《神经模糊预测控制及其MATLAB实现》 第5版 课件 第4章模糊逻辑控制理论.ppt

4.1模糊逻辑理论的基本概念4.2模糊逻辑控制系统的基本结构4.3模糊逻辑控制系统的基本原理4.4离散论域的模糊控制系统的设计4.5具有PID功能的模糊控制器例如，对以上定义的语言变量e，和u的七个模糊集合隶属度函数的确定，可按以下两步进行：①分别定义7个模糊集合的中心点让模糊论域[-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6]中的元素-6，-4，-2，0，2，4，6分别对应NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB七个模糊集合的中心点，各个元素在相应集合中的隶属度为1。例如，NS(-2)=1，PM(4)=1。②确定模糊集合隶属度函数的形式按人的思维习惯，模糊集合NB，NM，NS，ZE，PS，PM和PB的隶属度函数一般取为单点分布、三角形分布和正态分布3种形式。例如，如果将隶属度函数选为图4-12(b)所示的三角形分布，则模糊集合NS和PM可分别表示为； 如果将隶属函数选为单点分布，则模糊集合NS和PM可分别表示为；3．完备性对于任意的输入，模糊控制器均应给出合适的控制输出，这个性质称为完备性。模糊控制的完备性取决于数据库或规则库。(1)数据库方面对于任意的输入，若能找到一个模糊集合，使该输入对于该模糊集合的隶属度函数不小于?，则称该模糊控制器满足?完备性。图4-11所示即为?=0.5的情况，它也是最常见的选择。(2)规则库方面模糊控制的完备性对于规则库的要求是，对于任意的输入应确保至少有一个可适用的规则，而且规则的适用度应大于某个数，譬如说0.5。根据完备性的要求，控制规则数不可太少。4.3.3规则库模糊控制规则库是由一系列“IF－THEN”型的模糊条件句所构成。条件句的前件为输入和状态，后件为控制变量。1．模糊控制规则的前件和后件变量的选择模糊控制规则的前件和后件变量也即模糊控制器的输入和输出的语言变量。输出量即为控制量，它一般比较容易确定。输入量选什么以及选几个则需要根据要求来确定。输入量比较常见的是误差e和它的导数e’，有时还可以包括它的积分等。输入和输出语言变量的选择以及它们隶属函数的确定对于模糊控制器的性能有着十分关键的作用。它们的选择和确定主要依靠经验和工程知识。2．模糊控制规则的建立模糊控制规则是模糊控制的核心。因此如何建立模糊控制规则也就成为一个十分关键的问题。下面将讨论4种建立模糊控制规则的方法。它们之间并不是互相排斥的，相反，若能结合这几种方法则可以更好地帮助建立模糊规则库。（1）基于专家的经验和控制工程知识模糊控制规则具有模糊条件句的形式，它建立了前件中的状态变量与后件中的控制变量之间的联系。我们在日常生活中用于决策的大部分信息主要是基于语义的方式而非数值的方式。因此，模糊控制规则是对人类行为和进行决策分析过程的最自然的描述方式。这也就是它为什么采用IF－THEN形式的模糊条件句的主要原因。例如电加热炉系统在阶跃输入yr(t)作用下其输出?y(t)的过渡过程曲线，如图4-13所示。现借助专家对恒温控制的经验知识，则被调量y(t)的调节过程大致如下。当y(t)远小于yr(t)时，则大大增加控制量u(t)；当y(t)远大于yr(t)时，则大大减小控制量u(t)；当y(t)和yr(t)正负偏差不太大时，则根据y(t)的变化趋势来确定控制量的大小。图4-13电加热炉系统单位阶跃响应曲线即若y(t)yr(t)，被调量远离给定值（AB段）时，增加控制量；若y(t)yr(t)，被调量的变化有减小偏差的好趋势（BC段）时，则综合考虑偏差大小和偏差变化率情况确定是稍增加、保持或减小控制量；若y(t)yr(t)，被调量的变化有增加偏差的坏趋势（CD段）时，则较多减少控制量；若y(t)yr(t)，被调量变化平稳（DE段）时，则减小控制量；若y(t)yr(t)，被调量有减小偏差的好趋势（EF段）时，则应综合考虑偏差大小和偏差变化率情况确定是减少、保持或稍增加控制量；若y(t)yr(t)，被调量的变化有增加偏差的坏趋势（FG段）时，则较大增加控制量。基于上面的讨论，通过总结人类专家的经验，并用适当的语言来加以表述，最终可表示成模糊控制规则的形式。另一种方式是通过向有经验的专家和操作人员咨询，从而获得特定应用领域模糊控制规则的原型。在此基础上，再经一定的试凑和调整，可获得具有更好性能的控制规则。（2）基于操作人员的实际控制过程在许多人工控制的工业系统中