《人工智能控制技术》 课件 chap5-模糊控制.pptx

《人工智能控制技术》模糊控制

模糊空基本原理模糊控制是建立在模糊数学的基础上，模糊数学是研究和处理模糊性现象的一种数学理论和方法。在生产实践、科学实验以及日常生活中，人们经常会遇到模糊概念(或现象)。例如，大与小、轻与重、快与慢、动与静、深与浅、美与丑等都包含着一定的模糊概念。随着科学技术的发展，各学科领域对于这些模糊概念有关的实际问题往往都需要给出定量的分析，这就需要利用模糊数学这一工具来解决。模糊数学是一个较新的现代应用数学学科，是把数学的应用范围从确定性的领域扩大到了模糊领域，即从精确现象到模糊现象，研究模糊问题的一门学科。1965年，美国控制论学者扎德（Zadeh）首次提出用“隶属函数”来描述现象差异的中间过渡，从而突破了经典集合论中属于或不属于的绝对关系。扎德的开创性的工作，标志着数学的一个新分支——模糊数学的诞生。

模糊空基本原理模糊数学的基本思想就是：用精确的数学手段对现实世界中大量存在的模糊概念和模糊现象进行描述、建模，以达到对其进行恰当处理的目的。模糊数学是以不确定性的事物为其研究对象的。模糊集合的出现是数学适应描述复杂事物的需要，扎德用模糊集合的理论将模糊性对象加以确切化，从而使研究确定性对象的数学与不确定性对象的数学沟通起来，使模糊数学成为一门具有生命力的学科。模糊控制是利用模糊数学的基本方法，采用模糊推理设计控制器控制系统。主要有两大类：一类是将系统模糊化，设计模糊控制器后再反模糊化控制系统，另一类是系统模糊化后进行模糊推理，设计模糊控制器时直接输出精确控制，不再反模糊化。

模糊集合模糊控制是以模糊集合论作为数学基础。经典集合一般指具有某种属性的、确定的、彼此间可以区别的事物的全体。事物的含义是广泛的,可以是具体元素也可以是抽象概念。在经典集合论中,一个事物要么属于该集合,要么不属于该集合,两者必居其一,没有模棱两可的情况。这表明经典集合论所表达概念的内涵和外延都必须是明确的。描述的是有明确分界线的元素组合。在人们的思维中,存在许多没有明确外延的概念，即模糊概念。如“速度的快慢”、“年龄的大小”、“温度的高低”等。这些往往是经验控制中不可或缺的，比如“水流速度很快的时候要关小水龙头”，对每个人来讲，既十分容易理解也十分容易操作。但是在确定性控制中，如何认定水流速度快则难以处理，假设水流传感器每一毫秒采样一次，传来大量水流流速数据，这些数据中哪些表示流速快？哪些表示流速慢？可以十分容易的给出某时刻的流速精确值，却无法提供流速“快”或“慢”的信息。同样“关小水龙头”在确定性控制中也难以实现。这就需要新的方法来描述这些模糊的信息。

模糊集合?

模糊集合?

模糊集合?

模糊集合?

模糊集合?“年轻”的隶属度曲线

隶属函数的种类隶属函数的选取有不同的定义，目前典型的隶属函数在Matlab中定义了11种，常见的有三角形隶属函数，梯形隶属函数、S型隶属函数、Z型隶属函数、双S型隶属函数，高斯型隶属函数、联合高斯型隶属函数、广义钟形隶属函数、Π型隶属函数、双S型乘积隶属函数等。

隶属函数的种类?

隶属函数的种类?

隶属函数的种类?

隶属函数的种类?

隶属函数的种类?

隶属函数的种类根据隶属函数可以设计模糊系统，通过以下例题说明隶属函数的应用。在[-3,3]范围内有7个模糊等级，定义为{负大、负中、负小、零、正小、正中、正大}，采用三角形隶属函数时，求[-3，3]内的所有元素的隶属函数。由结果可知[-3,3]中所有元素都被赋予了隶属函数值，比如-2.5的隶属函数值：负大的隶属函数为0.5，负中的隶属函数为0.5，其余为0。再比如-2.2的隶属函数值：负大约为0.3，负中约为0.7，其余为0。三角形隶属函数下的结果

模糊集合的运算?

模糊集合的运算?

模糊集合的运算??

模糊算子?

模糊算子?

模糊算子?

模糊算子?

模糊算子?

模糊关系与推理?

模糊矩阵运算?

模糊矩阵运算?

模糊矩阵运算?

模糊矩阵运算?

模糊矩阵运算?

模糊推理模糊控制依赖于模糊推理，只有经过模糊推理才能体现模糊逻辑的运算。模糊推理依赖模糊推理语句，常用的模糊推理语句有：“IfAthenBelseC”；“IfAandBthenC”。推理规则有许多种，常见的推理规则是扎德规则和马丹尼规则。马丹尼推理法是模糊控制普遍使用的规则，本质是模糊合成计算。

模糊推理?

模糊推理?

模糊推理?

模糊推理?

模糊控制

模糊控制基本原理和组成模糊控制是以模糊集理论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的控制方法，从行为上模仿人类的推理和决策过程，属于智能控制的一类。模糊控制首先根据实物内部原理或专家经验制定模糊规则，然后将采集到的传感器的信息模糊化作为模糊规则的输入，通过规则进行模糊逻辑推理，生成控制结果，将模糊控制器生成的模糊控制结果反模糊化后加在被