先进控制技术课件.ppt

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1、第六章先进控制技术先进控制技术主要解决传统的、经典的控制技术所难以解决的控制问题，代表着控制技术最新的发展方向，并且与多种智能控制算法是相互交融、相互促进发展的。本章主要介绍控制技术中的模糊控制技术、神经网络控制技术、专家控制技术和预测控制技术。6.1模糊控制技术6.2神经网络控制技术6.3专家控制技术6.4预测控制技术6.5其它先进控制技术经典控制理论PID控制和直接数字控制对解决一般控制和线性定常系统问题十分有效。但是，在许多控制系统中，一些复杂被控对象(或过程)的特性很难用一般的物理或化学规律来描述，也没有适当的测试手段进行

2、测试，并为其建立数学模型。对于这类被控对象(或过程)，用传统控制理论或现代控制理论很难取得满意的控制效果。然而，这类被控对象(或过程)在人工操作下却往往能正常运行，并达到一定预期的效果。人的手动控制策略是通过操作者的学习、试验及长期经验积累而形成的，它通过人的自然语言来叙述，例如，用自定性的、不精确的及模糊的条件语句来表达：若炉温偏高，则减少燃料：若蓄水塔水位偏低，则加大进水流量；若燃烧废气中含氧量偏向，则减小助燃风量等。由于自然语言具有模糊性，所以，这种语言控制也被称为模糊语言控制，简称模糊控制。6.1模糊控制技术6.1.1概述

3、6.1.2经典集合论6.1.3模糊集合基础6.1.4模糊控制器的工作原理6.1.5模糊控制仿真应用实例一、传统控制方法的局限性二、模糊控制理论的产生和发展三、模糊控制的概念和特点四、模糊逻辑控制方法6.1.1概述一、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

4、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：骑自行车水箱水温控制二、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家用电器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8

5、63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(2002)日本安川公司娱乐机械狗(2001)模糊家用电器日本机器人邹人倜中国机器人博创机器人演示三、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。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

6、验总结出来、以条件语句表示）；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）。四、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。返回本节6.1.2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），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

7、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，常用大写字母...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(1)列举法例如：“小于10的正奇数的集合”记为

8、{1，3，5，7，9}。2．普通集合的表示方法(2)定义法例如：是5的整数倍(3)特征函数法例如:3．几种特殊的集合交集A、B两个集合的交集表示为并集A、B两个集合的并集表示为补集集合A的补集B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