第二章模糊控制系统-PPT课件.ppt

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1、第二章模糊控制系统2.1概述2.2模糊数学基础2.3模糊控制的基本原理2.4模糊控制系统的分析和设计2.5模糊控制的工程应用模糊控制的发展简史模糊理论是美国加利福尼亚大学的自动控制理论专家L.A.Zadeh教授最先提出的。1965年，他在“InformationandControl”杂志上发表了“FuzzySets”一文，首次提出了模糊集合的概念1974年英国教授Mamdani首次将模糊集合理论应用于加热器的控制，他将基于规则系统的想法与模糊参数相结合来构造控制器，模仿人类操作者的操作经验1985年Takagi和Sugeno提出了另一类具有线性规则后项的模糊控制器，称

2、之为Takagi-Sugeno（TS）模糊控制器模糊控制的发展简史模糊控制在许多领域都获得了成功的应用：小到家用的微控制器系统，大到大规模的过程控制系统、医疗仪器和决策系统等基于模糊技术的家用电器产品：洗衣机、电冰箱、微波炉、空调、洗碗机、摄像机、家用加热器/冷风机和许多我们每天在使用的其它产品实时控制设备：已有许多商用的模糊控制器。日本仙台地铁系统安装的自动地铁操作系统是世界上模糊控制系统最早成功的应用之一许多模糊VLSIs和CAD工具使得模糊控制器的硬件实现可采用专用集成电路而变得简单易行模糊控制应用的历史Steamengine(1974,British)Heat

3、exchangerandcementkiln(1977,Denmark)Wastewatertreatmentprocess(1980,USA)Subwaytrain(1983,Japan)Modelcar(1984,Japan)Fuzzyexpertsystemonachip(1985,USA)Fuzzycontrolhardware(1986,Japan)Automotivetransmission(1988,Japan)Postsurgicalpatients(1989,USA)Autofocusvideocamera(1990,Japan)Washingmac

4、hines(1990,Japan)Airconditioners(1990,Japan)Anti-shakingvideocamera(1991,Japan)others模糊控制的研究进展模糊控制器的模型结构（1）模糊控制器的解析结构（2）模糊控制器的代数模型（3）模糊控制器的语言模型（4）模糊控制器的颗粒模型（5）模糊控制器的细胞模型模糊控制器的解析结构根据常规控制理论来解析地分析模糊控制器的结构，被认为是发展模糊控制技术的一条重要途径许多模糊控制器被证明是具有可变增益的非线性PID控制器。它们包括基本的Mamdani模糊PI、模糊PD、模糊PID、模糊PI＋D、模

5、糊PD＋I、串行模糊PI＋PD、并行模糊PI＋PD和模糊(PI＋D)2控制器一种基于开－关控制技术的时变模糊控制器被证明是一个带有可变控制偏量的非线性PD控制器模糊控制器的解析结构各类TS模糊控制器也被解析地证明了是非线性PI（PD、或PID）控制器模糊控制器与线性PID控制器相联系的解析结构，揭示了模糊控制器在非线性、时变和纯滞后等系统的应用中比线性PID控制器优越的机理，也提供了根据它们之间的增益关系来解析设计模糊控制系统并确保其稳定性的一种方法典型和复杂的各类模糊控制器从结构上还被证明是非线性增益规划器。从另一方面解释了模糊控制器在处理非线性问题中的有效性。基于

6、以上解析结构，其稳定性和设计方法可被讨论模糊控制器的解析结构分析了模糊控制器类似滑模变结构控制器。同常规滑模控制相比，模糊控制具有更高鲁棒性的优点，且模糊控制器的变结构特性有助于人们设计鲁棒稳定的模糊控制器模糊控制器的输入－输出特性具有多值继电器特性。根据模糊控制器与多值继电控制器的关系，可采用经典控制理论中描述函数方法来分析和设计模糊控制系统并确保其稳定性一些研究学者注意到，当模糊控制规则的数目增加到足够大时，对被控过程的影响很小或没有影响，这就是模糊控制器的极限结构理论模糊控制器的解析结构为了更好地理解MIMO模糊控制器的本质和特性，其结构也被解析地探讨通过对模糊

7、控制器结构的解析分析，可以在很大程度上揭示模糊控制器的本质和工作机理，建立模糊控制器与经典控制器之间的关系，对于模糊控制的实际应用有一定的指导意义模糊控制系统的非线性分析（1）李亚普诺夫稳定性分析（2）绝对稳定性和圆判据方法（3）基于滑模变结构系统的方法（4）稳态跟踪误差的分析（5）描述函数方法（6）小增益理论方法（7）相平面分析方法（8）其它方法模糊系统万能逼近理论万能逼近存在性理论：模糊系统主要应用在于它能够逼近任意的非线性模型和实现任意的非线性控制规律各种类型的Mamdani和TS模糊系统在过去几年中都被证明是万能逼近器，它们能一致逼近定义在闭