智能控制理论与方法INTELLIGENT CONTROL THEORY AND METHODS

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1、智能控制理论与方法IntelligentControlTheoryandMethods教师姓名：张勇日期：2010-06-08内蒙古科技大学讲义2010-05●包头第三章模糊控制原理模糊控制系统模糊建模模糊控制器的设计PID模糊控制器模糊控制器的稳定性分析模糊控制的应用什么是模糊控制?模糊控制是用模糊数学的知识模仿人脑的思维方式，对模糊现象进行识别和判决，给出精确的控制量，对被控对象进行控制。模糊控制的特点与经典控制理论和现代控制理论相比，模糊控制的主要特点是不需要建立对象的精确模型。3.1模糊控制系统手动控制和经验控制操作人员根据对象的当前状态和以往的控制经验，用手动控制的

2、方法给出适当的控制量，对被控对象进行控制。用计算机模拟操作人员手动控制的经验，对被控对象进行控制。模糊控制的基本思想首先根据操作人员手动控制的经验，总结出一套完整的控制规则，再根据系统当前的运行状态，经过模糊推理、模糊判决等运算，求出控制量，实现对被控对象的控制。模糊控制的起源1965年Zadeh论文《模糊集合论》。1974年Mamdani将模糊集合理论应用于锅炉和蒸汽机的控制，模糊数学走向应用模糊控制。操作员手动给出计算机自动给出控制经验+当前状态控制量经验控制将控制经验事先总结归纳好，放在计算机中。传感器测量的当前值根据当前的状态，对照控制经验，给出适当的控制量+模糊控

3、制事先总结归纳出一套完整的控制规则，放在计算机中。模糊推理判决计算出控制量手动控制+传感器测量的当前值手动控制、经验控制和模糊控制的比较模糊控制系统的意义模糊控制是智能控制的一个十分活跃的研究与应用领域。模糊控制的价值可从两个方面来考虑：一方面，模糊控制提出一种新的机制用于实现基于知识（规则）甚至语义描述的控制规律。另一方面，模糊控制为非线性控制器提出一个比较容易的设计方法，尤其是当受控装置（对象或过程）含有不确定性而且很难用常规非线性控制理论处理时，更是有效。模糊控制系统的基本概念在人参与的实际控制系统中，有些有经验的操作人员，虽然不懂被控对象的数学模型，也不懂得自动控制原

4、理，却能凭借经验采取相应的决策，很好的完成控制。如，司机对汽车的控制，工程师对故障检测的审查等。模糊控制系统的工作和人机控制系统一样，只不过模糊控制系统的工作者是模糊控制器。模糊控制器将根据输入信息，进行模糊决策，输出一个模糊量，然后将他精确化，并作用于被控对象。模糊控制系统的组成模糊控制器各类模糊控制系统的核心部分，是一种采用基于知识表和规则推理的语言型控制器。主要三个功能：模糊量化处理，模糊推理（决策），非模糊化处理。输入输出接口执行机构被控对象传感器模糊控制的基本原理模糊控制器的控制规则由计算机的程序实现，计算机通过采样获取被控制量的精确值，然后将此量与给定值比较得到误

5、差信号e，再将误差信号作为模糊控制器的输入量，把误差信号e的精确量进行模糊化变成模糊量，误差e的模糊量可用相应的模糊语言表示，至此得到了误差e的模糊语言集合的一个子集E（模糊向量），再由E和模糊控制规则R（模糊关系）根据推理合成规则进行决策，得到模糊控制量U：U是一个模糊量，为了对被控对象实施精确的控制，还需要将模糊量U转换为精确量u，也就是非模糊化处理。模糊控制适用于具有模糊环境且难于建模的控制系统，而模糊控制器的设计则依赖于基于领域专家知识的模糊推理规则库。在模糊控制系统中，我们常常无法得到被控对象的数学模型，因此有关模糊控制的理论研究很难深入下去；诸如几个常规的理论问题

6、：系统的稳定性、能控性、能观性等等，还没有很有效的方法来处理它们。3.2模糊建模系统模糊模型○+-模型辨识我们把模糊推理施加于被控对象，然后利用模糊逻辑系统的插值机理将既得的模糊推理规则库转变为某种变系数非线性微分方程(组)，称之为HX方程，从而得到控制系统的数学模型；这样的建模方法将被叫做模糊推理建模法，它被视为不同于常用的机理建模法和系统辨识建模法的第三种建模方法。此外，这种建模方法不局限于控制系统，还适用于一般系统的建模。e’Fuzzy控制器输出Fuzzy判决Fuzzy算法器Fuzzy化工业对象u给定误差eFuzzy控制器的组成框图必须解决的三个问题：①精确量的Fuzz

7、y化；②Fuzzy控制规则的构成;③输出信息的Fuzzy判决。3.3模糊控制器的设计模糊控制器的设计包括以下几项内容：①确定输入输出变量；②设计控制规则；③进行模糊化和去模糊化；④选择输入输出变量的论域并确定量化因子、比例因子等参数；⑤编制应用程序；⑥合理选择采样时间。3.3.1模糊控制器的结构设计模糊控制器的结构设计是指确定模糊控制器的输入和输出变量。单变量系统：具有一个输入变量和一个输出变量（即一个控制量和一个被控制量）的系统。多变量系统：多余一个输入/输出的变量系统。模糊控制系统往往把一个被控制量