3-5模糊逻辑控制及其应用

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1、模糊逻辑控制及其应用（选修）上海交通大学谢康林2003-2004学年第1学期9/2/20211第三章模糊逻辑控制工作原理第三章模糊逻辑控制工作原理2第三章模糊逻辑控制工作原理第三章模糊逻辑控制工作原理3-1传统控制方法与模糊逻辑控制方法3-2模糊逻辑控制的工作原理3传统控制方法3-1传统控制方法与模糊逻辑控制方法一．传统控制方法1．传统控制系统的结构与设计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它们以被控对象的状态变量是否引入负反馈到控制器来予以区分。4开环控制系统（1）开环控制系统仅对被控对象的

2、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→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。5闭环控制系统（2）闭环控制系统它是一个负反馈系统。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。6闭环控制系统显示打印被控对象控制器反馈量给定值偏差信号e控制量比较器+-输出信号u7计算机闭环控制系统计

3、算机闭环控制系统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）。8传统控制方法的局限性2．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。实际上有很大困难，特别是对复杂的非线性

4、系统和多因素的时变系统。9模糊逻辑控制方法二．模糊逻辑控制方法及其限制1.模糊逻辑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。传统控制依赖于被控系统的数学模型；模糊逻辑控制依赖于被控系统的物理特性。物理特性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。10优点2．模糊逻辑控制的优点及不足之处（1）优点A.无需预先知道被控对象的精确数学模型；B.容易学习和掌握模糊逻辑控制方法（规则由人的经验总结出来、以

5、条件语句表示）；C.有利于人机对话和系统知识处理（以人的语言形式表示控制知识）。11不足之处（2）不足之处A.精度不够高；B.自适应能力有限；C.控制规则较难优化。12模糊逻辑控制过程3-2模糊逻辑控制的工作原理一．模糊逻辑控制过程它由给定输入R、模糊控制器、对象、偏差e（反馈信号与给定输入比较环节）组成。模糊逻辑控制系统结构图如下：13模糊逻辑控制系统结构模糊控制器被控对象反馈信号给定值R偏差e+-输出u14基本结构数字量转化为模糊量模糊量转化为数字量模糊推理模糊化解模糊化模糊控制器的基本结构：15精确输入量的模

6、糊化1．精确输入量的模糊化：（1）根据系统的实际输出值与设定的期望值相比较的偏差值（以及偏差的变化率）来决定对系统的调整控制。（精确的输入值）。（2）把精确的输入量转换成模糊集合的隶属函数。常用三角形、梯形等。（3）标准化设计：通常把偏差e的变化范围设定在[-6，+6]区间的连续变化量，离散化为13个整数元素的离散集合。{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}（4）把在[-6，+6]之间变化的连续量，根据需要分成若干等级，分别对应一个模糊子集合或隶属函数。16规则的形成和推理2．模糊规则的

7、形成和推理：模糊规则的形成：把有经验的操作人员或专家的控制知识和经验，制定出若干个模糊控制规则，并加以形式化数字处理以后，存入计算机。这些规则可以用自然语言来表达。根据模糊集合和模糊关系理论，对于不同类型的模糊规则，可以用不同的模糊推理方法。17解模糊判决3．解模糊判决（反模糊化）经过模糊推理得到的控制输出，是一个模糊隶属函数或模糊子集。必须从模糊输出隶属函数中找出一个最能代表这个模糊集合作用的精确量，这就是解模糊判决。18状态估计模糊控制法二．模糊逻辑控制方式1．状态估计模糊控制法根据现行状态与控制目标的偏差e来

8、决定控制指令的方法，即一种直接用被控对象的状态反馈作为依据来实现控制的方法。但由于环境和系统本身的变化，在某些情况下，可能出现不稳定现象。状态估计模糊控制法：知识工程学+模糊推理19预测型模糊控制法2．预测型模糊控制法知识工程学+模糊推理+通过对被控对象动态特性的模拟而建立的系统模型即：预测型模糊控制法=状态估计模糊控制法+通过对被控对象动态特性的模拟而建立