计算机控制-第5章 先进控制技术课件.ppt

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1、计算机控制—第5章先进控制技术控制类专业课第五章先进控制技术5.1模糊控制技术5.2神经网络控制技术5.3专家控制技术5.4预测控制技术5.5其它先进控制技术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。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。§5-1模糊控制技术模糊控制的概念FuzzyControl，也称模糊逻辑控制，一种以模糊集合、模糊逻辑和模糊推理为基础的计算机先进控制技术出现背景许多控制方法建立在被控对象精确数学模型基础

2、上现代工业过程的复杂化和大型化使得系统表现出严重时变性、非线性和不确定性，难以建立准确过程模型1965年，美国Zadeh提出了模糊集合的概念，标志着模糊系统理论的诞生。1974年，英国的Mamdani研制成功第一个模糊控制器。一.模糊控制的基本思想借助于模糊数学理论，把熟练操作员的实践经验加以总结分析，得到一系列定性的、不确定的控制规则，将其定量化转化为控制算法，形成模糊控制理论。对于复杂的控制系统，难以获得准确的数学模型设计控制方案，操作人员却可以凭借丰富的操作经验取得满意的控制效果人脑思维提供定性的、不精确的、模糊的控制规则，如温度的高低、压力大小并没

3、有确定的边界模糊控制本质上是建立在模糊推理基础上的一种非线性控制策略，也是一种拟人化的控制方法在实际应用中已经取得很大进展，理论正在逐步完善操作人员或专家的控制经验是如何转化为数字控制器的？热水器的控制思想：如果水温偏高，就把燃气阀关小；如果水温偏低，就把燃气阀开大。操作员手动给出控制经验+当前状态控制量模糊控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人工控制+传感器测量的当前值二.模糊控制的特点不需要被控对象的定量数学模型，依靠人的经验设计控制器采用人类思维中的模糊概念，控制量由模糊推理导出，体现了人类的智能活动易于被人们

4、接受，模糊控制的核心是控制规则，模糊规则用语言来表示。构造容易，有一些现成的软件系统。鲁棒性和适应性好，模糊规则可以对复杂的对象进行有效的控制1.模糊的概念“模糊”是人类感知万物、获取知识、思维推理、决策实施的重要特征。“模糊”比“清晰”所拥有的信息容量更大，内涵更丰富，更符合客观世界。人们常用“较少”、“较多”、“小一些”、“很少”等模糊语言描述和分析问题。如：温度─“温度很高”电压─“电压有点偏低”速度─“速度非常慢”三.模糊控制的基本概念模糊概念的分析不能使用普通集合理论，需要使用模糊集合来描述常见的模糊概念风的强弱人的胖瘦年龄大小个子高低普通集合具

5、有清晰的内涵和外延的概念，如硬币的两面例如：集合A由4个离散值1，2，3，4组成A={1,2,3,4}集合B由0到1之间的连续实数值组成模糊集合没有明确的内涵和外延的概念，只能用模糊集合来描述，如年轻人集合、老年人集合等如：40岁的人是否属于于年轻人集合呢？2.隶属函数（隶属度）表示某个元素x属于模糊集合A的隶属程度，记为隶属函数在【0,1】范围内连续取值接近0，表示属于该集合的程度低，反之则高例如：以年龄为论域。Zadeh给出了“年轻人”的模糊集，其隶属函数为“年轻”的隶属函数曲线40岁属于年轻人？年龄隶属度常用隶属度函数三角形隶属函数梯形隶属函数高斯形

6、隶属函数一般钟形隶属函数模糊集合A的表示方法注意:并非求和、积分符号./不是除法运算模糊集合B=“对旅游城市的爱好”可以表示为：模糊集合C=“年轻人”可以表示为：模糊数学模糊系统模糊决策不確定性理论模糊逻辑&人工智能模糊集合模糊测量模糊分析模糊关系模糊拓扑多指标优化模糊专家系统机器人学可能性理论不确定性测量模糊控制模糊信号处理通讯控制器设计稳定性分析图像处理图像识别模糊滤波器模糊理论模糊理论的相关概念体系2.模糊集合的运算(1)相等：,都有，则称A与B相等，记作(2)补集：,都有，则称B是A的补集，记作(3)包含：,都有，则称A包含B，记作(4)并集：,都

7、有则称C是A与B的并集，记作(5)交集：,都有则称C是A与B的交集，记作例1：设论域中的两个模糊子集为：则五、模糊关系模糊关系是用来描述事物之间的关联程度，是普通关系的推广，普通关系只能描述元素间关系的有无，而模糊关系则描述元素之间关系的多少。表示二个或二个以上集合元素之间关联、交互关系存在或不存在的程度集合X到集合Y的模糊关系R可以用模糊矩阵表示其中，表示集合X中第i个元素和集合Y中第j个元素隶属于模糊关系R的程度六.模糊推理应用模糊理论，可以对模糊命题进行模糊的演绎推理和归纳推理。1975年Zadeh利用模糊变换关系，在广义前向推理法的基础上，提出了模

8、糊逻辑推理的合成规则，建立了统一的模糊推理模型：前提：如果x是A，