中北大学计算机控制技术课件第九章.ppt

第9章 模糊控制技术 前言 9.1 模糊控制概述 9.2 模糊控制算法的设计 9.3 基本模糊控制器 9.4 模糊数模型的建立 9.5 模糊 - PID复合控制器 第9章 模糊控制技术 本书第8章所讲的经典控制理论（PID控制）对解决一般的控制和线性定长系统的控制问题是十分有效的。但是在控制工程中，有一些复杂被控对象（或过程）的特性难以用一般物理及化学的已有规律来描述，而且无适当测试手段，或测试仪器无法进入被测区，以致不可能为其建立数学模型。对于这类不具有任何数学模型的被控对象（或过程），使用传统控制理论，包括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）在人的手动操作下却往往能正常运行，并达到一定的预期结果。 第8章 模糊控制技术 人的手动控制策略是通过操作者的学习、试验以及长期经验积累而形成的，它可通过人的自然语言加以叙述。例如，可借助下述定性的、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；若燃烧废气中氧含量偏高，则减少助燃风量等。因此，它属于一种语言控制。由于自然语言具有模糊性，故这种语言控制也称模糊语言控制，或简称模糊控制。“模糊”一词的英语是“Fuzzy”，所以模糊控制理论及模糊控制器也称Fuzzy控制理论及Fuzzy控制器。 第9章 模糊控制技术 Fuzzy控制理论自1965年由美国L.A.Zadeh 提出以后，虽然只有短短35年的时间，但却得到了迅速的发展。人们先后对不同的复杂控制对象，如炼钢炉、水泥窑、热交换系统、烧结工厂、机车、家电等系统，进行了不同程度的Fuzzy控制，都取得了较好的成果。目前市场上应用Fuzzy控制理论生产的空调机、洗衣机、录像机、微波炉等已经比比皆是。 在这一章里，首先介绍Fuzzy控制理论，然后再举例说明Fuzzy控制器的设计方法及应用。 9.1 模糊控制概述 9.1.1 模糊控制的发展概况 9.1.2 模糊控制的特点 9.1.3 模糊控制的应用 9.1.4 模糊控制的发展 9.1.1 模糊控制的发展概况 模糊控制不仅适用于小规模线性单变量系统，而且逐渐向大规模、非线性复杂系统扩展。从已实现的控制系统来看，它具有易于掌握，输出量连续，可靠性高，能发挥熟练专家操作的良好自动化效果等优点。 最近几年，对于经典模糊控制系统稳态性能的改善，模糊集成控制，模糊自适应控制，专家模糊控制与多变量模糊控制的研究，特别是针对复杂系统的自学习与参数（或规则）自调整模糊系统方面的研究，尤其受到各国学者的重视。目前，将神经网络和模糊控制技术相互结合，取长补短，形成一种模糊神经网络技术。由此可以组成一个更接近于人脑的智能信息处理系统，其发展前景十分诱人。 9.1.2 模糊控制的特点 模糊控制理论是控制领域中非常有发展前途的一个分支，这是由于模糊控制具有许多传统控制无法比拟的优点，其中主要有如下几点。 （1）不需要精确数学模型 使用语言方法，可不需要掌握过程的精确数学模型。对复杂的生产过程很难获取过程的精确数学模型，而语言方法却是一种很方便的近似。 （2）容易学习 对于具有一定操作经验，非控制专业的操作者，模糊控制方法易于掌握。 （3）使用方便 操作人员易于通过人的自然语言进行人机界面联系，这些模糊条件语句很容易加入到过程的控制环节上。 9.1.2 模糊控制的特点 （4）适应性强 采用模糊控制，过程的动态响应品质优于常规PID控制，并对过程参数的变化具有较强的适应性。 （5）程序短，所需存储器少 模糊控制系统一般只需很短的程序和较少的存储器，它比采用查表方法的控制系统需要的存储器少得多，比多数采用数学计算方法的控制系统需要的存储器也要少。 （6）速度快 模糊控制系统可在很短时间内完成复杂的控制任务，而使用计算方法则需大量的数学计算工作。这样，可使用简单的8位单片机来完成可能需32位或RISC处理机的控制功能。 9.1.2 模糊控制的特点 （7）开发方便、迅速 使用模糊逻辑控制，不必对被控对象了解非常清楚就可开始设计、调试控制系统，可先从近似的模糊子集和规则开始调试，再一步步调整参数以优化系统。模糊推理过程中的各个部件在功能上是独立的，因而可以简单地修改控制系统。例如可加入规则或输入变量，而不必改变整体设计，但对于常规的控制系统，加入一个输入变量将改变整个控制算法。在开发模糊控制系统时，工程师可集中精力于功能目标，而不是分析数学模型，因而有更多的时间去增强和分析系统，使产品更早投入市场。 9.1.2 模糊控制的特点 （8）可靠性高 常规