模糊控制ch3基本原理ppt课件.ppt

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1、模糊控制Fuzzy　Control中南大学信息科学与工程学院Thursday,July29,2021第三章模糊控制基本原理3.1传统控制方法与模糊控制方法3.2模糊控制的工作原理3.3模糊控制器的设计3.4利用MATLAB设计模糊控制器3.5模糊控制器模型结构及系统稳定性分析3.1 传统控制方法与模糊控制方法1、传统控制方法传统控制方法的基本结构可分为：开环控制系统闭环控制系统以被控对象的输出(状态)变量是否引入负反馈到控制器来予以区分。(1) 开环控制系统仅对被控对象的状态信息进行采集。人（操作者）作为控制器与被控对象的中间环节。人→控制器→被控对象

2、→数据采集系统→显示打印（输出结果）开环控制系统简单。适用于控制对象变化缓慢，或不能建立系统数学模型的，控制精度要求不高的场合。(2)闭环控制系统如图3.1所示，是一个负反馈系统。从被控对象检测出状态变量值，并以此检测值与目标期望值（给定值）进行比较，以偏差值作为控制器的输入量，由控制器按某种数学模型进行运算后的结果，作为控制量。如果用计算机作为比较器和控制器，则构成计算机闭环控制系统。控制器输出与偏差信号之间的函数关系称为调节规律。常见的调节规律是比例积分微分(PID)调节(ProportionalIntegralandDifferential)。控制

3、器被控对象检测装置给定值比较器偏差信号输出信号控制量反馈量+图3.1闭环控制系统结构图传统控制方法的局限性若用计算机实现传统控制方法：A.首先要设定控制目标值。B.根据被控对象的特性变化和环境变化，通过负反馈原理，不断进行调节，以跟踪所设定的目标值。C.设计一个满足控制目标的控制器，必须要有数学模型。实际上，特别是对复杂的非线性系统和多因素的时变系统，将有很大困难。2、模糊控制方法把模糊数学理论应用于自动控制领域，从而产生的控制方法称为模糊控制方法。模糊控制是基于规则的自动控制。传统控制依赖于被控系统的数学模型；模糊控制依赖于被控系统的物理特性。物理特性

4、的提取要依靠人的直觉和经验。人的经验是一系列含有语言变量值的条件和规则。模糊集合理论能十分恰当地表达模糊性的语言变量和条件语句。人的控制过程：开始，人们凭借眼睛、耳朵等传感器官，得到一些系统有关输入量和输出量的模糊信息。这些信息本身并非是模糊的，是一个精确量。但是，这些量反映到人脑已经不是精确量，是一个模糊量了。如温度高、压力大等。客观存在的精确量通过人类的感觉器官而到达人的大脑，这一过程实际上是一个精确量模糊化的过程。然后，人们就根据获得的信息对照自己已有的经验来进行判断，从而得到应该采取什么控制措施，即判断应该对输入进行何种调整。我们可以将操作者的经

5、验总结成若干条规则经过一定的数学处理，存放到计算机中，这些规则称为模糊控制规则。最后，人们根据已经得到的模糊决策去执行具体的动作时，执行的结果又是个精确量。总结：①客观存在的精确量转化为模糊量；②进行模糊决策(利用信息，依据经验分析判断)；③再将决策得到的模糊控制量转化为精确量，实现控制动作。人进行控制时，首先对系统的输出偏差进行判断，同时也对偏差的变化率进行判断，根据偏差和偏差的变化率进行权衡，决定采取何种措施。可见，人进行控制时涉及的模糊论域一般有三个：偏差E、偏差变化率EC和控制量U;而且，人的信息判断和控制动作在正、负两个方向上基本是对称的。模仿

6、人的控制行为，为使用模糊控制技术，必须把偏差及偏差变化率的精确量转变为模糊集，然后输入给模糊算法器进行处理，模糊算法器输出的控制量又是一个模糊集合，再经过模糊判决，给出控制量的精确值，去控制工业对象。根据对人的控制过程得分析，可设计出模糊控制器的形式。模糊控制的特点：模糊控制适用于多变量非线性系统；适用于对象模糊的控制系统；没有精确的数学模型；模糊控制系统具有较好的经济性。(1)模糊控制适用于多变量非线性系统由于模糊控制是基于规则的控制技术，其本身就具有非线性的特点，因而，对于非线性系统非常有效。而PID控制在非线性系统中进行控制相对困难。模糊控制可以在

7、中小型系统中代替PID控制而可以大大减少调试PID参数的工作量。(2)适用于对象模糊的控制系统模糊控制不必对目标系统建立精确的数学模型就可以控制系统运行，而PID控制、现代控制方法则不同，如果不建立精确的数学模型，不求出系统的传递函数，就很难实现对系统的精确和有效控制。没有建立精确模型的PID控制系统，要整定PID的三个参数，使系统达到较高的控制精度时，将花费大量时间和精力。使用模糊控制系统自动有效地控制这样的系统较适合，它通用性好、适用性强，便于大规模的生产和销售。(3)没有精确的数学模型模糊控制是基于规则的控制，还没有在理论上建立起模糊控制稳定性的理

8、论。但是，目前有许多理论工作者正在致力于模糊控制稳定性的理论研究。其中，W.J.