模糊控制器设计课案.ppt

例：设 则 b.权系数加权平均法： 为权系数，由实际情况确定。 当 时，为a法。 4） 模糊控制实例 水位的模糊控制问题 水箱可通过调节阀改变水位：注水，抽水。试设计一个模糊控制器，使用controller,使水位稳定在固定点Ｏ点。 设计：（不考虑　　）建立单输入单输出模糊控制器。 按经验，得出两条基本模糊控制规则： ＩＦ　水位h ,THEN 排水，水位越高，排水速度越快。 ＩＦ 水位h ,THEN注水，水位越低，注水速度越快。 按下述步骤，设计水位模糊控制器： （１）确定观测量与控制量 观测量：水位偏差　　　　　　控制量：u，即模糊控制器的输出，相当于给调节阀电机的电压或阀门角度。 （２）模糊化e和u: 设描述e和u的模糊子集为：｛负大，负小，零，正小，正大｝； 在模糊控制中记为：｛ＮＢ，ＮＳ，Ｏ，ＰＳ，ＰＢ｝； 将误差分为5个等级，设误差e的论域为Ｘ， Ｘ＝｛-3,-2,-1,0,1,2,3},由此得到水位误差划分表：(隶属度表示） 等级 -3 -2 -1 0 1 2 3 变量 模糊集 隶属度 PB ０ ０ ０ ０ 0 0.5 1 PS 0 0 0 0 1 0.5 0 O 0 0 0.5 1 0.5 0 0 NS 0 0.5 1 0 0 0 0 NB 1 0.5 0 0 0 0 0 将控制器输出u分为5个等级，设其论域为Ｙ， 正为注水,负为排水 阀门角度变化划分表：（隶属度表示） 等级 －４ －３ －２ －1 ０ １ ２ ３ ４ 变量模糊集 隶属度 ＰＢ ０.５ １ ＰＳ ０.５ １ ０.５ Ｏ ０.５ １ ０.５ ＮＳ 0.5 １ ０.５ ＮＢ 1 0.5 （３）建立模糊规则，求模糊关系R 根据经验，得到如下规则： １。若e负大，则u正大； ２。若e负小，则u正小； ３。若e为0,　则u为0; ４。若e正小，则u负小； ５。若e正大，则u负大； “水位越低，注水量越大“ 得到模糊控制规则表： e NB NS O PS PB u PB PS O NS NB 由模糊集合论，得到模糊关系矩阵 根据模糊推理方法： 计算交集NBe?PBu NSe ?PSu Oe ?Ou PSe ?NBu 再求取以上的并集得到R 由以上五个模糊矩阵求并集（即隶属函数最大值），得： （４）模糊响应 将Ｒ作为模糊控制器，任给一个观测结果e,得输出 设:精确值e经模糊量化后为-3，采用方法二e对应的模糊集合为NBe=(1,0.5,0,0,0,0,0) 其中矩阵合成运算为： 用模糊集形式表示： 结论：“4”级隶属度最大，为1，根据隶属度最大原则，故控制量选“4”级，即“快速注水” 通过确定所有 可得出模糊控制响应表： e -3 -2 -1 0 1 2 3 u 4 3 模糊控制器设计 一、模糊控制系统原理 1、传统控制系统的特点 传统的反馈控制系统由三部分组成： 被控对象； 产生作用于被控对象输入的控制器； 测量被控对象输出的敏感元件。 系统框图如图所示。 传统反馈系统 比例-积分-微分是常用的一种控制器，在工业过程中其常用的形式是 称为PID控制器。 这种控制用来解决线性定常系统的控制问题是十分有效的。 现代控制理论在空间飞行方面也得到了成功的应用。 经典控制和现代控制共同点在于都是基于模型的控制。 大滞后、非线性的复杂工业对象， 难以获得精确数学模型， 模型非常粗糙的工业系统等。 在实际生产过程中，人们发现，有经验的操作人员，虽然不懂被控对象或被控过程的数学模型，却能凭借经验采取相应的决策，很好的完成控制工作。 模糊控制就是这种模仿人的思维方式和人的控制经验来实现控制的一种控制方法。 模糊控制是以模糊集理论、语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种智能控制方法，它是从行为上模仿人的模糊推理和决策过程的一种智能控制方法。该方法首先将操作人员或专家经验提炼成一组模糊规则，然后将来自传感器的实时信号模糊化，将模糊化后的信号作为模糊规则的输入，完成模糊推理，将推理后得到的输出量加到执行器上。 2、模糊控制原理 图1 模糊控制原理框图 模糊控制器（Fuzzy Controller—FC）也称为模糊逻辑控制器（Fuzzy Logic Controller—FLC）,由于所采用的模糊控制规则是由模糊理论中模糊条件语句来描述的，因此模糊控制器是一种语言型控制器，故也称为模糊语言控制器（Fuzzy Language Controller—FLC）。 3、模糊控制器