计算机控制技术第六章模糊控制技术资料.ppt

计算机控制技术 计算机控制技术 计算机控制技术 第六章 模糊控制技术 在日常生活中，人们通常用“较少”、“较多”、“小一些”、“很小”等等模糊语言来进行控制。 比如：当我们拧开水阀向水桶放水时： * 桶里没有水或水较少时，应开大水阀； * 桶里水较多时，水阀应拧小一些； * 水桶快满时，应把阀门拧很小； * 水桶里的水满时，应迅速关掉水阀。 经典控制理论：PID、DDC 1、一般控制、线性定常系统（线性时不变系统） 2、线性时不变系统的性质：DEMO 智能控制理论：具有模拟人类学习和自适应能力的控制系统(IEEE) 1、复杂被控对象（过程）：难以建模、测试，传统控制理论和现代控制理论难以奏效，但在人工操作下却往往能正常工作并达到预期效果。 2、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成。 · 思考： 锅炉工，初中毕业，无法给出数学模型，但可以将锅炉控制得很好？ 第六章 模糊控制技术 6.1、模糊控制发展概况 6.1.1、模糊控制的特点 6.1.2、模糊控制的应用领域 6.1.3、模糊控制的数学基础 6.2、常见的模糊规则及控制器类型 6.3、模糊控制器结构及其设计 6.4、模糊控制的发展 6、1 模糊控制发展概况 模糊是人类感知万物，获取知识，思维推理，决策实施的重要特征。 模糊比清晰所拥有的信息量更大，内涵更丰富，更符合客观世界。 1965年，美国著名学者加利福尼亚大学教授Zedeh首先提出了模糊控制理论。《Fuzzy Set》、《Fuzzy Algorithm》、《A Rational for Fuzzy Control》 1974年，英国伦敦大学教授Mamdani研制成功第一个模糊控制器-----锅炉蒸汽机。 模糊控制理论以模糊数学为基础，用语言规则表示方法和先进的计算机技术，运用模糊推理进行决策的一种高级控制策略。 模糊控制技术是由模糊数学、计算机科学、人工智能、知识工程等多学科相互渗透，理论性较强的科学技术。 6.1.1、模糊控制的特点 1、不需要精确的数学模型：不需要数学模型(?) 2、容易学习：经验、易上手 3、使用方便：自然语言 4、适应性强：动态响应品质、自适应能力 5、可靠性高：规则库一条规则失效不至影响全局 6、性能优良：鲁棒性、灵敏度 7、控制程序简短：程序、存储器需要相对少 8、速度快：8位---32位（?) 9、开发方便：模糊子集、模糊规则、模糊推理 6.1.2、模糊控制的应用 应用领域 1、航天航空； (空间飞行器姿态控制) 2、工业过程控制； (模糊PID控制) 3、家用电气；（电饭煲、洗衣机） 4、汽车和交通运输； (模糊交通灯控制） 5、其他。(核反应堆) 1、模糊集合 2、模糊集合的运算 3、模糊关系 4、模糊矩阵 5、模糊逻辑 6、模糊推理 1、模糊集合 在人类的思维中，有的概念具有清晰的内涵和外延，如男人、女人； 有许多模糊的概念，如大、小、冷、热，没有明确的内涵和外延； 将前者叫做普通集合（或经典集合）； 后者称为模糊集合，用 表示。 · 模糊集合：在不同程度上具有某种特定性质的所有元素的集合。 记作： 相应的“隶属函数曲线图”如下： 同样有： ② 序对法 （3）模糊集合的运算 （4）隶属函数确定方法 ① 主观经验法 根据主观认识和经验，直接或间接给出元素的隶属度。 3、模糊关系 （1）普通关系 ②直积集 由X到Y的关系R，也可用序对(x,y)来表示，其中 3、模糊关系 例如，有两个集合甲和乙，其中 甲＝{x|x为甲班乒乓队队员} 乙＝{y|y为乙班乒乓队队员} 若R表示两者之间对抗赛关系（带约束条件的直积子集） 甲队的1和乙队的a建立对打关系记为1Ra ； 甲队的2和乙队的b建立对打关系记为2Rb ； 甲队的3和乙队的c建立对打关系记为3Rc ；则有 3、模糊关系 （2）模糊关系 当两组事物之间的关系不宜用“有”或“无”作肯定或否定回答时，就可以用模糊关系来描述。 集合X到集合Y中的一个模糊关系 4、模糊矩阵 当用矩阵表示模糊关系时，矩阵中的aij表示集合X中的第i个元素和集合Y中的第j个元素隶属于模糊关系 4、模糊矩阵 ①对于 4、模糊矩阵 4、模糊矩阵 5、模糊逻辑 建立在取“真”（或1）和取“假”（或0）二值基础上的数理逻辑，已称为计算机科学的基础理论。 然而在研究复杂的大系统时，二值逻辑越来越显得无能为力了。复杂系统不仅结构和功能复杂，涉及大量的参数和变量，而且具有模糊的特点。 模糊逻辑的真值x在区间[0,1]中连续取值，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，是无限多值逻辑，是连续值逻辑