智能控制第2章 模糊控制系统.ppt

第2章 模糊控制 第2章 模糊控制 2.1 模糊控制的基本原理 2.2 模糊控制器的设计 2.3 模糊控制器的应用 2.4 模糊控制器的优缺点及改进方法 2.5 模糊控制系统的仿真 2.1 模糊控制的基本原理 模糊控制系统与传统控制系统 2.1 模糊控制的基本原理2.1.1 模糊控制的基本思想 模糊控制是利用模糊集合论，把人类专家用自然语言描述的控制策略转化为计算机接受的算法语言，从而模拟人类的智能，达到对生产过程进行控制的目的。 模糊控制的基本思想： 就是将人类专家对特定对象的控制经验，运用模糊集合论进行量化，转化为可数字实现的控制器，从而实现对被控制对象的控制。 2.1 模糊控制的基本原理2.1.1 模糊控制的基本思想 人类对系统的控制过程： ①人通过眼睛、耳朵或手来判断系统的运行状况。系统状态量可能是精确的数值，也可能不是，而人会对它们进行“大”“小”“高”“低”等分类 ②人根据已有的经验知识，对这些模糊信息进行分析判断，推理得到仍为模糊量的结论 ③人将这些模糊结论转化成具体的控制信号，以完成当前时刻的控制任务 2.1 模糊控制的基本原理2.1.1 模糊控制的基本思想 2.1 模糊控制的基本原理2.1.1 模糊控制的基本思想 模仿人类的调节经验，可以构造一个模糊控制系统来实现对热水器的控制。 用一个温度传感器来替代左手进行对水温的测量，传感器的测量值经A/D变换后送往控制器。 电磁燃气阀代替右手，电磁燃气阀的开度由控制器的输出经D/A变换后控制。 构造控制器，使其能够模拟人类的操作经验。 2.1 模糊控制的基本原理2.1.1 模糊控制的基本思想 2.1 模糊控制的基本原理2.1.1 模糊控制的基本思想 模糊控制器的基本工作原理 2.1 模糊控制的基本原理2.1.2 模糊控制器的组成 模糊控制器应该具备下列三个重要功能： 1）把系统的偏差从数字量转化为模糊量 2）对模糊量由给定的规则进行模糊推理 3）把模糊输出量转化为实际系统能够接受的精确量 2.1 模糊控制的基本原理2.1.2 模糊控制器的组成 模糊控制器由模糊化、知识库、模糊推理和去模糊化四个功能模块组成 2.1 模糊控制的基本原理2.1.3 模糊控制器的主要设计步骤 ① 选定模糊控制器的输入输出变量, 一般取e、ec和u。 ② 确定各变量的模糊语言取值及相应的隶属函数，即进行模糊化。 ③ 建立模糊控制规则或控制算法（或总结为模糊控制规则表,可直接由e和c查询相应的控制量u。 ）。 ④ 确定模糊推理和解模糊化方法。 2.2 模糊控制器的设计2.2.1 模糊控制器的结构设计 1）单变量模糊控制结构 系统的控制量和输出量都只有一个。 单变量模糊控制结构：拫据模糊控制器输入变量的个数多少可分为一维模糊控制器，二维模糊控制器和三维模糊控制器。 2.2 模糊控制器的设计2.2.1 模糊控制器的结构设计 1）单变量模糊控制结构 ①一维模糊控制器 ： 一维模糊控制器的输入输出语言变量只有一个。假设模糊控制器的输入变量为 ，输出控制量为 ，则模糊控制规则一般有以下形式。 2.2 模糊控制器的设计2.2.1 模糊控制器的结构设计 1）单变量模糊控制结构 ②二维模糊控制器 ： 二维模糊控制器的有2个输入、1个输出语言变量。 这里， 和 均为输入、输出论域上的模糊子集。对于上述多重模糊推理语句，其总的模糊关系为 2.2 模糊控制器的设计2.2.1 模糊控制器的结构设计 1）单变量模糊控制结构 ③三维模糊控制器 从理论上分析，提高控制器输入变量的个数会提高控制器的控制性能。但是，由于输入维数的增加导致了控制规则的复杂化、控制算法的复杂化。如果解决多维模糊控制系统规则的冗合性、兼容性等，有效的方法还没有。 因此，目前多维模糊控制器并不常见。 2.2 模糊控制器的设计2.2.1 模糊控制器的结构设计 2）多变量模糊控制结构 工业控制过程的许多被控对象是相当复杂的，而模糊控制技术又是处理复杂系统控制问题的有效途径。 多变量模糊控制是一个非常复杂的系统设计问题。目前还没有一套比较完整的理论来指导系统的设计。 2.2 模糊控制器的设计2.2.1 模糊控制器的结构设计 2）多变量模糊控制结构 对于多变量模糊控制系统而言，它的