智能控制理论及应用 教学课件 作者 韩力群 第二章 模糊控制及应用.ppt

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1、第二章模糊控制及其应用基于模糊推理的智能控制系统2.1引言2.2经典集合论2.3模糊集合基础2.4模糊控制器工作原理2.5模糊控制仿真应用实例2.1引言一、模糊控制理论的产生和发展二、模糊控制的概念和特点控制系统简介控制系统的基本结构可分为：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。输出量控制装置被控对象给定值开环控制系统适用于控制对象变化缓慢，不能建立系统数学模型的，控制精度要求不高的场合。开环控制按给定值操纵的开环控制闭环控制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

2、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。闭环控制系统结构是负反馈系统控制量显示打印被控对象控制器反馈量给定值偏差信号e比较器+-输出信号u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。实际实现很困难，特别是对复杂的非线性系统和多因素的时变系统。随着系统复杂程度的提高，将难以建立系统的精确数学模型和满足实时控制的要求。人们希望探索一种除数学模型以外的描述手段和处理方法。例如：

3、骑自行车水箱水温控制一.模糊控制理论的产生和发展模糊控制就是模仿人的控制过程，其中包含了人的控制经验和知识。模糊控制方法既可用于简单的控制对象，也可用于复杂的过程。模糊控制以模糊集合论作为数学基础。1965年L.A.Zadeh(美国教授)首先提出了模糊集合的概念。1974年E.H.Mamdani(英国教授)首先将模糊集合理论应用于加热器的控制。模糊控制的主要应用领域航空航天无人驾驶车辆生产调度系统能源生产系统过程控制系统机器人中国批准863高技术计划，包括自动化领域的计算机集成制造系统和智能机器人两个主题(1986)。日本SONY公司二足步行机械人SDR-4X(

4、2002)日本安川公司娱乐机械狗(2001)二.模糊控制的概念和特点模糊控制(Fuzzycontrol)是指模糊理论在控制技术上的应用。用语言变量代替数学变量或两者结合应用;用模糊条件语句来刻画变量间的函数关系;用模糊算法来刻画复杂关系，模拟人类学习和自适应能力。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。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、以条件语句表示）；C.有利于人机对话和系统

5、知识处理（以人的语言形式表示控制知识）。2.2经典集合论一、经典集合及其运算二、关系与映射模糊集合与经典集合经典集合---描述清晰概念模糊集合—描述不确定的概念康托（Cantor,G.F.P.1845年—1918年），德国数学家把若干确定的有区别的（不论是具体的或抽象的）事物合并起来，看作一个整体，就称为一个集合，其中各事物称为该集合的元素。集合中的每个对象叫做这个集合的元素。属于不属于一、经典集合及其运算1.基本概念论域当讨论某个概念的外延或考虑某个问题的议题时，总会圈定一个讨论的范围，这个范围称为论域，常用大写字母表示.元素论域中的每个对象称为元素，常用小写

6、字母等符号表示集合在某一论域中，具有某种特定属性的对象的全体成为该论域中的一个集合，常用大写...或…等表示。三者相互关系三者相互关系的常用符号有：表示元素属于集合，表示元素不属于集合，表示集合中的所有元素表示集合中存在元素2．普通集合的表示方法(1)列举法例如：“小于10的正奇数的集合”记为{1，3，5，7，9}。(2)定义法例如：是5的整数倍(3)特征函数法例如:3．几种特殊的集合全集是包含论域中的全部元素的集合，记为空集是不包含任何元素的集合，记为是的一个子集，记作,或集合的幂集，是由集合的所有子集构成的集合（二）普通集合的基本运算并运算交运算补运算差运算

7、集合的直积A-BB例:设，则直积(三)普通集合运算的基本性质1．交换律2．结合律3.分配律4.幂等律5．同一律6.零一律7．补余律（互补律）(三)普通集合运算的基本性质8.吸收律9．德·摩根律(三)普通集合运算的基本性质10．双补律（复原律或称双重否定律）(三)普通集合运算的基本性质二、关系与映射（一）普通关系1．集合的直积由两个集合和各自的元素，构成的序偶的集合，称为集合和的直积，记作2.二元关系如果对集合和中的元素之间搭配加以某种限制，则满足此限制的所有序偶构成的集合是直积中的一个子集。定义2-1设和是两个非空集合，集合和的直积的一个子集称为到的一个二元关系

8、，简称关系。二、关系与映