第6章--先进控制技术ppt课件.ppt

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1、 微型计算机控制技术微型计算机控制技术 自 动 化 2008.31/16/20231经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第6章 先进控制技术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1/16/20232经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用6.1 模糊控制技术n 6.1.1 模糊控制的数学基础n 6.1.2 模糊控制原理n 6.1.3 模糊控制器设计1/16/20233

2、经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用模模糊糊逻逻辑辑控控制制（Fuzzy Logic Control），又又称称模模糊糊控控制制（Fuzzy Control），是是以以模模糊糊集集合合论论、模模糊糊语语言言变变量量和和模模糊糊逻逻辑辑推推理理为为基基础础的的一一类类计计算算机机控控制制策略，模糊控制是一种非线性控制。策略，模糊控制是一种非线性控制。“模模糊糊”是是人人类类感感知知万万物物、获获取取知知识识、思思维维推推理理、决决策策实实施施的的重重要要特特征征，它它比比“清清晰晰”所所拥拥有有的的信信

3、息息量量更更大大，内内涵涵更更丰丰富富，更更符符合合客客观观世世界界。模模糊糊控控制制不不是是采采用用纯纯数数学学建建模模的的方方法法，而而是是结结合合专专家家的的知知识识和和思思维维，进进行行学学习习与与推推理理、联联想想和和决决策策的的过过程程，由由计计算算机机来来辨辨识识和和建建模模，并并进进行行控控制制。因因此此，它它属属于于智能控制智能控制的范畴。的范畴。模糊控制概述 1/16/20234经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用1965年年，美美国国的的LAZadeh创创立立了了模模糊糊集集合合

4、论论；19681973年年期期间间他他先先后后提提出出语语言言变变量量、模模糊糊条条件件语语句句和和模模糊糊算算法法等等概概念念和和方方法法，使使得得某某些些以以往往只只能能用用自自然然语语言言的的条条件件语语句句形形式式描描述述的的手手动动控控制制规规则则可可采采用用模模糊糊条条件件语语句句形形式式来来描描述述，从从而而使使这这些些规规则成为在计算机上可以实现的算法。则成为在计算机上可以实现的算法。1974年年，英英国国的的EHMamdani首首先先将将模模糊糊控控制制应应用用于于锅锅炉炉和和蒸蒸汽汽机机的的控控制制，在在实实验验室室获获得得成成功功。这这一一开开拓拓性性的的工工作作标标志志

5、着着模模糊糊控控制制论论的的诞诞生生。模模糊糊控控制制技技术术是是由由模模糊糊数数学学、计计算算机机科科学学、人人工工智智能能、知知识识工工程程等等多多门门学学科科相相互互渗渗透透，且且理理论论性性很很强强的的科科学技术。学技术。模糊控制概述 1/16/20235经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用6.1.1 模糊控制的数学基础1模糊集合模糊集合 2模糊集合的运算模糊集合的运算 3模糊关系模糊关系 4模糊逻辑模糊逻辑5模糊推理模糊推理 1/16/20236经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消

6、费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用1模糊集合n各种事物从内涵和外延的角度分类模糊集合：模糊集合：A 隶属函数：模糊集合的特征函数，记作隶属函数：模糊集合的特征函数，记作 ，则其表示元素，则其表示元素x属属于模糊集合于模糊集合A的程度。的程度。模糊集合：在论域模糊集合：在论域U上的模糊集合上的模糊集合A，由隶属函数，由隶属函数 来表征，来表征，在在0，1区间内连续取值。区间内连续取值。的大小反映了元素的大小反映了元素x对于模糊集对于模糊集合合A的隶属程度，称为隶属度。的隶属程度，称为隶属度。1/16/20237经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，

7、应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用1模糊集合例：判断某人是否属于老年人？例：判断某人是否属于老年人？表示此题的隶属函数：表示此题的隶属函数：式中式中x表示表示50岁以上的年龄。岁以上的年龄。1/16/20238经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2模糊集合的运算对于给定论域对于给定论域U上的模糊集合上的模糊集合A、B、C，借助于隶属函数定义，借助于隶属函数定义它们之间的运算关系。它们之间的运算关系。(1)(1)相等相等 xU,U,都有都有A

8、A(x)=(x)=B B(x),(x),则称则称A与与B相等，记相等，记A=B。(2)(2)补集补集 xU,都有都有B B(x)=1-A A(x),则称则称B是是A的补集，记作的补集，记作 B=A(3)包含包含 xU,都有都有A A(x)B B(x),则称则称A包含包含B，记作，记作AB。(4)并集并集 xU,都有都有C C(x)=maxA A(x),B B(x)=A A(x)B B(x),则称则称C是是A与与B的并集的并集,记作记作C=AB。(5)交集交集 xU,都有都有C C(x)=minA A(x),B B(x)=A A(x)B B(x),则称则称C是是A与与B的交集的交集,记作记作C=

9、AB。1/16/20239经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用3 3模糊关系模糊关系(1)(1)关系关系 客客观观世世界界的的各各事事物物之之间间普普遍遍存存在在着着联联系系，描描写写事事物物之之间间联联系系的数学模型之一就是关系。关系常用符号的数学模型之一就是关系。关系常用符号R R表示。表示。关关系系的的概概念念:若若R R为为由由集集合合X X到到集集合合Y Y的的普普通通关关系系，则则对对任任意意xXxX，yYyY都只能有以下两种情况：都只能有以下两种情况：x x与与y y有某种关系，即有某种

10、关系，即xRy;xRy;或或x x与与y y无某种关系，即无某种关系，即xRy;xRy;直直积积集集:由由X X到到Y Y的的关关系系R R，也也可可用用序序对对(x,y)(x,y)来来表表示示，其其中中xXxX，yYyY。所有有关系。所有有关系R R的序对可以构成一个的序对可以构成一个R R集。集。在在集集X X与与集集Y Y中中各各取取出出一一元元素素排排成成序序对对，所所有有这这样样序序对对的的集集合合叫做叫做X X和和Y Y的直积集的直积集(也称笛卡尔乘积集也称笛卡尔乘积集)，记为，记为 XY=XY=(x,y)(x,y)xX,yYxX,yY显然，显然，R R集是集是X X和和Y Y的直

11、积集的一个子集，即的直积集的一个子集，即 1/16/202310经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用例如，有两个集合甲和乙，其中例如，有两个集合甲和乙，其中 甲甲=xx为甲班乒乓队队员为甲班乒乓队队员 乙乙=yy为乙班乒乓队队员为乙班乒乓队队员若若R表表示示甲甲与与乙乙之之间间对对抗抗赛赛关关系系，甲甲队队的的1和和乙乙队队的的a建建立立对对打打关关系系记记为为1Ra；甲甲对对2和和乙乙队队的的b建建立立对对打打关关系系，记记为为2Rb；同同理理有有3Rc。则有。则有 甲甲乙乙=(1,a),(1,b)

12、,(1,c),(2,a),(2,b),(2,c),(3,a),(3,b)(3,c)而而 R=(1,a),(2,b),(3,c)显然显然 R 甲甲乙乙 1/16/202311经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用几个常见的关系几个常见的关系自自返返性性关关系系：一一个个关关系系R R，若若对对 xXxX，都都有有xRx,xRx,即即集集合合的的每每一一个个元元素素x x都都与与自自身身有有这这一一关关系系，则则称称R R为为具具有有自自返返性性的的关关系系。例例如如，把把X X看看作作是是集集合合，同同族

13、族关关系系便便具具有有自自返返性性，但但父父子子关关系系不不具具有有自自返返性。性。对对称称性性关关系系：一一个个X X中中的的关关系系R R，对对 x,yX,x,yX,若若有有xRyxRy，必必有有yRxyRx，即即满满足足这这一一关关系系的的两两个个元元素素的的地地位位可可以以对对调调，则则称称R R为为具具有有对对称称性性关关系系。例例如如：兄兄弟弟关关系系和和朋朋友友关关系系都都具具有有对对称称性性，但但父父与与子子关关系系不具有对称性。不具有对称性。传传递递性性关关系系：一一个个X X中中的的关关系系R R，若若对对 x,y,zX,x,y,zX,且且有有xRy,yRzxRy,yRz，

14、则则必必有有xRz,xRz,则则称称R R具具有有传传递递性性关关系系。例例如如，兄兄弟弟关关系系和和同同族族关关系系具具有传递性，但父子关系不有传递性。有传递性，但父子关系不有传递性。具有自返性和对称性的关系称为相容关系，具有传递性的相容具有自返性和对称性的关系称为相容关系，具有传递性的相容关系称为等价关系。关系称为等价关系。1/16/202312经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用n(2)模糊关系n 两组事物之间的关系不宜用“有”或“无”作肯定或否定回答时，可以用模糊关系来描述。n 集合X到集合Y

15、中的一个模糊关系R是直积空间XY中的一个模糊子集合。集合X到集合X中的模糊关系，称为集合X上的模糊关系。n 只要给出直积空间XY中的模糊集R的隶属函数R(x，y)，集合X到集合Y的模糊关系R也就确定了。模糊关系也有自返性、对称性、传递性等关系。1/16/202313经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用n(3)模糊矩阵n 模糊矩阵是用来表示模糊关系的一种方法，矩阵中的aij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。记为：在闭区间在闭区间0,1中取值，我们把元素在闭区间中取值，我们

16、把元素在闭区间0,1中取中取值的矩阵称为模糊矩阵。值的矩阵称为模糊矩阵。模糊矩阵一般形式：模糊矩阵一般形式：R(x，y)其中，其中，0 aij 1，1im，1 jn，矩阵矩阵A可记为可记为A=(aij)。1/16/202314经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用n对于模糊矩阵，有下面四种预算：n并：对于a=(aij)和b=(bij)，若有cij=max(aij，bij)=aijbij，则称c=(cij)为A和B的并，记为C=AB。n交：对于a=(aij)和b=(bij)，若有cij=min(aij，b

17、ij)=aij bij，则称c=(cij)为A和B的交，记为C=AB。n补：对于a=(aij)，则（-aij）为A的补矩阵，记为 A。1/16/202315经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用n乘：模糊矩阵的乘法运算与普通矩阵乘法类似，所不同的是并非两项相乘后再相加，而是先取小再取大。若 则C中的元素 Cij=maxminaik,bkj=aikbkj。1/16/202316经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用

18、n若有则有1/16/202317经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用例：模糊关系。设R1和R2分别代表XY和YZ的模糊关系，求X到Z模糊关系。则1/16/202318经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用4模糊逻辑n二值逻辑：建立在取真“1”和取假“0”二值基础上的数理逻辑，是计算机科学的基础理论。n模糊逻辑：模糊逻辑的真值x在区间0,1中连续取值，x越接近1，说明真的程度越大。n模糊逻辑是二值逻辑的直接推广，

19、因此，模糊逻辑是无限多值逻辑，也就是连续值逻辑。模糊逻辑仍有二值逻辑的逻辑并(析取)、逻辑交(合取)、逻辑补(否定)的运算。1/16/202319经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用5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。本节主要讨论假言推理和条件语句。纳推理。本节主要讨论假言推理和条件语句。假言推理假言推理(2)模糊条件语句模糊条件语句1/16/202320经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿

20、其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用(1)(1)假言推理假言推理基本规则：如果已知命题基本规则：如果已知命题A A（即可以分辨真假的陈述句）蕴（即可以分辨真假的陈述句）蕴涵命题涵命题B B，即，即ABAB（若（若A A则则B B）；如今确实）；如今确实A A，则可以得到结论，则可以得到结论为为B B，其逻辑结构为，其逻辑结构为 若若A A，则，则B B；如今如今A A；-结论结论B B。举例：如果举例：如果A A看成看成“小王住院小王住院”，B B看成看成“小王生病小王生病”；则若则若“小王住院小王住院”真，真，“小王生病小王生病”也真。也真。1/16/20232

21、1经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用n（2）模糊假言推理 命题A，B均为精确命题，在模糊情况下A与B均为模糊命题，代表模糊事件，要用模糊假言推理来进行推理。设设X X和和Y Y是两个各自具有基础变量是两个各自具有基础变量x x和和y y的论域，其中的论域，其中模糊集合：模糊集合：的隶属函数分别为的隶属函数分别为从从X到到Y的一个模糊关系的一个模糊关系 ，表示，表示XY论域上，描述模糊论域上，描述模糊条件语句条件语句“若若 则则 ”的模糊关系，其隶属函数为的模糊关系，其隶属函数为1/16/202322

22、经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用例：若x小则y大，已给x较小，试问y如何？设论域则AB=若x小则y大（x，y）=（小（x）大（y）1-小（x）1/16/202323经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用算得矩阵R如下：如第二行第四列上午0.5是这样算得的：1/16/202324经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用然

23、后进行合成运算,由模糊集合较小的定义，可进行如下的合成运算：结果与大=0/1+0/2+0/3+0.5/4+1/5相比较，可得到“Y比较大”1/16/202325经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用模糊条件语句模糊条件语句1/16/202326经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用1/16/202327经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价

24、款或接受服务的费用6.1.2 模糊控制原理模糊控制系统通常由模糊控制器、输入输出接口、执行机构、模糊控制系统通常由模糊控制器、输入输出接口、执行机构、测量装置和被控对象等五个部分组成，如图所示。测量装置和被控对象等五个部分组成，如图所示。模糊控制系统与通常的计算机控制系统的主要区别是采用了模模糊控制系统与通常的计算机控制系统的主要区别是采用了模糊控制器。模糊控制器是模糊控制系统的核心，一个模糊系统糊控制器。模糊控制器是模糊控制系统的核心，一个模糊系统的性能优劣，主要取决于的性能优劣，主要取决于:模糊控制器的结构，所采用的模糊规模糊控制器的结构，所采用的模糊规则、合成推理算法以及模糊决策的方法等

25、因素。则、合成推理算法以及模糊决策的方法等因素。1/16/202328经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用n1模糊化接口n2知识库n3推理机 n4清晰化接口 下下面面我我们们来来讨讨论论模模糊糊控控制制器器的的组组成成和和各各部部分分的的工工作作原原理理。模糊控制器主要包括模糊控制器主要包括1/16/202329经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用1模糊化接口模糊控制器的确定量输入必须经过模糊化接口模糊化后，

26、转模糊控制器的确定量输入必须经过模糊化接口模糊化后，转换成一个模糊矢量才能用于模糊控制，具体可按模糊化等级换成一个模糊矢量才能用于模糊控制，具体可按模糊化等级进行模糊化。进行模糊化。1/16/202330经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用例如，取值在例如，取值在a,b间的连续量间的连续量x经公式经公式 变变换换为为取取值值在在-6,6-6,6间间的的连连续续量量y y，再再将将y y模模糊糊化化为为七七级级，相相应的模糊量用模糊语言表示如下：应的模糊量用模糊语言表示如下：在在-6-6附近称为负大，记

27、为附近称为负大，记为NLNL；在在-4-4附近称为负中，记为附近称为负中，记为NMNM；在在-2-2附近称为负小，记为附近称为负小，记为NSNS；在在0 0附近称为适中，记为附近称为适中，记为ZOZO；在在2 2附近称为正小，记为附近称为正小，记为PSPS；在在4 4附近称为正中，记为附近称为正中，记为PMPM；在在6 6附近称为正大，记为附近称为正大，记为PLPL。1/16/202331经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用因此，对于模糊输入变量y，其模糊子集为y=NL,NM,NS,ZO,PS,PM,

28、PL。这样，它们对应的模糊子集可用表这样，它们对应的模糊子集可用表6-16-1表示。表中的数为对应元素表示。表中的数为对应元素在对应模糊集中的隶属度。当然，这仅是一个示意性的表，目的在对应模糊集中的隶属度。当然，这仅是一个示意性的表，目的在于说明从精确量向模糊量的转换过程。实际的模糊集要根据具在于说明从精确量向模糊量的转换过程。实际的模糊集要根据具体问题来规定。体问题来规定。1/16/202332经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用知识库由数据库和规则库两部分组成。知识库由数据库和规则库两部分组成。数

29、据库数据库所存放的是所有输入输出变量的全部模糊子集的隶属所存放的是所有输入输出变量的全部模糊子集的隶属度矢量值，若论域为连续域，则为隶属度函数。度矢量值，若论域为连续域，则为隶属度函数。2知识库规则库规则库就是用来存放全部模糊控制规则的，在推理时为就是用来存放全部模糊控制规则的，在推理时为“推理推理机机”提供控制规则。模糊控制器的规则是基于专家知识或手动提供控制规则。模糊控制器的规则是基于专家知识或手动操作经验来建立的，它是按人的直觉推理的一种语言表示形式。操作经验来建立的，它是按人的直觉推理的一种语言表示形式。模糊规则通常由一系列的关系词连接而成，如模糊规则通常由一系列的关系词连接而成，如i

30、f-then、else、also、and、or等。关系词必须经过等。关系词必须经过“翻译翻译”，才能将模糊规则，才能将模糊规则数值化。数值化。1/16/202333经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用如如果果某某模模糊糊控控制制器器的的输输入入变变量量为为e(e(误误差差)和和ec(ec(误误差差变变化化)，它它们们相相应应的的语语言言变变量量为为E E与与ECEC。对对于于控控制制变变量量U U，给给出出下下述述一一族族模模糊糊规则：规则：R1 R1：if E is NL and EC is NL

31、then U is PLif E is NL and EC is NL then U is PL R2 R2：if E is NL and EC is NM then U is PLif E is NL and EC is NM then U is PL R3 R3：if E is NL and EC is NS then U is PMif E is NL and EC is NS then U is PM R4 R4：if E is NL and EC is ZO then U is PMif E is NL and EC is ZO then U is PM R5 R5：if E is

32、NM and EC is NL then U is PLif E is NM and EC is NL then U is PL R6 R6：if E is NM and EC is NM then U is PLif E is NM and EC is NM then U is PL R7 R7：if E is NM and EC is NS then U is PMif E is NM and EC is NS then U is PM R8 R8：if E is NM and EC is ZO then U is PMif E is NM and EC is ZO then U is P

33、M R9 R9：if E is NS and EC is NL then U is PLif E is NS and EC is NL then U is PL1/16/202334经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用n R10：if E is NS and EC is NM then U is PLn R11：if E is NS and EC is NS then U is PMn R12：if E is NS and EC is ZO then U is PSn R13：if E is ZO a

34、nd EC is NL then U is PLn R14：if E is ZO and EC is NM then U is PMn R15：if E is ZO and EC is NS then U is PMn R16：if E is ZO and EC is ZO then U is ZOn 通常把if部分称为“前提部”；而then部分称为“结论部”，语言变量E与EC为输入变量，而U为输出变量。1/16/202335经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用3推理机推理机是模糊控制器中，根据输入模

35、糊量和知识库推理机是模糊控制器中，根据输入模糊量和知识库(数据库、规数据库、规则库则库)完成模糊推理，并求解模糊关系方程，从而获得模糊控制完成模糊推理，并求解模糊关系方程，从而获得模糊控制量的功能部分。量的功能部分。模糊控制规则也就是模糊决策，它是人们在控制生产过程中的经模糊控制规则也就是模糊决策，它是人们在控制生产过程中的经验总结。这些经验可以写成下列形式：验总结。这些经验可以写成下列形式：“如如A A则则B”B”型型 ，也可以写成，也可以写成if A then B if A then B。“如如A A则则B B否则否则C”C”型型 ，也可以写成，也可以写成if A then B else

36、Cif A then B else C。“如如A A且且B B则则”型型 ，也可以写成，也可以写成if Aif Aand B then Cand B then C。1/16/202336经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 最简单的单输入单输出的控制系统如图最简单的单输入单输出的控制系统如图a所示，所示，(6-11)(6-11)控制规则可用控制规则可用“如如A则则B”语言来描述，若输入为语言来描述，若输入为A1，则输出为则输出为 1/16/202337经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者

37、的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用双输入单输出的控制系统表示如图双输入单输出的控制系统表示如图b所示，所示，(6-12)(6-12)其控制规则可用其控制规则可用“如如A且且B则则C”型控制语言来描述。若输入为型控制语言来描述。若输入为A1、B1 则输出则输出C1为为 确定一个控制系统的模糊规则就是要求得模糊关系确定一个控制系统的模糊规则就是要求得模糊关系R，而模糊，而模糊关系关系R的求得又取决控制的模糊语言。的求得又取决控制的模糊语言。1/16/202338经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额

38、为消费者购买商品的价款或接受服务的费用4清晰化接口通过模糊决策所得到的输出是模糊量，要进行控制必须经过通过模糊决策所得到的输出是模糊量，要进行控制必须经过清晰化接口将其转换成精确量。清晰化接口将其转换成精确量。若通过模糊决策所得的输出量为若通过模糊决策所得的输出量为:经常采用下面三种方法，将模糊量转换成精确的执行量。经常采用下面三种方法，将模糊量转换成精确的执行量。(1)(1)选择隶属度大的原则：简单、易行、实时性好，但它概括选择隶属度大的原则：简单、易行、实时性好，但它概括的信息量少。的信息量少。(2)(2)加权平均原则：充分利用输出模糊集合所包含的信息。加权平均原则：充分利用输出模糊集合所

39、包含的信息。(3)(3)中位数判决中位数判决:中位数判决法是将隶属函数曲线与横坐标所中位数判决法是将隶属函数曲线与横坐标所围成的面积平均分成两部分，以分界点所对应的论域元素围成的面积平均分成两部分，以分界点所对应的论域元素u ui i作为判决输出。作为判决输出。1/16/202339经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用(1)选择隶属度大的原则选择隶属度大的原则 若对应的模糊决策的模糊集若对应的模糊决策的模糊集C中，元素中，元素满足满足 则取则取u*（精确量）作为输出控制量。如果这样（精确量）作为输出控

40、制量。如果这样的隶属度最大点的隶属度最大点u*不唯一，就取它们的平均值不唯一，就取它们的平均值 或或u1*,u2*的中点的中点(u1*+u2*)/2 作为输出执作为输出执行量，其中行量，其中(6-14)(6-14)1/16/202340经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用这种方法简单、易行、实时性好，但它概括的信这种方法简单、易行、实时性好，但它概括的信息量少。例如，若息量少。例如，若则按最大隶属度原则应取执行量则按最大隶属度原则应取执行量u*=4。又如，若。又如，若 则按平均值法，应取则按平均值法，

41、应取1/16/202341经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用(2)加权平均原则加权平均原则 该方法的输出控制量该方法的输出控制量u的值由下式来决定的值由下式来决定 例如，若例如，若则可求得则可求得u*为为(6-15)(6-15)1/16/202342经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用(3)中位数判决中位数判决 在最大隶属度法中，只考虑了最大隶属在最大隶属度法中，只考虑了最大隶属数，而忽略了其它信息的影响。

42、数，而忽略了其它信息的影响。中位数判决法是将隶属函数曲线与横坐标中位数判决法是将隶属函数曲线与横坐标所围成的面积平均分成两部分，以分界点所对所围成的面积平均分成两部分，以分界点所对应的论域元素应的论域元素 作为判决输出。作为判决输出。1/16/202343经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用4.7.3 模糊控制器设计n1模糊控制器的结构设计n2模糊规则的选择和模糊推理 n3清晰化n4模糊控制器论域及比例因子的确定n5编写模糊控制器的算法程序 n6双输入单输出模糊控制器设计 设计一个模糊控制系统的关键是

43、设计一个模糊控制系统的关键是设计模糊控制器设计模糊控制器，而设计一个模，而设计一个模糊控制器需要：选择模糊控制器的结构、选取模糊规则、确定模糊控制器需要：选择模糊控制器的结构、选取模糊规则、确定模糊化和清晰化方法、确定模糊控制器的参数、编写模糊控制算法糊化和清晰化方法、确定模糊控制器的参数、编写模糊控制算法程序。程序。1/16/202344经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用1.模糊控制器的结构设计模糊控制器的结构设计 (1)单输入单输出结构单输入单输出结构 在单输入单输出系统中，受人类控制过程在单输

44、入单输出系统中，受人类控制过程的启发，一般可设计成一维或二维模糊控制的启发，一般可设计成一维或二维模糊控制器。在极少情况下，才有设计成三维控制器的器。在极少情况下，才有设计成三维控制器的要求。这里所讲的模糊控制器的维数，通常是要求。这里所讲的模糊控制器的维数，通常是指其输入变量的个数。指其输入变量的个数。1/16/202345经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 一维模糊控制器一维模糊控制器 这是一种最为简单的模糊控制器，其输入和输出这是一种最为简单的模糊控制器，其输入和输出变量均只有一个。假设模糊控

45、制器输入变量为变量均只有一个。假设模糊控制器输入变量为X，输出，输出变量为变量为Y，X一般为控制偏差，一般为控制偏差，Y为控制量，此时的模糊为控制量，此时的模糊规则为规则为 R1：if X is A1 then Y is B1 Rn：if X is An then Y is Bn1/16/202346经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 R1：if X is Al then Y is Bl Rn：if X is An then Y is Bn (6-17)(6-17)这里，这里，均为输入输出论域上的均

46、为输入输出论域上的模糊子集。模糊子集。这类模糊规则的模糊关系为这类模糊规则的模糊关系为 1/16/202347经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 二维模糊控制器二维模糊控制器 这里的二维指的是模糊控制器的输入这里的二维指的是模糊控制器的输入变量有两个，而控制器的输出只有一个。变量有两个，而控制器的输出只有一个。这类模糊规则的一般形式为这类模糊规则的一般形式为1/16/202348经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服

47、务的费用 这里，这里，均为论域上的模糊均为论域上的模糊子集。这类模糊规则的模糊关系为子集。这类模糊规则的模糊关系为 在实际系统中，在实际系统中，X1一般取为偏差，一般取为偏差，X2一般取为一般取为偏差变化率，偏差变化率，Y一般取为控制量。一般取为控制量。(6-18)(6-18)1/16/202349经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用(2)多输入多输出结构多输入多输出结构 工业过程中的许多被控对象比较复杂，往工业过程中的许多被控对象比较复杂，往往具有一个以上的输出变量。以二输入三输出为往具有一个以上的

48、输出变量。以二输入三输出为例，则有例，则有由于人对具体事物的逻辑思维一般不超过三维，由于人对具体事物的逻辑思维一般不超过三维，因而很难对多输入多输出系统直接提取控制规因而很难对多输入多输出系统直接提取控制规则。则。1/16/202350经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2模糊规则的选择和模糊推理(1)(1)模糊规则的选择：模糊规则的选择：模模糊糊语语言言变变量量的的确确定定：一一般般说说来来，一一个个语语言言变变量量的的语语言言值值越越多多，对对事事物物的的描描述述就就越越准准确确，可可能能得得到到

49、的的控控制制效效果果就就越越好好。当当然然，过过细细的的划划分分反反而而使使控控制制规规则则变变得得复复杂杂，因因此此应应视视具具体体情情况况而而定定。如如误误差差等等的的语语言言变变量量的的语语言言值值一一般般取取为为 负大，负中，负小，负零，正零，正小，正中，正大负大，负中，负小，负零，正零，正小，正中，正大。语语言言值值隶隶属属函函数数的的确确定定：语语言言值值的的隶隶属属函函数数又又称称为为语语言言值值的的语语义义规规则则，它它有有时时以以连连续续函函数数的的形形式式出出现现，有有时时以以离离散散的的量量化化等等级级形形式式出出现现。连连续续的的隶隶属属函函数数描述比较准确，而离散的量

50、化等级简洁直观。描述比较准确，而离散的量化等级简洁直观。模糊控制规则的建立：模糊控制规则的建立常采用模糊控制规则的建立：模糊控制规则的建立常采用经验归纳法经验归纳法和和推理合成法推理合成法。所所谓谓经经验验归归纳纳法法，就就是是根根据据人人的的控控制制经经验验和和直直觉觉推推理理，经经整整理理、加加工工和和提提炼炼后后构构成成模模糊糊规规则则的的方方法法，它它实实质质上上是是从从感感性性认认识识上上升升到到理理性性认认识识的的一一个个飞飞跃跃过程。过程。推推理理合合成成法法是是根根据据已已有有的的输输入入输输出出数数据据对对，通通过过模模糊糊推推理理合合成成，求求取取模模糊糊控制规则。控制规则