多控制系统中，一些复杂被控对象(或过程)的特性很难用一般的物理或化学规律来描述，也没有适当的测试手段进行测试，并为具建立数学模型。对于这类被控对象(或过程)，用传统控制理论或现代控制理论很难取得满意的控制效果。然而，这类被控对象(或过程)在人工操作下却往往能正常运行，并达到一定预期的效果。 人的手动控制策略是通过操作者的学习、试验及长期经验积累而形成的，它通过人的自然语言来叙述，例如，用自定性的、不精确的及模糊的条件语句来表达：若炉温偏高，则减少燃料：若蓄水塔水位偏低，则加大进水流量；若燃烧废气中含氧量偏向，则减小助燃风量等。 由于自然语言具有模糊性，所以，这种语言控制也被称为模糊语言控制，简称模糊控制。 6.1 模糊控制技术 6.1.1 模糊控制的数学基础 6.1.2 模糊控制原理 6.1.3 模糊控制器设计 6.1.1 模糊控制的数学基础 1. 模糊集合 有许多概念，如大、小、冷、热等，都没有明确的内涵和外延，只能用模糊集合来描述；叫做模糊集合。 有的概念具有清晰的内涵和外延，叫作普通集合(或经典集合)。 如果把模糊集合的特征函数称为隶属函数，记作 ，表示元素属于模糊集合A的程度。 由隶属函数来表征，在〔0，1〕区间内连续取值。 的大小反映了元素x 对于模糊集合A 的隶属程度。 2.模糊集合的运算 (1)相等： ,都有 ，则称A与B 相等，记作 。 (2)补集： ,都有 ，则称B是A 的补集，记作 。 (3)包含： ,都有 ，则称A包含B，记作 。 (4)并集： ,都有 ，则称C是A与B的并集，记作 。 (5)交集： ,都有 ，则称C是A与B的交集，记作 。 3.模糊关系 (1)关系：描写事物之间联系的数学模型 ① R为由集合X到集合Y的普通关系，则对任意都只能有以下两种情况： x与y有某种关系，即 xRy ； x或y与无某种关系，即 xRy ； ②直积集：在集X与集Y中各取出一元素排成序对，所有这样序对的集合叫做X和Y的直积集(也称笛卡尔乘积集)，记为  R集是X和Y的直积集的一个子集 ③几个常见的关系 自返性(同族关系) 、对称性(兄弟关系和朋友关系)和传递性(兄弟关系和朋友关系)。父子关系？ 具有自返性和对称性的关系称为相容关系，具有传递性的相容关系称为等价关系。 (2)模糊关系 模糊关系也有自返性、对称性、传递性等关系。 (3)模糊矩阵 模糊矩阵的一般形式为 其中 ， ， ，矩阵A可记为 。 对于模糊矩阵，有下面四种预算： ①并：cij=max〔aij,bij〕=aij∨bij ②交：cij=min〔aij,bij〕=aij∧bij ③补：〔１-aij〕 ④乘： Cij=max｛min〔aik,bkj〕｝=∨〔aik∧bkj〕 4．模糊逻辑 ⑴二值逻辑：建立在取真“1”和取假“0”二值基础上的数理逻辑，是计算机科学的基础理论。  ⑵模糊逻辑：模糊逻辑的真值x在区间〔0,1〕中连续取值，x越接近1，说明真的程度越大。 模糊逻辑是二值逻辑的直接推广，因此，模糊逻辑是无限多值逻辑，也就是连续值逻辑。模糊逻辑仍有二值逻辑的逻辑并(析取)、逻辑交(合取)、逻辑补(否定)的运算。 5．模糊推理 （2）模糊假言推理 命题A，B均为精确命题，在模糊情况下， 与 均为模糊命题，代表模糊事件，要用模糊假言推理来进行推理。 6.1.2 模糊控制原理 模糊控制系统通常由模糊控制器、输入输出接口、执行机构、测量装置和被控对象等五个部分组成，如下图所示。 模糊控制器主要包括输入量模糊化接口、知识库、推理机、输出清晰化接口四个部分，如下图所示。 1.模糊化接口 2.知识库 3.推理机 4.清晰化接口 6.1.3 模糊控制器设计 设计模糊控制系统的关键是设计模糊控制器。 1．模糊控制器的结构设计 (1)单输入单输出结构 ①一维模糊控制器