模糊控制原理课件讲课稿.ppt

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1、模糊控制原理课件第三章模糊控制原理FuzzyControl3.1模糊控制的基本原理3.1.1模糊基本思想模糊控制是以模糊集理论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种智能控制方法，它是从行为上模仿人的模糊推理和决策过程的一种智能控制方法。操作人员或专家的控制经验是如何转化为数字控制器的？人类对热水器水温的调节控制思想：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。3.1模糊控制的基本原理模仿人类的调节经验，可以构造一个模糊控制系统来实现对热水器的控制。用一个温度传感器来替代左手进行对水温的测量，传感器的测量值经A

2、/D变换后送往控制器。电磁燃气阀代替右手和机械燃气阀作为执行机构，电磁燃气阀的开度由控制器的输出经D/A变换后控制。构造控制器，使其能够模拟人类的操作经验。描述了输入（水温与期望值的偏差e）和输出（燃气阀开度的增量u）之间的模糊关系R人类的控制规则如果水温比期望值高，就把燃气阀关小；如果水温比期望值低，就把燃气阀开大。3.1模糊控制的基本原理输入e输出u模糊推理规则库RD/A电磁阀热水器温度传感器A/D期望值＋－eu模糊值模糊值精确值精确值模糊化反模糊化热水器水温模糊控制系统结构3.1模糊控制的基本原理模糊控制原理框图3.1模

3、糊控制的基本原理3.1.2模糊控制器的基本结构模糊化知识库模糊推理反模糊化模糊控制器的构成框图3.1模糊控制的基本原理模糊化模糊化步骤确定符合模糊控制器要求的输入量和输出量将输入的精确量转化成为模糊量的过程称为模糊化常用的输入量是系统输出的误差（e）和误差的改变量（ec），而输出量就是控制量（u）。3.1模糊控制的基本原理模糊化输入量和输出量论域的设计基本论域eecu的实际范围称为这些变量的基本论域e的基本论域：[eLeH]ec的基本论域：[ecLecH]u的基本论域：[uLuH]精确量3.1模糊控制的基本原理模糊化输入量和输

4、出量论域的设计在模糊控制器的设计中，通常就把输入、输出量的论域定义为有限整数的离散论域。例如，可以将E的论域定义为{-m,-m+1,…,-1,0,1,…,m-1,m}；将EC的论域定义为{-n,-n+1,…,-1,0,1,…,n-1,n}；将U的论域定义为{-l,-l+1,…,-1,0,1,…,l-1,l}。为了提高实时性，模糊控制器常常以控制查询表的形式出现。该表反映了通过模糊控制算法求出的模糊控制器输入量和输出量在给定离散点上的对应关系。为了能方便地产生控制查询表，在模糊控制器的设计中，通常就把输入输出的论域定义为有限整数

5、的离散论域。?3.1模糊控制的基本原理模糊化输入量和输出量论域的设计有关论域的选择问题，一般误差论域m≥6，误差变化论域n≥6，控制量的论域l≥7。这是因为语言变量的词集多半选为七个（或八个）这样能满足模糊集论域中所含元素个数为模糊语言词集总数的二倍以上，确保模糊集能较好地覆盖论域，避免出现失控现象。道理上讲，增加论域中的元素个数，即把等级细分，可以提高控制精度，但受到计算机字长的限制，另外要增加计算量。把等级分得过细，显得必要性不大。3.1模糊控制的基本原理输入量和输出量论域的设计如何实现实际的连续域到有限整数离散域的转换？

6、通过引入量化因子ke、kec和比例因子ku来实现kekecd/dt模糊控制器ku期望值y＋－eecEECUu实际中误差的连续取值范围是e=[eL,eH]，则：3.1模糊控制的基本原理输入量和输出量论域的设计同理，假如误差变化率的连续取值范围是ec=[ecL,ecH]，控制量的连续取值范围是u=[uL,uH]，则量化因子kec和比例因子ku可分别确定如下：在确定了量化因子和比例因子之后，误差e和误差变化率ec可通过下式转换为模糊控制器的输入E和EC：式中，<>代表取整运算（四舍五入）。3.1模糊控制的基本原理输入量和输出量论域的

7、设计模糊控制器的输出U可以通过下式转换为实际的输出值u：Ke选的较大时，系统的超调变大，过渡过程变长。Ke增大，相当于缩小了误差的基本论域，增大误差变量的控制作用。Kec选的较大时，系统的超调变小，系统的响应速度变慢。Ku选的过小时，系统动态响应过程变长，选择过大会导致系统振荡。Ku影响着控制器的输出，能过调整Ku可以改变被控对象输入的大小。3.1模糊控制的基本原理对输入量进行模糊化处理，包括确定语言变量和隶属函数确定语言变量的语言值通常在语言变量的论域上，将其划分为有限的几档。例如，可将E、EC和U的划分为{“正大（PB）”

8、，“正中(PM)”，“正小（PS）”，“零（ZO）”，“负小（NS）”，“负中（NM）”，“负大（NB）”}七档。档级多，规则制定灵活，规则细致，但规则多、复杂，编制程序困难，占用的内存较多；档级少，规则少，规则实现方便，但过少的规则会使控制作用变粗而达不到预期的效果。因此在