智能控制导论教学课件蔡自兴IC_Ch4.ppt

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1、智能控制导论国家精品课程配套教材蔡自兴1智能控制教学课件第4章模糊控制4.1模糊数学基础4.2模糊控制系统原理与结构4.3模糊控制器的设计内容4.4模糊控制系统的设计方法4.5模糊控制器的设计实例与实现4.6小结智能系统与智能软件研究所24.1模糊数学基础4.1.1模糊集合、模糊逻辑及其运算模糊集合与模糊逻辑的若干定义模糊集合模糊支集、交叉点及模糊单点模糊集的运算直积（笛卡儿乘积，代数积）模糊关系复合关系正态模糊集、凸模糊集和模糊数语言变量34.1.1模糊集合、模糊逻辑及其运算模糊集合的并、交和补运算的基本规律幂等律交换律结合律分配律吸收律4.1模

2、糊数学基础44.1.1模糊集合、模糊逻辑及其运算模糊集合的并、交和补运算的基本规律同一律DeMorgan律复原律对偶律（逆否律）互补律不成立4.1模糊数学基础54.1.2模糊逻辑推理三角范式三角协范式模糊合取模糊析取4.1模糊数学基础64.1.2模糊逻辑推理模糊蕴涵模糊合取模糊析取基本蕴涵4.1模糊数学基础74.1.2模糊逻辑推理模糊蕴涵命题演算GMP推理GMT推理4.1模糊数学基础84.1.3模糊判决方法重心法取模糊隶属函数曲线与横坐标轴围成面积的重心作为代表点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，要求隶属函数曲线是

3、正规凸模糊集合如果最大隶属度的元素就可能不止一个，这时就要对所有取最大隶属度的元素求其平均值4.1模糊数学基础94.1.3模糊判决方法系数加权平均法系数加权平均法的输出执行量由下式决定系数ki的选择要根据实际情况而定，不同的系统就决定系统有不同的响应特性隶属度限幅元素平均法用所确定的隶属度值α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执行量，这种方法就称为隶属度限幅元素平均法4.1模糊数学基础104.2模糊控制系统原理与结构4.2.1模糊控制系统原理与结构理论模糊控制器原理框图模糊控制器的一般结构由输入定

4、标、输出定标、模糊化、模糊决策、模糊判决组成模糊化Y=X。R模糊判决XYyx输入定标模糊化模糊决策模糊判决输出定标标度因子规则库隶属关系标度因子原精确值输入标准精确输入

5、x模糊输入

6、X

7、预估输出推理

8、

9、

10、聚集非模糊化Y模糊输出y标准精确输出原精确值输出114.2.2模糊控制系统的工作原理模糊控制的原理结构图由模糊化接口、知识库、推理机、模糊判决接口组成4.2模糊控制系统原理与结构传感器模糊化接口推理机模糊判决接口过程数据库规则库设定输入x知识库

11、

12、输出124.3模糊控制器的设计内容4.3.1模糊控制器的设计内容与原则选择模糊控制器的结构选取模糊控制

13、规则选定描述控制器输入和输出变量的语义词汇规定模糊集确定模糊控制状态表确定模糊化的解模糊策略，制定控制表确定模糊控制器的参数134.3.2模糊控制器的控制规则形式现有的FLC，其控制规则一般具有下列形式IF（过程状态）THEN（控制作用）EFC则容许更复杂的分层规则IF（过程状态）THEN（中间变量1）┇┇IF（中间变量N）THEN（控制作用）在更复杂层次，EFC容许包含策略性知识IF（过程状态1）THEN（应用规则集A）┇┇IF（过程状态N)THEN（应用规则集B）EFC还容许问题的目标及约束函数作为规则的可能4.3模糊控制器的设计内容144.4

14、模糊控制系统的设计方法4.4.1模糊系统设计的查表法把输入和输出空间划分为模糊空间由一个输入-输出数据对产生一条模糊规则对步骤2中的每条规则赋予一个强度创建模糊规则库由以下三个规则集合组成步骤2中产生的与其他规则不发生冲突的规则一个冲突规则群体中具有最大强度的规则，其中冲突规则群体是指那些具有相同的IF部分的规则来自于专家的语言规则（主要指专家的显性知识）基于模糊规则库构造模糊系统154.4.2模糊系统设计的梯度下降法基于模糊规则库构造模糊系统系统参数设计设计步骤结构的确定和初始参数的设置给出输入数据并计算模糊系统的输出调整参数令q=q+1返回步骤

15、2重新计算.直至误差小于一个很小的常数ε，或直至q等于一个预先指定的值令p=p+1返回步骤2重新计算如果有必要的话，令p＝1，并重新计算步骤2～步骤5，直至所设计的模糊系统令人满意4.4模糊控制系统的设计方法164.4.3模糊系统设计的递推最小二乘法目标是设计一个模糊系统，使得下式最小用递推最小二乘法设计模糊系统的步骤假设根据条模糊IF-THEN规则来构造模糊系统根据以下过程选择初始参数θ(0)当p=1,2,…,时，用递推最小二乘法计算参数θ4.4模糊控制系统的设计方法174.4.4模糊系统设计的聚类法聚类法意味着把一个数据集合分割成不相交的子集或

16、组，一组中的数据应具有同其他数据区分开来的性质用最近邻聚类法设计模糊系统的步骤从第一个输入-输出数据（x01;y01)开始