《【教学课件】第七章模糊控制理论.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【教学课件】第七章模糊控制理论.ppt（34页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、第七章 模糊控制理论,第七章 模糊控制理论,7.1 模糊控制原理 7.2 模糊控制器的种类和设计 7.3 模糊控制的应用 7.4 模糊控制规则的调整,7.1 模糊控制原理,7.1.1 模糊控制原理 7.1.2 模糊控制器的基本结构和工作原理,7.1.1 模糊控制原理,1974年，英国工程师Mamdani首先把模糊集合用于锅炉蒸气机的控制上，这就标志着模糊控制的诞生。一、模糊化 当用模糊控制器来代替人进行模糊控制时，需要把观测值（通常是精确数字）转化为相应的模糊集合，这个转化就是模糊化。,二、模糊控制规则的建立和模糊推理 通过一组模糊条件语句构成模糊控制规则，并计算模糊控制规则决定的模糊关系，然
2、后根据推理合成规则进行模糊推理，输入语言变量被加到一个ifthen 控制规则的集合中去，把各种规则的结果加在一起产生一个“模糊输出”集合。,三、解模糊判决 重心法 最大隶属度法 在推理结论的模糊集合中取隶属度最大的那个元素作为输出量即可。,系数加权平均法 隶属度限幅元素平均法 用所确定的隶属度值对隶属度函数曲线进行切割，再对切割后等于该隶属度的所有元素进行平均，用这个平均值作为输出，这种方法称为隶属度限幅（-cut）元素平均法。,7.1.2 模糊控制器的基本结构与工作原理,图7.1 模糊控制器的示意图,图7.2 模糊控制器的结构,模糊控制器主要由模糊化接口、知识库、模糊推理机、解模糊接口四部分
3、组成，各部分的作用概述如下。1、模糊化接口（Fuzzification）模糊化接口接受的输入只有误差信号et，由et再生成误差变化率，或误差的差分et，模糊化接口主要完成以下两项功能。论域变换 模糊化,2、知识库（Knowledge Base）知识库中存贮着有关模糊控制器的一切知识，它们决定着模糊控制器的性能，是模糊控制器的核心。数据库（Data Base）数据库中存贮着有关模糊化、模糊推理、解模糊的一切知识，包括模糊化中的论域变换方法、输入变量各模糊集合的隶属度函数定义等，以及模糊推理算法、解模糊算法、输出变量各模糊集合的隶属度函数定义等。,规则库（Rule Base）模糊控制规则集，即以“
4、ifthen”形式表示的模糊条件语句，如 R1：if et*is A1 and*is B1,then u*is C1,R2：if et*is A2 and*is B2,then u*is C2,Rn：if et*is An and*is Bn,then u*is Cn。,其中，et*和e&t*就是前面所说的模糊语言变量，A1，A2，An是et*的模糊子集，B1，B2，Bn是e&t*的模糊子集，C1，C2，Cn是u*的模糊子集。规则库中的n条规则是并列的，它们之间是“或”的逻辑关系，整个规则集的总模糊关系为,3、模糊推理机(Inference Engine)模糊控制应用的是广义前向推理。在t时刻
5、，若输入量为e*和*，e*X，*Y，且论域X，Y和Z都是离散的，e*在X上对应矢量A，*在Y上对应矢量B，则推理结果是Z上的矢量C,C=(AB)R 4、解模糊接口(Defuzzification)解模糊 论域反变换,7.2 模糊控制器的种类和设计,7.2.1 模糊控制器的分类 7.2.2 模糊控制器的主要设计因素,7.2.1 模糊控制器的分类,一、D-FC和C-FC 模糊控制器可以分成D-FC（离散论域的模糊控制器）和C-FC（连续论域的模糊控制器）两大类。二PD，PI，PID型的模糊控制器 PID（Proportional Integral Differential）控制是最常用的经典控制方
6、法，控制作用u由偏差e的比例、积分、微分三项之和给出，PD型的模糊控制器输入是e和，输出是u，模糊控制器的功能可看作是一个非线性函数,PI型的模糊控制器如果输入仍为e和，但输出改为控制的增量，则模糊控制器可表示为 上式两边对t积分可得 PID型的模糊控制器 同样的道理，PID型的模糊控制器有两种实现方法，即,7.2.2 模糊控制器的设计方法,在设计模糊控制器时需要考虑以下几个方面：选择合适的模糊控制器类型。确定输入输出变量的实际论域。确定e,e,u的模糊集个数及各模糊集的隶属度函数。输出隶属度函数选为单点，可使解模糊简单。设计模糊控制规则集。选择模糊推理方法。解模糊方法。,7.3 模糊控制的应
7、用,7.3.1 蒸汽发动机的模糊控制系统 7.3.2 还原炉温度的模糊控制系统,7.3.1 蒸汽发动机的模糊控制系统,图7.3 蒸汽机和锅炉模糊控制系统,(1)模糊控制器的结构 模糊控制器采用以下6个模糊变量：PE（Pressure Error）压力误差 SE（Speed Error）速度误差 CPE（Change in Pressure Error）压力误差的变化 CSE（Change in Speed Error）速度误差的变化 HC（Heat Change）热量变化 TC（Throttle Change）油门变化 其中PE，SE，CPE及CSE为输入模糊变量，而HC及TC为输出模糊变量。
8、,(2)模糊变量的论域及其隶属度函数 把误差（PE，SE）论域量化为14档，即-6,-5,-1,-0,+0,+1,+2,+6 选择误差变量的模糊子集，即PL(正大),PM(正中),PS(正小),PZ(正零),NZ(负零),NS(负小),NM(负中),NL(负大)。,表7.1 误差模糊变量的赋值表,表7.2 模糊变量的隶属度函数,表7.3 误差变化模糊变量的赋值表,表7.4 热量变化模糊变量赋值表,表7.5 油门变化的模糊变量赋值表,(3)模糊控制规则 两个控制环分别制定两套模糊控制规则如下：压力控制规则 if PE=NL then if CPE=not(NL or NM)then HC=PL
9、or if PE=(NL or NM)then if CPE=NS then NC=PM or if PE=NS then if CPE=(PS or NZ)then HC=PM,or if PE=NZ then if CPE=(PL or PM)then HC=PM or if PE=NZ then if CPE=(NL or NM)then HC=NM or if PE=(PZ or NZ)then if CPE=NZ then HC=NZ or if PE=PZ then CPE=(NL or NM)then HC=PM or if PE=PZ then if CPE=(PL or PM
10、)then HC=NM,or if PE=PS then if CPE=(PS or NZ)then HC=NM or if PE=(PL or PM)then if CPE=NS then HC=NM or if PE=PL then if CPE=not(NL or NM)then HC=NL or if PE=NZ then if CPE=PS then HC=PS or if PE=NZ then if CPE=NS then HC=NS or if PE=PZ then if CPE=NS then HC=PS or if PE=PZ then if CPE=PS then HC=N
11、S,速度控制规则 if SE=NL then if CSE=not(NL or NM)then TC=PL or if SE=NM then if CSE=(PL or PM or PS)then TC=PS or if SE=NS then if CSE=(PL or PM)then TC=PS or if SE=NZ then if CSE=PL then TC=PS or if SE=(PZ or NZ)then if CSE=(PS or NS or NZ)then TC=NZ,or if SE=PZ then if CSE=PL then TC=NS or if SE=PS then if CSE=(PL or PM)then TC=NS or if SE=PM then if CSE=(PL or PM or PS)then TC=NS or if SE=PL then if CSE=not(NL or NM)then TC=NL,(4)模糊控制的结果 图7.4 阶跃响应曲线,7.4 模糊控制规则的调整,7.4.1 带有修正因子的模糊控制器 7.4.2 自适应模糊控制器,
