风电机组控制与优化运行第3章风力发电系统的转速和功率控制ppt课件.ppt

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1、我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物长沙理工大学长沙理工大学 能源与动力工程学院能源与动力工程学院第第3 3章章 风力发电机组的转速、风力发电机组的转速、 转矩和功率控制转矩和功率控制我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第第3章章 风力发电机组的转速、风力发电机组的转速、 转矩和功率控制转矩和功率控制风力发电机组转速、转矩和功风力发电机组转速、转矩和功率控制基本原理率控制基本原理模糊控制基础模糊控

2、制基础风力发电机组模糊控制系统风力发电机组模糊控制系统风力发电机组的其它控制方法风力发电机组的其它控制方法我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3.1 风力发电机组转速、转矩风力发电机组转速、转矩 和功率控制基本原理和功率控制基本原理 在大型风电机组控制系统中，其转速、转矩和功率控制在大型风电机组控制系统中，其转速、转矩和功率控制系统最为重要，也最为复杂。因为该系统几乎涉及到风力发系统最为重要，也最为复杂。因为该系统几乎涉及到风力发电系统中的所有重要部件如风力机、传动系统、发电机、变电系统中的所有

3、重要部件如风力机、传动系统、发电机、变流器、桨距伺服系统等等。流器、桨距伺服系统等等。3.1.1 风力发电机组的调节方式风力发电机组的调节方式 风力发电机组的调节方式是围绕着如何控制风力机接近风力发电机组的调节方式是围绕着如何控制风力机接近风速模型的理想功率曲线运行。在不同的运行区域，其调节风速模型的理想功率曲线运行。在不同的运行区域，其调节手段不同：定速手段不同：定速/变速和定桨变速和定桨/变桨都是常见的方法。故调节方变桨都是常见的方法。故调节方式可分成四类：式可分成四类： 定速定桨距调节定速定桨距调节 定速变桨距调节定速变桨距调节 变速定桨距调节变速定桨距调节 变速变桨距调节变速变桨距调节

4、我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3.1.1 风力发电机组的调节方式风力发电机组的调节方式定速定桨距调节方式的主要特点是：定速定桨距调节方式的主要特点是：桨叶和轮毂的连接是固定的，其桨距角固定不变；桨叶和轮毂的连接是固定的，其桨距角固定不变；将将FSIG直接接到电网上，发电机的转速由电网频率确定，直接接到电网上，发电机的转速由电网频率确定，风能转换系统在固定速度下运行；风能转换系统在固定速度下运行；控制简单，成本低；控制简单，成本低；在额定风速以下运行区域内，由于电机转速恒定，不能在额定风速以

5、下运行区域内，由于电机转速恒定，不能达到功率的最大获取，捕获能力低于理想的功率曲线；达到功率的最大获取，捕获能力低于理想的功率曲线；在额定风速以上运行区域内，其功率调节能力弱，功率在额定风速以上运行区域内，其功率调节能力弱，功率不稳定，电压波动也大，电能质量不好。不稳定，电压波动也大，电能质量不好。鉴于这些缺点，该类型的风力发电机正逐渐淘汰，取而代之鉴于这些缺点，该类型的风力发电机正逐渐淘汰，取而代之的是更先进调节方式的风力发电机。的是更先进调节方式的风力发电机。一、一、 定速定桨距调节方式定速定桨距调节方式我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也

6、感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3.1.1 风力发电机组的调节方式风力发电机组的调节方式 安装在轮毂上的叶片，可以通过桨距伺服系统改变其桨安装在轮毂上的叶片，可以通过桨距伺服系统改变其桨距角的大小。其优点是桨叶受力较小，桨叶可以做的比较轻距角的大小。其优点是桨叶受力较小，桨叶可以做的比较轻巧。巧。 当风速在额定风速以上时，通过改变桨距角的控制，从当风速在额定风速以上时，通过改变桨距角的控制，从而改变作用在风轮上的气动扭矩，使功率保持在恒定值。而改变作用在风轮上的气动扭矩，使功率保持在恒定值。 当风速在额定风速以下时，恒定转速运行使得转换效率当风速在额定风速以下时，恒定转速运行

7、使得转换效率不能优化，即一种非优化的稳态能量获取，且结构比较复杂，不能优化，即一种非优化的稳态能量获取，且结构比较复杂，故障率较高，发电品质较差。故障率较高，发电品质较差。二、二、 定速变桨距调节方式定速变桨距调节方式我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3.1.1 风力发电机组的调节方式风力发电机组的调节方式 发电机的转速可以随风速而变化，在风力发电系统中应发电机的转速可以随风速而变化，在风力发电系统中应用较普遍，特别适合低风速下运行。用较普遍，特别适合低风速下运行。 在风速低于额定风速时体现在

8、能量的捕获能力提高，机在风速低于额定风速时体现在能量的捕获能力提高，机械振荡减小，电能的质量也有所改善。械振荡减小，电能的质量也有所改善。 在风速高于额定风速时，采用变速被动失速控制方式和在风速高于额定风速时，采用变速被动失速控制方式和变速辅助失速控制两种基本操作方式，可能会引起瞬间载荷变速辅助失速控制两种基本操作方式，可能会引起瞬间载荷增大和电压起伏，发电品质还有待提高。增大和电压起伏，发电品质还有待提高。三、三、 变速定桨距调节方式变速定桨距调节方式我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3.1

9、.1 风力发电机组的调节方式风力发电机组的调节方式 变速变桨距控制结合了变速定桨控制和定速变桨距控制变速变桨距控制结合了变速定桨控制和定速变桨距控制的优点，风电机组的发电品质相对采用其它几种调节方式的的优点，风电机组的发电品质相对采用其它几种调节方式的风电机组发电品质更高、更好，是目前国际流行的控制方式。风电机组发电品质更高、更好，是目前国际流行的控制方式。 当风速低于额定风速时，以变速模式运行，风能捕获效当风速低于额定风速时，以变速模式运行，风能捕获效率高于采用失速控制的风电机组，具有优化的气动特性；率高于采用失速控制的风电机组，具有优化的气动特性； 当风速高于额定风速时，采用变桨距调节，通

10、过桨距角当风速高于额定风速时，采用变桨距调节，通过桨距角的改变，改变作用在风轮上的气动转矩，使功率保持在恒定的改变，改变作用在风轮上的气动转矩，使功率保持在恒定值。值。四、四、 变速变桨距调节方式变速变桨距调节方式我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3.1.1 风力发电机组的调节方式风力发电机组的调节方式 变速变桨距风能转换系统的主要特点是：变速变桨距风能转换系统的主要特点是： 与定桨距相比，具有在额定风速以上输出功率平稳。与定桨距相比，具有在额定风速以上输出功率平稳。 在额定点具有较高的功率系

11、数。在额定点具有较高的功率系数。 桨距角是由发电机输出功率的反馈信号跟踪额定功率桨距角是由发电机输出功率的反馈信号跟踪额定功率来确定的，不受气流密度的影响。来确定的，不受气流密度的影响。 在额定风速以下时，桨叶节距可以调整到合适的角度，在额定风速以下时，桨叶节距可以调整到合适的角度，使风轮具有更大的起动力矩；当需要脱离电网时，可以调整使风轮具有更大的起动力矩；当需要脱离电网时，可以调整叶片桨距角使功率逐渐减小到零，减小了发电机与电网断开叶片桨距角使功率逐渐减小到零，减小了发电机与电网断开时对电网的冲击。时对电网的冲击。 低风速时能根据风速变化，调整发电机运行工作点，低风速时能根据风速变化，调整

12、发电机运行工作点，保持最佳叶尖速比以捕获最大风能。保持最佳叶尖速比以捕获最大风能。 高风速时利用风轮转速的变化，储存或释放部分能量，高风速时利用风轮转速的变化，储存或释放部分能量，提高传动系统的柔性，使功率输出更加平稳。提高传动系统的柔性，使功率输出更加平稳。四、四、 变速变桨距调节方式变速变桨距调节方式我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3.1.2 风力发电机组的运行区域风力发电机组的运行区域vinvNvout风速风速vPN最优功率最优功率P0ABDECv1转速转速桨距角桨距角N Nminmi

13、n900 区域区域A： vvin 风速低于切入风速，风能风速低于切入风速，风能太小，不能带动风机转动（或太小，不能带动风机转动（或虽能带动风机旋转，但发电量虽能带动风机旋转，但发电量太少，不足以补偿风机运行成太少，不足以补偿风机运行成本），故不能发电。本），故不能发电。 区域区域B： vinvv1 桨距角保持不变，控制发桨距角保持不变，控制发电机转速，使转速跟随风速而电机转速，使转速跟随风速而变化，保持恒定叶尖速比，以变化，保持恒定叶尖速比，以寻求最大风能捕获。该区域也寻求最大风能捕获。该区域也称为称为恒恒CPmax工作区工作区或或最大风最大风能捕获区能捕获区。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖

14、的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3.1.2 风力发电机组的运行区域风力发电机组的运行区域vinvNvout风速风速vPN最优功率最优功率P0ABDECv1转速转速桨距角桨距角N Nminmin900 区域区域C： v1vvN 风速达到风速达到v1时，风力机转时，风力机转速已升至额定转速，受旋转部速已升至额定转速，受旋转部件机械强度的限制，转速须保件机械强度的限制，转速须保持额定转速不变，故该区域也持额定转速不变，故该区域也称为称为转速恒定区转速恒定区。叶尖速比随。叶尖速比随风速增加而减小，但功率仍随风速增加而减小，但功率仍

15、随着风速的提高而增大。着风速的提高而增大。 区域区域D： vNvvout 风速高于切出风速，调整风速高于切出风速，调整节距角至节距角至90，叶片不再捕获叶片不再捕获风能，转速也下降到风能，转速也下降到0 0。为避。为避免强风损坏风力机，风力机将免强风损坏风力机，风力机将被锁定并进入停机模式。被锁定并进入停机模式。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3.1.3 风力发电机组在各运行区域的控制策略风力发电机组在各运行区域的控制策略一、一、最大风能捕获区控制策略最大风能捕获区控制策略00.511.5

16、22.533.544.5500.20.40.60.811.21.41.61.82Power (MW)Rotor Speed (rad/s)Power (MW) v=4v=6v=8v=10v=12MaxPower我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3.1.3 风力发电机组在各运行区域的控制策略风力发电机组在各运行区域的控制策略不同风速下风力机不同风速下风力机捕获的功率捕获的功率(转矩转矩)-转速特性曲线转速特性曲线MATLAB仿真代码：仿真代码：colors=c,b,g,m,r;R=35;B=0;

17、i=1;Pmax= ;ind= ;Wt=0:0.4:50*(2*pi/60);for v=4:2:12lambda=Wt*R/v;lambda1=1./(1./(lambda+0.08*B)-0.035./(B.3+1);Cp=0.5176*(116./lambda1-0.4*B-5).*exp(-21./lambda1)+0.0068*lambda;figure(5)P=1/2*1.225*pi*R2*v.3*Cp;Pmax(i) ind(i)=max(P);plot(Wt,P/1e6,colors(i),LineWidth,2);title(Power (MW)legend(v=4,v=6

18、,v=8,v=10,v=12,MaxPower,Location,NorthWest)axis(0,5,0,2)ylabel(Power (MW)xlabel(Rotor Speed (rad/s)我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3.1.3 风力发电机组在各运行区域的控制策略风力发电机组在各运行区域的控制策略不同风速下风力机不同风速下风力机捕获的功率捕获的功率(转矩转矩)-转速特性曲线转速特性曲线MATLAB仿真代码仿真代码(续续)：hold ongrid on figure(6)T=P./

19、(Wt);plot(Wt,T,colors(i),LineWidth,2);title(Torque (Nm)legend(v=4,v=6,v=8,v=10,v=12,Location,NorthWest)axis(0,5,0,80*104)ylabel(Torque (N*m)xlabel(Rotor Speed (rad/s)grid onhold oni=i+1;endfigure(5)hold onplot(ind+1)/25,Pmax/1e6,k-o,LineWidth,2)legend(v=4,v=6,v=8,v=10,v=12,MaxPower,Location,NorthWes

20、t)我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 在同一风速下，不在同一风速下，不同的转速会使风力机输同的转速会使风力机输出不同的功率。出不同的功率。 有一个最佳的转速，有一个最佳的转速，风力机运行于最佳转速风力机运行于最佳转速时，就会达到最佳叶尖时，就会达到最佳叶尖速比，从而捕获最大的速比，从而捕获最大的风能，输出最大功率。风能，输出最大功率。一、一、最大风能捕获区控制策略最大风能捕获区控制策略00.511.522.533.544.5500.20.40.60.811.21.41.61.82Power

21、(MW)Rotor Speed (rad/s)Power (MW) v=4v=6v=8v=10v=12MaxPower 连接不同风速下与最佳转速对应的最大功率点（连接不同风速下与最佳转速对应的最大功率点（Maximum Maximum Power Point,MPPPower Point,MPP）就可形成一条最佳功率曲线（即图中的）就可形成一条最佳功率曲线（即图中的MaxPowerMaxPower曲线）。曲线）。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 最大功率、最大转最大功率、最大转矩与发电机转速

22、有如下矩与发电机转速有如下关系：关系： 一、一、最大风能捕获区控制策略最大风能捕获区控制策略00.511.522.533.544.5500.20.40.60.811.21.41.61.82Power (MW)Rotor Speed (rad/s)Power (MW) v=4v=6v=8v=10v=12MaxPower式中，式中，g g为发电机旋转角速度；为发电机旋转角速度；R R为叶轮半径；为叶轮半径；n n为齿轮箱传为齿轮箱传动比；动比；K Koptopt为转矩的最佳控制系数，为转矩的最佳控制系数， 。 3333max52goptoptgPoptKnCRP2332max52goptoptgP

23、optKnCRT33max521nCRKoptPopt我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 风力机的机械功率、转矩和转速之间的关系，可用于确定风力机的机械功率、转矩和转速之间的关系，可用于确定最佳转速或转矩，并可据此实现发电机的控制和最大功率运行。最佳转速或转矩，并可据此实现发电机的控制和最大功率运行。 为了实现最大功率点跟踪（为了实现最大功率点跟踪（Maximum Power Point Maximum Power Point Tracking, MPPTTracking, MPPT）, ,人

24、们研究了多种有效的控制方案，如：最人们研究了多种有效的控制方案，如：最佳叶尖速比法、功率信号反馈法、爬山搜索法、最大功率小信佳叶尖速比法、功率信号反馈法、爬山搜索法、最大功率小信号扰动法、三点比较法、实时追踪最大风能法等等。号扰动法、三点比较法、实时追踪最大风能法等等。 这里主要介绍两种：最佳叶尖速比法和功率信号反馈法。这里主要介绍两种：最佳叶尖速比法和功率信号反馈法。一、一、最大风能捕获区控制策略最大风能捕获区控制策略 最佳叶尖速比法最佳叶尖速比法控制器控制器风能转换系统风能转换系统R除法器除法器功率功率转速转速风速风速v voptopt- -我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把

25、它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 最佳叶尖速比法要求先找到叶尖速比的最佳值。通过检测最佳叶尖速比法要求先找到叶尖速比的最佳值。通过检测装置测量得到风速和发电机转速，经计算得到实际叶尖速比，装置测量得到风速和发电机转速，经计算得到实际叶尖速比，如果其值不等于最佳值，则通过发电机子控制系统产生用于变如果其值不等于最佳值，则通过发电机子控制系统产生用于变流器的控制信号，改变发电机功率进而调整发电机转速，使实流器的控制信号，改变发电机功率进而调整发电机转速，使实际的叶尖速比等于最佳叶尖速比，从而获得最大风能。是一种际的叶尖速比等于最佳叶尖速比，从

26、而获得最大风能。是一种直接转速控制方法，控制目标明确、原理简单。直接转速控制方法，控制目标明确、原理简单。 但由于风轮叶片迎风扫掠面积很大，各点风速均不同，使但由于风轮叶片迎风扫掠面积很大，各点风速均不同，使得风场中风速的准确测量较为困难，存在很多实际技术问题，得风场中风速的准确测量较为困难，存在很多实际技术问题，而风速检测的误差更会降低最大风能追踪的效果。另外，不同而风速检测的误差更会降低最大风能追踪的效果。另外，不同的风力机系统其最佳叶尖速比值也是不同的，控制算法不可通的风力机系统其最佳叶尖速比值也是不同的，控制算法不可通用。因此该控制方法在实际工程上很少采用。用。因此该控制方法在实际工程

27、上很少采用。 一、一、最大风能捕获区控制策略最大风能捕获区控制策略 最佳叶尖速比法最佳叶尖速比法我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 这种控制方式不以转速控制为目标，而是以风力机运行于这种控制方式不以转速控制为目标，而是以风力机运行于最佳的功率曲线为直接的目标。在整个运行过程中，不断检测最佳的功率曲线为直接的目标。在整个运行过程中，不断检测风电机组的转速，由此计算得到该转速下的最佳功率风电机组的转速，由此计算得到该转速下的最佳功率Popt，以，以Popt作为风电机组控制系统的有功功率指令，控制的

28、最终结果作为风电机组控制系统的有功功率指令，控制的最终结果是获得了最佳转速和最佳叶尖速比。是获得了最佳转速和最佳叶尖速比。 一、一、最大风能捕获区控制策略最大风能捕获区控制策略 功率信号反馈法功率信号反馈法控制器控制器风能转换系统风能转换系统最大功率最大功率曲线曲线Popt电磁功率反馈电磁功率反馈转速转速风风速速P PoptoptP Pemem- -我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物一、一、最大风能捕获区控制策略最大风能捕获区控制策略 功率信号反馈法功率信号反馈法ABCPAPBPCPoptPm

29、echAC0v2v3v1DE我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物一、一、最大风能捕获区控制策略最大风能捕获区控制策略 功率信号反馈法功率信号反馈法 设在某一时刻的风速为设在某一时刻的风速为v v2 2，风力机运行于该风速下的最佳，风力机运行于该风速下的最佳功率点功率点A A，此时风力机所获得的机械功率及发电机的电磁功率均，此时风力机所获得的机械功率及发电机的电磁功率均为为P PA A（不考虑阻力矩），风力机转速为（不考虑阻力矩），风力机转速为A A。 当风速由当风速由v v2 2突然增加到突然增

30、加到v v3 3时，由于风电机组的转动惯量很时，由于风电机组的转动惯量很大，故机组转速仍会暂时维持为大，故机组转速仍会暂时维持为A A不突变，但风力机获得的机不突变，但风力机获得的机械功率已由械功率已由P PA A突变到突变到P PB B，但发动机的电磁功率仍为，但发动机的电磁功率仍为P PA A，这个功率，这个功率差会使机组转速上升。差会使机组转速上升。 在转速上升的过程中，风力机输出的机械功率沿着在转速上升的过程中，风力机输出的机械功率沿着v v3 3曲线曲线由由B B点向点向C C点移动，而发电机的电磁功率则沿着点移动，而发电机的电磁功率则沿着P Poptopt曲线由曲线由A A点向点向

31、C C点移动。随着转速的上升，功率差值越来越小，到达点移动。随着转速的上升，功率差值越来越小，到达C C点后功率点后功率差为差为0 0，二者重新达到平衡，风电机组稳定运行于，二者重新达到平衡，风电机组稳定运行于C C点（风速点（风速v v3 3下的最佳功率点），该工作点所对应的转速为下的最佳功率点），该工作点所对应的转速为C C，功率为，功率为P PC C。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3.1.3 风力发电机组在各运行区域的控制策略风力发电机组在各运行区域的控制策略二、恒转速二、恒转速区

32、控制策略区控制策略 如果一直保持如果一直保持CPmax(或或opt)恒定，随着风速的增加，风恒定，随着风速的增加，风电机组即使没有达到额定功率，但其转速最终将达到其转速电机组即使没有达到额定功率，但其转速最终将达到其转速极限。为了保证风电机组的安全运行，不再进行最大风能捕极限。为了保证风电机组的安全运行，不再进行最大风能捕获控制，而是进入恒转速控制方式。在这个区域，随着风速获控制，而是进入恒转速控制方式。在这个区域，随着风速的增大，风电机组的转速保持恒定，风力机在较小的的增大，风电机组的转速保持恒定，风力机在较小的区工区工作，但功率在达到额定功率之前一直在增大，控制系统按转作，但功率在达到额定

33、功率之前一直在增大，控制系统按转速控制方式工作。速控制方式工作。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3.1.3 风力发电机组在各运行区域的控制策略风力发电机组在各运行区域的控制策略二、恒转速二、恒转速区控制策略区控制策略1时，时，H称为集中化算子；当称为集中化算子；当1时，时，H称为松散化算子。称为松散化算子。语气算子语气算子H只对模糊概念有作用，对清晰概念将不起作用。只对模糊概念有作用，对清晰概念将不起作用。各类前缀词所对应的各类前缀词所对应的见下表：见下表：集中化算子集中化算子松散化算子松

34、散化算子极极4.00比较比较0.75很、非常很、非常2.00略、有点略、有点0.50相当相当1.25稍微稍微0.25我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物( (二）二） 模糊语句模糊语句 模糊直言语句模糊直言语句 模糊直言语句的句型为模糊直言语句的句型为“A是是A1”，其中，其中A是对象的名称，是对象的名称，A1是论域是论域U的一个模糊子集。的一个模糊子集。 例如例如“A是非常小是非常小”便是一个模糊直言语句。其中，模糊便是一个模糊直言语句。其中，模糊子集子集“非常小非常小”可由论域可由论域U=1

35、,2,3,4,5上的模糊子集求得：上的模糊子集求得：52 . 044 . 036 . 028 . 010 . 1小小若定义：若定义：则有：则有：504. 0416. 0336. 0264. 010 . 1)(2 小小非非常常小小我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物( (二）二） 模糊语句模糊语句 模糊条件语句模糊条件语句 设计模糊控制算法时，常遇到的模糊条件语句的句型有：设计模糊控制算法时，常遇到的模糊条件语句的句型有： “若若A则则B”，简记为，简记为“if A then B” 例如，对于加热

36、炉的炉温控制来说，该句型与例如，对于加热炉的炉温控制来说，该句型与“若温度偏若温度偏低，则增加燃料量低，则增加燃料量”的控制策略相对应。其中，的控制策略相对应。其中，A和和B为不同为不同论域上的模糊集合。论域上的模糊集合。 “若若A则则B否则否则C”，简记为，简记为“if A then B else C” 这对应于这对应于“若温度偏低，则增加燃料量，否则减少燃料量若温度偏低，则增加燃料量，否则减少燃料量”的炉温控制策略。其中的炉温控制策略。其中B与与C隶属同一论域，而隶属同一论域，而A的论域与的论域与B、C的不同。的不同。 “若若A且且B则则C”，简记为，简记为“if A and B then

37、 C” 例如，例如，“若温度偏低，且温度具有继续下降的趋势，即温若温度偏低，且温度具有继续下降的趋势，即温度量的导数为负，则大增燃料量度量的导数为负，则大增燃料量”便属于这种类型的模糊条件便属于这种类型的模糊条件语句。其中，模糊集合语句。其中，模糊集合A、B和和C分属三个不同论域。分属三个不同论域。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物( (三三) ) 模糊推理系统模糊推理系统( (Fuzzy Inference System ,FIS) ) 常规的逻辑推理方法如演绎推理、归纳推理等都是严格的。常

38、规的逻辑推理方法如演绎推理、归纳推理等都是严格的。用传统二值逻辑进行推理时，只要推理规则是正确的，小前提用传统二值逻辑进行推理时，只要推理规则是正确的，小前提是肯定的，那么就一定会得到确定的结论。是肯定的，那么就一定会得到确定的结论。 但在自动控制系统中，人的控制经验规则常常是用模糊概但在自动控制系统中，人的控制经验规则常常是用模糊概念来表示的。例如，驾驶经验规则是念来表示的。例如，驾驶经验规则是“若位置偏离越大，则调若位置偏离越大，则调整角度越大整角度越大”，现在已知位置偏离，现在已知位置偏离1米，那么调整角度应该为米，那么调整角度应该为多少？多少？ 对这样一类问题利用传统二值逻辑是无法得到

39、结果的，而对这样一类问题利用传统二值逻辑是无法得到结果的，而人的思维却能够对其进行推理和判断。人的思维却能够对其进行推理和判断。 模糊推理是不确定性推理方法的一种，其基础是模糊逻辑，模糊推理是不确定性推理方法的一种，其基础是模糊逻辑，它是在二值逻辑三段论的基础上发展起来的，可以解决自动控它是在二值逻辑三段论的基础上发展起来的，可以解决自动控制中应用模糊规则的问题。制中应用模糊规则的问题。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物( (三三) ) 模糊推理系统模糊推理系统( (Fuzzy Inferen

40、ce System ,FIS) ) 模糊推理系统的模糊推理方法主要有模糊推理系统的模糊推理方法主要有Mamdani推理推理、Takagi-Sugeno推理推理、Zadeh推理推理等。等。 Mamdani模糊推理是英国曼丹尼（模糊推理是英国曼丹尼（E. H. Mamdani）博士）博士在在1974年提出，并成功应用于模糊控制系统，是最常用的模糊年提出，并成功应用于模糊控制系统，是最常用的模糊推理方法之一。推理方法之一。Mamdani推理通常也被称为传统模糊推理方法，推理通常也被称为传统模糊推理方法，相应的控制器也被称为传统的模糊控制器。相应的控制器也被称为传统的模糊控制器。 而而Takagi-S

41、ugeno推理也简称推理也简称T-S模糊推理，是由日本学模糊推理，是由日本学者者Takagi和和Sugeno在在1985年首先提出来的。年首先提出来的。 以下主要介绍以下主要介绍Mamdani传统模糊推理方法。传统模糊推理方法。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 模糊假言推理模糊假言推理 设设X和和Y是两个各自具有基础变量是两个各自具有基础变量x和和y的论域，其模糊集的论域，其模糊集合合AX及及BY的隶属度函数分别为的隶属度函数分别为A(x)及及B(y)。又设。又设RAB是是XY论域上描述模糊

42、条件语句论域上描述模糊条件语句“若若A则则B”的模糊蕴含关系，的模糊蕴含关系，其隶属度函数为：其隶属度函数为：按上式计算后可得到模糊关系矩阵按上式计算后可得到模糊关系矩阵RAB。( (三三) ) 模糊推理系统模糊推理系统( (Fuzzy Inference System ,FIS) )()(),(yxyxBABA注：以上运算也称为模糊蕴含关系运算，扎德和曼丹尼等学者注：以上运算也称为模糊蕴含关系运算，扎德和曼丹尼等学者提出了不同的定义，在模糊控制中常用的是曼丹尼提出的取小提出了不同的定义，在模糊控制中常用的是曼丹尼提出的取小“”运算（如上式）和拉尔森运算（如上式）和拉尔森(P. M. Lars

43、en)提出的乘积运算。提出的乘积运算。而扎德提出的运算关系则如下式：而扎德提出的运算关系则如下式：)(1 )()(),(xyxyxABABA我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 模糊假言推理模糊假言推理 模糊假言推理具有如下逻辑结构：模糊假言推理具有如下逻辑结构： 若若A则则B； 如今如今A1； 结论结论B1=A1 RAB其中其中B1=A1 RAB表征推理合成规则，算符表征推理合成规则，算符“ ”代表合成运代表合成运算。算。( (三三) ) 模糊推理系统模糊推理系统( (Fuzzy Infere

44、nce System ,FIS) )注：对于合成运算，也有多种不同选择，如注：对于合成运算，也有多种不同选择，如“”(取小取小取大取大)、“”(取大取大乘乘)、“ ”(有界和有界和取小取小)、“ ”(有界和有界和乘乘)等。等。这里选择这里选择“”(取小取小取大取大)算法。算法。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 模糊假言推理模糊假言推理( (三三) ) 模糊推理系统模糊推理系统( (Fuzzy Inference System ,FIS) ) 例例3-9 论域论域U=1,2,3，V=5,6,7

45、,8,9，对于论域，对于论域U上的上的A=“小小”、B=“较小较小”、论域、论域V上的上的X=“高高”描述为描述为模糊控制规则为模糊控制规则为“若输入小，则输出高若输入小，则输出高”，试求当输入为较，试求当输入为较小时，输出为多少？小时，输出为多少？31 . 026 . 010 . 1小小A32 . 029 . 019 . 0较较小小B90 . 188 . 076 . 061 . 050 . 0 高高X解：解：思路：先根据模糊规则，求得输入小思路：先根据模糊规则，求得输入小输出高的模糊关输出高的模糊关系矩阵系矩阵R，然后再将输入，然后再将输入B（较小）与（较小）与R合成合成我吓了一跳，蝎子是多

46、么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 模糊假言推理模糊假言推理 先用扎德推理法计算先用扎德推理法计算111119 . 04 . 0018 . 06 . 01 . 001 . 06 . 00 . 1EAXARXA9 . 09 . 09 . 09 . 09 . 06 . 06 . 06 . 04 . 04 . 018 . 06 . 01 . 009 . 09 . 09 . 09 . 09 . 04 . 04 . 04 . 04 . 04 . 0000001 . 01 . 01 . 01 . 006 . 06 . 06

47、. 01 . 0018 . 06 . 01 . 00根据合成推理方法，求输入为根据合成推理方法，求输入为B=“较小较小”时的输出时的输出Y：9 . 09 . 09 . 09 . 09 . 06 . 06 . 06 . 04 . 04 . 018 . 06 . 01 . 002 . 09 . 09 . 0XARBY99 . 088 . 076 . 064 . 054 . 09 . 08 . 06 . 04 . 04 . 0我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 模糊假言推理模糊假言推理 再用再用Ma

48、mdani推理法计算推理法计算1 . 01 . 01 . 01 . 006 . 06 . 06 . 01 . 0018 . 06 . 01 . 0018 . 06 . 01 . 001 . 06 . 00 . 1XARXA1 . 01 . 01 . 01 . 006 . 06 . 06 . 01 . 0018 . 06 . 01 . 002 . 09 . 09 . 0XARBY99 . 088 . 076 . 061 . 050 . 09 . 08 . 06 . 01 . 00我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表

49、里边有一个活的生物 模糊假言推理模糊假言推理 两种推理方法计算结果对比两种推理方法计算结果对比99 . 088 . 076 . 061 . 050 . 0MY扎德推理法结果：扎德推理法结果：Mamdani推理法结果：推理法结果：99 . 088 . 076 . 064 . 054 . 0ZY按模糊控制规则要求：按模糊控制规则要求：“若输入小，则输出高若输入小，则输出高”当输入为较小时，输出应为当输入为较小时，输出应为“较高较高”90 . 188 . 076 . 061 . 050 . 0高高X比较以上两种推理法所得到的不同结果，似乎比较以上两种推理法所得到的不同结果，似乎Mamdani推理推理

50、结果更接近结果更接近“较高较高”。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 模糊条件推理模糊条件推理 介绍两类模糊条件语句：介绍两类模糊条件语句：if A then B else C和和if A and B then C的模糊条件推理。的模糊条件推理。( (三三) ) 模糊推理系统模糊推理系统( (Fuzzy Inference System ,FIS) ) “if A then B else C”的模糊条件推理的模糊条件推理 设设A是论域是论域X上的模糊子集，上的模糊子集，B及及C为论域为论域Y上