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1、第第4 4章章 模糊控制模糊控制4.1 模糊控制的基本原理模糊控制的基本原理4.1.1 模糊控制原理模糊控制原理4.1.2 模糊控制器的构成模糊控制器的构成4.1.3 模糊控制系统的工作原理模糊控制系统的工作原理4.1.4 模糊控制器结构模糊控制器结构4.2 模糊控制系统分类模糊控制系统分类4.3 模糊控制器的设计模糊控制器的设计4.3.1 模糊控制器的设计步骤模糊控制器的设计步骤4.3.2 模糊控制器的模糊控制器的Matlab仿真仿真 4.4 模糊控制器设计实例模糊控制器设计实例4.5 4.5 模糊自适应整定模糊自适应整定PIDPID控制控制4.6 Sugeno模糊模型模糊模型4.6.1 S

2、ugeno模糊模型模糊模型4.6.2 Sugeno模糊模型的设计模糊模型的设计4.7 基于基于Sugeno模糊模型的模糊模型的 倒立摆模糊控制倒立摆模糊控制倒立摆模型的局部线性化倒立摆模型的局部线性化4.7.2 4.7.2 仿真实例仿真实例 4.8 模糊控制的应用模糊控制的应用4.9 模糊控制发展概况模糊控制发展概况 模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制是是是是以以以以模模模模糊糊糊糊集集集集理理理理论论论论、模模模模糊糊糊糊语语语语言言言言变变变变量量量量和和和和模模模模糊糊糊糊逻逻逻逻辑辑辑辑推推推推理理理理为为为为基基基基础础础础的的的的一一一一种种种种智智智智能能能能控控控控制制制制方方方

3、方法法法法。它它它它是是是是从从从从行行行行为为为为上上上上模模模模仿仿仿仿人人人人的的的的模模模模糊糊糊糊推推推推理理理理和和和和决决决决策策策策过过过过程程程程的的的的一一一一种种种种智智智智能能能能控控控控制制制制方方方方法法法法。该该该该方方方方法法法法首首首首先先先先将将将将操操操操作作作作人人人人员员员员或或或或专专专专家家家家经经经经验验验验编编编编成成成成模模模模糊糊糊糊规规规规则则则则，然然然然后后后后将将将将来来来来自自自自传传传传感感感感器器器器的的的的实实实实时时时时信信信信号号号号模模模模糊糊糊糊化化化化，将将将将模模模模糊糊糊糊化化化化后后后后的的的的信信信信号号号

4、号作作作作为为为为模模模模糊糊糊糊规规规规则则则则的的的的输输输输入入入入，完完完完成成成成模模模模糊糊糊糊推推推推理，将推理后得到的输出量加到执行器上。理，将推理后得到的输出量加到执行器上。理，将推理后得到的输出量加到执行器上。理，将推理后得到的输出量加到执行器上。4.1 模糊控制的基本原理模糊控制的基本原理4.1.1 4.1.1 模糊控制原理模糊控制原理模糊控制原理模糊控制原理图图模糊控制原理框图模糊控制原理框图 模模糊糊控控制制器器（Fuzzy ControllerFC）也也 称称 为为 模模 糊糊 逻逻 辑辑 控控 制制 器器（Fuzzy Logic ControllerFLC）,由由

5、于于所所采采用用的的模模糊糊控控制制规规则则是是由由模模糊糊理理论论中中模模糊糊条条件件语语句句来来描描述述的的，因因此此模模糊糊控控制制器器是是一一种种语语言言型型控控制制器器，故故也也称称 为为 模模 糊糊 语语 言言 控控 制制 器器（Fuzzy Language ControllerFLC）。）。4.1.2 模糊控制器的构成模糊控制器的构成 模糊控制器的组成框图如图所示。模糊控制器的组成框图如图所示。图图 模糊控制器的组成框图模糊控制器的组成框图 1.1.模糊化接口（模糊化接口（Fuzzy interfaceFuzzy interface）模模糊糊控控制制器器的的输输入入必必须须通通过

6、过模模糊糊化化才才能能用用于于控控制制输输出出的的求求解解，因因此此它它实实际际上上是是模模糊糊控控制制器器的的输输入入接接口口。它它的的主主要要作作用用是是将将真真实实的的确确定定量量输输入入转转换换为为一一个个模模糊糊矢矢量量。对对于于一一个个模模糊糊输输入入变变量量e e，其其模模糊糊子集通常可以作如下方式划分：子集通常可以作如下方式划分：（1 1）=负负大大，负负小小，零零，正正小小，正正大大=NB,=NB,NS,NS,ZO,PS,PBZO,PS,PB（2 2）=负负大大，负负中中，负负小小，零零，正正小小，正正中中，正正大大=NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB=NB,NM,NS

7、,ZO,PS,PM,PB（3 3）=大大，负负中中，负负小小，零零负负，零零正正，正正小小，正正中，正大中，正大=NB,NM,NS,NZ,PZ,PS,PM,PB=NB,NM,NS,NZ,PZ,PS,PM,PB用三角型隶属度函数表示如图所示。用三角型隶属度函数表示如图所示。图图 模糊子集和模糊化等级模糊子集和模糊化等级 2.知识库（知识库（Knowledge BaseKB）知识库由数据库和规则库两部分构成。知识库由数据库和规则库两部分构成。（1）数数据据库库（Data BaseDB）数数据据库库所所存存放放的的是是所所有有输输入入、输输出出变变量量的的全全部部模模糊糊子子集集的的隶隶属属度度矢矢

8、量量值值（即即经经过过论论域域等等级级离离散散化化以以后后对对应应值值的的集集合合），若若论论域域为为连连续续域域则则为为隶隶属属度度函函数数。在在规规则则推推理理的的模模糊糊关关系系方方程程求求解过程中，向推理机提供数据。解过程中，向推理机提供数据。（2）规规则则库库（Rule BaseRB）模模糊糊控控制制器器的的规规则则司司基基于于专专家家知知识识或或手手动动操操作作人人员员长长期期积积累累的的经经验验，它它是是按按人人的的直直觉觉推推理理的的一一种种语语言言表表示示形形式式。模模糊糊规规则则通通常常有有一一系系列列的的关关系系词词连连接接而而成成，如如if-then、else、also

9、、end、or等等，关关系系词词必必须须经经过过“翻翻译译”才才能能将将模模糊糊规规则则数数值值化化。最最常常用用的的关关系系词词为为if-then、also，对对于于多多变变量量模模糊糊控控制制系系统统，还还有有and等等。例例如如，某某模模糊糊控控制制系系统统输输入入变变量量为为（误误差差）和和（误误差差变变化化），它它们们对对应应的的语语言言变变量量为为E和和EC，可可给给出出一一组组模模糊糊规则：规则：R1:IF E is NB and EC is NB then U is PBR2:IF E is NB and EC is NS then U is PM 通通常常把把if部部分分称称

10、为为“前前提提部部分分，而而then部部分分称称为为“结结论论部部分分”，其其基基本本结结构构可可归归纳纳为为If A and B then C,其其中中A为为论论域域U上上的的一一个个模模糊糊子子集集，B是是论论域域V上上的的一一个个模模糊糊子子集集。根根据据人人工工控控制制经经验验，可可离离线线组组织织其其控控制制决决策策表表R,R是是笛笛卡卡儿儿乘乘积积集集上上的的一一个个模模糊糊子子集集，则则某某一一时时刻刻其其控控制制量量由由下下式式给给出：出：式中式中 模糊直积运算；模糊直积运算；模糊合成运算。模糊合成运算。规规则则库库是是用用来来存存放放全全部部模模糊糊控控制制规规则则的的，在在

11、推推理理时时为为“推推理理机机”提提供供控控制制规规则则。规规则则条条数数和和模模糊糊变变量量的的模模糊糊子子集集划划分分有有关关，划划分分越越细细，规规则则条条数数越越多多，但但并并不不代代表表规规则则库库的的准准确确度度越越高高，规规则则库的库的“准确性准确性”还与专家知识的准确度有关。还与专家知识的准确度有关。3推推理理与与解解模模糊糊接接口口（Inference and Defuzzy-interface）推推理理是是模模糊糊控控制制器器中中，根根据据输输入入模模糊糊量量，由由模模糊糊控控制制规规则则完完成成模模糊糊推推理理来来求求解解模模糊糊关关系系方方程程，并并获获得得模模糊糊控控

12、制制量量的的功功能能部部分分。在在模模糊糊控控制制中中，考考虑虑到到推推理理时时间间，通通常常采采用用运运算算较较简简单单的的推推理理方方法法。最最基基本本的的有有Zadeh近近似似推推理理，它它包包含含有有正正向向推推理理和和逆逆向向推推理理两两类类。正正向向推推理理常常被被用用于于模模糊糊控控制制中中，而而逆逆向向推理一般用于知识工程学领域的专家系统中。推理一般用于知识工程学领域的专家系统中。推推理理结结果果的的获获得得，表表示示模模糊糊控控制制的的规规则则推推理理功功能能已已经经完完成成。但但是是，至至此此所所获获得得的的结结果果仍仍是是一一个个模模糊糊矢矢量量，不不能能直直接接用用来来

13、作作为为控控制制量量，还还必必须须作作一一次次转转换换，求求得得清清晰晰的的控控制制量量输输出出，即即为为解解模模糊糊。通通常常把输出端具有转换功能作用的部分称为解模糊接口。把输出端具有转换功能作用的部分称为解模糊接口。综综上上所所述述，模模糊糊控控制制器器实实际际上上就就是是依依靠靠微微机机（或或单单片片机机）来来构构成成的的。它它的的绝绝大大部部分分功功能能都都是是由由计计算算机机程程序序来来完完成成的的。随随着着专专用用模模糊糊芯芯片片的的研研究究和和开开发发，也也可可以以由由硬硬件件逐逐步步取取代代各各组组成成单单元元的的软软件件功功能。能。4.1.3 模糊控制系统的工作原理模糊控制系

14、统的工作原理 以以以以水水水水位位位位的的的的模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制为为为为例例例例，如如如如下下下下图图图图所所所所示示示示。设设设设有有有有一一一一个个个个水水水水箱箱箱箱，通通通通过过过过调调调调节节节节阀阀阀阀可可可可向向向向内内内内注注注注水水水水和和和和向向向向外外外外抽抽抽抽水水水水。设设设设计计计计一一一一个个个个模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制器器器器，通通通通过过过过调调调调节节节节阀阀阀阀门门门门将将将将水水水水位位位位稳稳稳稳定定定定在在在在固固固固定定定定点点点点附附附附近近近近。按按按按照照照照日日日日常常常常的的的的操操操操作作作作经经经经验验验验，可可

15、可可以以以以得得得得到到到到基基基基本本本本的的的的控控控控制规则：制规则：制规则：制规则：“若若若若水水水水位位位位高高高高于于于于OO点点点点，则则则则向向向向外外外外排排排排水水水水，差差差差值值值值越越越越大大大大，排排排排水越快水越快水越快水越快”；“若若若若水水水水位位位位低低低低于于于于OO点点点点，则则则则向向向向内内内内注注注注水水水水，差差差差值值值值越越越越大大大大，注注注注水越快水越快水越快水越快”。根据上述经验，按下列步骤根据上述经验，按下列步骤根据上述经验，按下列步骤根据上述经验，按下列步骤设计模糊控制器设计模糊控制器设计模糊控制器设计模糊控制器：图水箱液位控制返还

16、1 1 确定观测量和控制量确定观测量和控制量确定观测量和控制量确定观测量和控制量 定定定定义义义义理理理理想想想想液液液液位位位位OO点点点点的的的的水水水水位位位位为为为为h h0 0，实实实实际际际际测测测测得得得得的的的的水水水水位位位位高度为高度为高度为高度为h h，计算液位差，计算液位差，计算液位差，计算液位差将当前水位对于将当前水位对于将当前水位对于将当前水位对于OO点的偏差点的偏差点的偏差点的偏差e e作为观测量。作为观测量。作为观测量。作为观测量。2 2 输入量和输出量的模糊化输入量和输出量的模糊化输入量和输出量的模糊化输入量和输出量的模糊化 将将将将偏偏偏偏差差差差e e分分

17、分分为为为为五五五五级级级级：负负负负大大大大（NBNB），负负负负小小小小（NSNS），零（零（零（零（OO），正小（），正小（），正小（），正小（PSPS），正大（），正大（），正大（），正大（PBPB）。）。）。）。将偏差将偏差将偏差将偏差e e的变化范围量化为七个等级：的变化范围量化为七个等级：的变化范围量化为七个等级：的变化范围量化为七个等级：-3-3，-2-2，-1 1，0 0，+1+1，+2+2，+3+3。得到如下水位变化模糊表。得到如下水位变化模糊表。得到如下水位变化模糊表。得到如下水位变化模糊表。表表表表 水位变化划分表水位变化划分表水位变化划分表水位变化划分表 控控控控制制

18、制制量量量量u u为为为为调调调调节节节节阀阀阀阀门门门门开开开开度度度度的的的的变变变变化化化化,将将将将其其其其分分分分为为为为五五五五级级级级：负负负负大大大大（NBNB）、负负负负小小小小（NSNS）、零零零零（OO）、正正正正小小小小（PSPS）、正正正正大大大大（PBPB）,并并并并将将将将u u的的的的变变变变化化化化范范范范围围围围分分分分为为为为九九九九个个个个等等等等级级级级：-4-4、-3-3、-2-2、-1-1、0 0、+1+1、+2+2、+3+3、+4+4。得得得得到控制量模糊划分如到控制量模糊划分如到控制量模糊划分如到控制量模糊划分如下表下表下表下表。表表表表 控制

19、量变化划分表控制量变化划分表控制量变化划分表控制量变化划分表返回3 3 模糊控制规则的描述模糊控制规则的描述模糊控制规则的描述模糊控制规则的描述 根据日常的经验，设计以下模糊控制规则：根据日常的经验，设计以下模糊控制规则：根据日常的经验，设计以下模糊控制规则：根据日常的经验，设计以下模糊控制规则：（1 1）“若若若若e e负大，则负大，则负大，则负大，则u u正大正大正大正大”（2 2）“若若若若e e负小，则负小，则负小，则负小，则u u正小正小正小正小”（3 3）“若若若若e e为为为为0 0，则，则，则，则u u为为为为0”0”（4 4）“若若若若e e正小，则正小，则正小，则正小，则u

20、 u负小负小负小负小”（5 5）“若若若若e e正大，则正大，则正大，则正大，则u u负大负大负大负大”上述规则采用上述规则采用上述规则采用上述规则采用“IF A THEN B”“IF A THEN B”形式来描述：形式来描述：形式来描述：形式来描述：（1 1）if e=NB then u=NB if e=NB then u=NB （2 2）if e=NS then u=NS if e=NS then u=NS （3 3）if e=0 then u=0 if e=0 then u=0 （4 4）if e=PS then u=PS if e=PS then u=PS （5 5）if e=PB t

21、hen u=PB if e=PB then u=PB 根据上述经验规则，可得如下根据上述经验规则，可得如下根据上述经验规则，可得如下根据上述经验规则，可得如下模糊控制规则表模糊控制规则表模糊控制规则表模糊控制规则表。表表表表 模糊控制规则表模糊控制规则表模糊控制规则表模糊控制规则表4 4 求模糊关系求模糊关系求模糊关系求模糊关系 模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制规规规规则则则则是是是是一一一一个个个个多多多多条条条条语语语语句句句句，它它它它可可可可以以以以表表表表示示示示为为为为U UV V上的模糊子集，即模糊关系上的模糊子集，即模糊关系上的模糊子集，即模糊关系上的模糊子集，即模糊关系R R

22、：其其其其中中中中规规规规则则则则内内内内的的的的模模模模糊糊糊糊集集集集运运运运算算算算取取取取交交交交集集集集，规规规规则则则则间间间间的的的的模模模模糊糊糊糊集集集集运算取并集。运算取并集。运算取并集。运算取并集。由由由由以以以以上上上上五五五五个个个个模模模模糊糊糊糊矩矩矩矩阵阵阵阵求求求求并并并并集集集集（即即即即隶隶隶隶属属属属函函函函数数数数最最最最大大大大值值值值），得：，得：，得：，得：5 5 模糊决策模糊决策模糊决策模糊决策 模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制器器器器的的的的输输输输出出出出为为为为误误误误差差差差向向向向量量量量和和和和模模模模糊糊糊糊关关关关系系系系的的的

23、的合合合合成：成：成：成：当误差当误差当误差当误差e e为为为为NBNB，即，即，即，即时，时，时，时，控制器输出控制器输出控制器输出控制器输出为为为为返回 当误差当误差当误差当误差e=-2e=-2，即，即，即，即时，控制器输出为时，控制器输出为时，控制器输出为时，控制器输出为6 6 控制量的反模糊化控制量的反模糊化控制量的反模糊化控制量的反模糊化 由由由由模模模模糊糊糊糊决决决决策策策策可可可可知知知知，当当当当误误误误差差差差为为为为负负负负大大大大时时时时，实实实实际际际际液液液液位位位位远远远远高高高高于于于于理理理理想想想想液液液液位位位位，e=NBe=NB，控控控控制制制制器器器器

24、的的的的输输输输出出出出为为为为一一一一模模模模糊糊糊糊向向向向量，可表示为：量，可表示为：量，可表示为：量，可表示为：如如如如果果果果按按按按照照照照“隶隶隶隶属属属属度度度度最最最最大大大大原原原原则则则则”进进进进行行行行反反反反模模模模糊糊糊糊化化化化，则则则则选选选选择择择择控控控控制制制制量量量量为为为为 ，即即即即阀阀阀阀门门门门的的的的开开开开度度度度应应应应关关关关大大大大一一一一些些些些，减少进水量。减少进水量。减少进水量。减少进水量。仿仿仿仿 真真真真：按按按按 上上上上 述述述述 步步步步 骤骤骤骤，设设设设 计计计计 水水水水 箱箱箱箱 模模模模 糊糊糊糊 控控控控

25、制制制制 的的的的MatlabMatlab仿仿仿仿真真真真程程程程序序序序。通通通通过过过过该该该该程程程程序序序序，可可可可实实实实现现现现模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制的的的的动动动动态态态态仿仿仿仿真真真真。模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制表表表表如如如如下下下下。取取取取偏偏偏偏差差差差e=-3e=-3，运运运运行行行行该该该该程程程程序序序序，得得得得u=-3.1481u=-3.1481。表表表表 模糊控制表模糊控制表模糊控制表模糊控制表4.1.4 模糊控制器结构模糊控制器结构 在在在在确确确确定定定定性性性性控控控控制制制制系系系系统统统统中中中中，根根根根据据据据输输输输入入入

26、入变变变变量量量量和和和和输输输输出出出出变变变变量量量量的的的的个个个个数数数数，可可可可分分分分为为为为单单单单变变变变量量量量控控控控制制制制系系系系统统统统和和和和多多多多变变变变量量量量控控控控制制制制系系系系统统统统。在在在在模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制系系系系统统统统中中中中也也也也可可可可类类类类似似似似地地地地划划划划分分分分为为为为单单单单变变变变量量量量模模模模糊控制和多变量模糊控制。糊控制和多变量模糊控制。糊控制和多变量模糊控制。糊控制和多变量模糊控制。1 1 单变量模糊控制器单变量模糊控制器单变量模糊控制器单变量模糊控制器 在在在在单单单单变变变变量量量量模模模模

27、糊糊糊糊控控控控制制制制器器器器（Single Single Variable Variable Fuzzy Fuzzy ControllerSVFCControllerSVFC）中中中中，将将将将其其其其输输输输入入入入变变变变量量量量的的的的个个个个数数数数定定定定义义义义为模糊控制的维数。为模糊控制的维数。为模糊控制的维数。为模糊控制的维数。（1 1）一一一一维维维维模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制器器器器 如如如如图图图图所所所所示示示示，一一一一维维维维模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制器器器器的的的的输输输输入入入入变变变变量量量量往往往往往往往往选选选选择择择择为为为为受受受受控控

28、控控量量量量和和和和输输输输入入入入给给给给定定定定的的的的偏偏偏偏差差差差量量量量E E。由由由由于于于于仅仅仅仅仅仅仅仅采采采采用用用用偏偏偏偏差差差差值值值值，很很很很难难难难反反反反映映映映过过过过程程程程的的的的动动动动态态态态特特特特性性性性品品品品质质质质，因因因因此此此此，所所所所能能能能获获获获得得得得的的的的系系系系统统统统动动动动态态态态性性性性能能能能是是是是不不不不能能能能令令令令人人人人满满满满意意意意的的的的。这这这这种种种种一一一一维维维维模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制器器器器往往往往往往往往被被被被用于一阶被控对象。用于一阶被控对象。用于一阶被控对象。用于一

29、阶被控对象。（2 2）二二二二维维维维模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制器器器器 如如如如图图图图所所所所示示示示，二二二二维维维维模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制器器器器的的的的两两两两个个个个输输输输入入入入变变变变量量量量基基基基本本本本上上上上选选选选用用用用受受受受控控控控变变变变量量量量和和和和输输输输入入入入给给给给定定定定的的的的偏偏偏偏差差差差E E和和和和偏偏偏偏差差差差变变变变化化化化ECEC。由由由由于于于于它它它它们们们们能能能能够够够够较较较较严严严严格格格格地地地地反反反反映映映映受受受受控控控控过过过过程程程程中中中中输输输输出出出出变变变变量量量量的的的的动动动

30、动态态态态特特特特性性性性，因因因因此此此此，在在在在控控控控制制制制效效效效果果果果上上上上要要要要比比比比一一一一维维维维控控控控制制制制器器器器好好好好得得得得多多多多，也也也也是是是是目目目目前前前前采采采采用用用用较较较较广泛的一类模糊控制器。广泛的一类模糊控制器。广泛的一类模糊控制器。广泛的一类模糊控制器。（3 3）三三三三维维维维模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制器器器器 如如如如图图图图所所所所示示示示，三三三三维维维维模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制器器器器的的的的三三三三个个个个输输输输入入入入变变变变量量量量分分分分别别别别为为为为系系系系统统统统偏偏偏偏差差差差量量量量E

31、 E、偏偏偏偏差差差差变变变变化化化化量量量量ECEC和和和和偏偏偏偏差差差差变变变变化化化化的的的的变变变变化化化化率率率率ECCECC。由由由由于于于于这这这这些些些些模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制器器器器结结结结构构构构较较较较复复复复杂杂杂杂，推推推推理理理理运运运运算算算算时时时时间间间间长长长长，因因因因此此此此除除除除非非非非对对对对动动动动态态态态特特特特性性性性的的的的要要要要求求求求特特特特别别别别高高高高的的的的场场场场合合合合，一一一一般般般般较较较较少少少少选选选选用用用用三三三三维维维维模糊控制器。模糊控制器。模糊控制器。模糊控制器。模模模模糊糊糊糊控控控控制制制

32、制系系系系统统统统所所所所选选选选用用用用的的的的模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制器器器器维维维维数数数数越越越越高高高高，系系系系统统统统的的的的控控控控制制制制精精精精度度度度也也也也就就就就越越越越高高高高。但但但但是是是是维维维维数数数数选选选选择择择择太太太太高高高高，模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制规规规规律律律律就就就就过过过过于于于于复复复复杂杂杂杂。这这这这就就就就是是是是人人人人们们们们在在在在设设设设计计计计模模模模糊糊糊糊控控控控制系统时，多数采用二维控制器的原因。制系统时，多数采用二维控制器的原因。制系统时，多数采用二维控制器的原因。制系统时，多数采用二维控制器的原因

33、。2 2 多变量模糊控制器多变量模糊控制器多变量模糊控制器多变量模糊控制器 一一一一 个个个个 多多多多 变变变变 量量量量 模模模模 糊糊糊糊 控控控控 制制制制（Multiple Multiple Variable Variable Fuzzy Fuzzy ControllerController）系系系系统统统统所所所所采采采采用用用用的的的的模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制器器器器，具具具具有有有有多多多多变变变变量量量量结结结结构构构构，称称称称之之之之为为为为多多多多变变变变量量量量模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制器器器器。如如如如下下下下图图图图所所所所示。示。示。示。要要要要直

34、直直直接接接接设设设设计计计计一一一一个个个个多多多多变变变变量量量量模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制器器器器是是是是相相相相当当当当困困困困难难难难的的的的。可可可可利利利利用用用用模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制器器器器本本本本身身身身的的的的解解解解耦耦耦耦特特特特点点点点，通通通通过过过过模模模模糊糊糊糊关关关关系系系系方方方方程程程程求求求求解解解解。在在在在控控控控制制制制器器器器结结结结构构构构上上上上实实实实现现现现解解解解耦耦耦耦，即即即即将将将将一一一一个个个个多多多多输输输输入入入入-多多多多输输输输出出出出（MIMOMIMO）的的的的模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制器器

35、器器，分分分分解解解解成成成成若若若若干干干干个个个个多多多多输输输输入入入入-单单单单输输输输出出出出（MISOMISO）的的的的模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制器器器器，这样可采用单变量模糊控制器方法设计。这样可采用单变量模糊控制器方法设计。这样可采用单变量模糊控制器方法设计。这样可采用单变量模糊控制器方法设计。图图 多变量模糊控制器多变量模糊控制器返回上一页 4.2 模糊控制系统分类模糊控制系统分类 1 1 按信号的时变特性分类按信号的时变特性分类按信号的时变特性分类按信号的时变特性分类 （1 1）恒值模糊控制系统）恒值模糊控制系统）恒值模糊控制系统）恒值模糊控制系统 系系系系统统统统的

36、的的的指指指指令令令令信信信信号号号号为为为为恒恒恒恒定定定定值值值值，通通通通过过过过模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制器器器器消消消消除除除除外外外外界界界界对对对对系系系系统统统统的的的的扰扰扰扰动动动动作作作作用用用用，使使使使系系系系统统统统的的的的输输输输出出出出跟跟跟跟踪踪踪踪输输输输入入入入的的的的恒恒恒恒定定定定值值值值。也也也也称称称称为为为为“自自自自镇镇镇镇定定定定模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制系系系系统统统统”，如如如如温温温温度模糊控制系统。度模糊控制系统。度模糊控制系统。度模糊控制系统。（2 2）随动模糊控制系统）随动模糊控制系统）随动模糊控制系统）随动模糊控制系

37、统 系系系系统统统统的的的的指指指指令令令令信信信信号号号号为为为为时时时时间间间间函函函函数数数数，要要要要求求求求系系系系统统统统的的的的输输输输出出出出高高高高精精精精度度度度、快快快快速速速速地地地地跟跟跟跟踪踪踪踪系系系系统统统统输输输输入入入入。也也也也称称称称为为为为“模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制跟踪系统跟踪系统跟踪系统跟踪系统”或或或或“模糊控制伺服系统模糊控制伺服系统模糊控制伺服系统模糊控制伺服系统”。2 2 按模糊控制的线性特性分类按模糊控制的线性特性分类按模糊控制的线性特性分类按模糊控制的线性特性分类 对对对对开开开开环环环环模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制系系系系统

38、统统统S S，设设设设输输输输入入入入变变变变量量量量为为为为u u，输输输输出出出出变变变变 量量量量 为为为为 v v。对对对对 任任任任 意意意意 输输输输 入入入入 偏偏偏偏 差差差差 uuuu和和和和 输输输输 出出出出 偏偏偏偏 差差差差 vvvv，满满满满 足足足足 ，。定定定定义义义义线线线线性性性性度度度度，用用用用于于于于衡衡衡衡量量量量模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制系系系系统统统统的的的的线线线线性性性性化程度：化程度：化程度：化程度：其中其中其中其中 ，为线性化因子，为线性化因子，为线性化因子，为线性化因子，mm为模糊子集为模糊子集为模糊子集为模糊子集V V的个数。的

39、个数。的个数。的个数。设设设设k k0 0为为为为一一一一经经经经验验验验值值值值，则则则则定定定定义义义义模模模模糊糊糊糊系系系系统统统统的的的的线线线线性性性性特特特特性性性性为：为：为：为：（1 1）当）当）当）当 时，时，时，时，S S为线性模糊系统；为线性模糊系统；为线性模糊系统；为线性模糊系统；（2 2）当）当）当）当 时，时，时，时，S S为非线性模糊系统。为非线性模糊系统。为非线性模糊系统。为非线性模糊系统。3 3 按静态误差分类按静态误差分类按静态误差分类按静态误差分类 （1 1）有差模糊控制系统）有差模糊控制系统）有差模糊控制系统）有差模糊控制系统 将将将将偏偏偏偏差差差差

40、的的的的大大大大小小小小及及及及其其其其偏偏偏偏差差差差变变变变化化化化率率率率作作作作为为为为系系系系统统统统的的的的输输输输入入入入为有差模糊控制系统。为有差模糊控制系统。为有差模糊控制系统。为有差模糊控制系统。（2 2）无差模糊控制系统）无差模糊控制系统）无差模糊控制系统）无差模糊控制系统 引入积分作用，使系统的静差降至最小。引入积分作用，使系统的静差降至最小。引入积分作用，使系统的静差降至最小。引入积分作用，使系统的静差降至最小。4 4 按系统输入变量的多少分类按系统输入变量的多少分类按系统输入变量的多少分类按系统输入变量的多少分类 控控控控制制制制输输输输入入入入个个个个数数数数为为

41、为为1 1的的的的系系系系统统统统为为为为单单单单变变变变量量量量模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制系系系系统统统统，控控控控制制制制输输输输入入入入个个个个数数数数11的的的的系系系系统统统统为为为为多多多多变变变变量量量量模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制系统。系统。系统。系统。返回4.3 模糊控制器的设计模糊控制器的设计4.3.1 模糊控制器的设计步骤模糊控制器的设计步骤 模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制器器器器最最最最简简简简单单单单的的的的实实实实现现现现方方方方法法法法是是是是将将将将一一一一系系系系列列列列模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制规规规规则则则则离离离离线线线线转转转转化化化

42、化为为为为一一一一个个个个查查查查询询询询表表表表（又又又又称称称称为为为为控控控控制制制制表表表表）。这这这这种种种种模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制其其其其结结结结构构构构简简简简单单单单，使使使使用用用用方方方方便便便便，是是是是最最最最基基基基本本本本的的的的一一一一种种种种形形形形式式式式。本本本本节节节节以以以以单单单单变变变变量量量量二二二二维维维维模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制器器器器为为为为例例例例，介介介介绍绍绍绍这这这这种种种种形形形形式式式式模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制器器器器的的的的设设设设计计计计步步步步骤骤骤骤，其其其其设设设设计计计计思思思思想想想想是是是

43、是设计其他模糊控制器的基础。设计其他模糊控制器的基础。设计其他模糊控制器的基础。设计其他模糊控制器的基础。1 1模糊控制器的结构模糊控制器的结构模糊控制器的结构模糊控制器的结构 单变量二维模糊控制器是最常见的结构形式。单变量二维模糊控制器是最常见的结构形式。单变量二维模糊控制器是最常见的结构形式。单变量二维模糊控制器是最常见的结构形式。2 2 定义输入输出模糊集定义输入输出模糊集定义输入输出模糊集定义输入输出模糊集 对对对对误误误误差差差差E E、误误误误差差差差变变变变化化化化ECEC及及及及控控控控制制制制量量量量u u的的的的模模模模糊糊糊糊集集集集及及及及其论域定义如下：其论域定义如下

44、：其论域定义如下：其论域定义如下：E E、ECEC和和和和u u的模糊集均为：的模糊集均为：的模糊集均为：的模糊集均为：E E、ECEC的论域均为：的论域均为：的论域均为：的论域均为：-3 -3，-2-2，-1-1，0 0，1 1，2，3 u的论域为：的论域为：-4.5,-3,-1.5,0,1,3,4.5 3 3 定义输入输出隶属函数定义输入输出隶属函数定义输入输出隶属函数定义输入输出隶属函数 模模模模糊糊糊糊变变变变量量量量误误误误差差差差E E、误误误误差差差差变变变变化化化化ECEC及及及及控控控控制制制制量量量量u u的的的的模模模模糊糊糊糊集集集集和和和和论论论论域域域域确确确确定定

45、定定后后后后，需需需需对对对对模模模模糊糊糊糊语语语语言言言言变变变变量量量量确确确确定定定定隶隶隶隶属属属属函函函函数，确定论域内元素对模糊语言变量的隶属度。数，确定论域内元素对模糊语言变量的隶属度。数，确定论域内元素对模糊语言变量的隶属度。数，确定论域内元素对模糊语言变量的隶属度。4 4 建立模糊控制规则建立模糊控制规则建立模糊控制规则建立模糊控制规则 根根根根据据据据人人人人的的的的经经经经验验验验，根根根根据据据据系系系系统统统统输输输输出出出出的的的的误误误误差差差差及及及及误误误误差差差差的的的的变变变变化化化化趋趋趋趋势势势势来来来来设设设设计计计计模模模模糊糊糊糊控控控控制制制

46、制规规规规则则则则。模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制规规规规则则则则语语语语句构成了描述众多被控过程的模糊模型。句构成了描述众多被控过程的模糊模型。句构成了描述众多被控过程的模糊模型。句构成了描述众多被控过程的模糊模型。5 5 建立模糊控制表建立模糊控制表建立模糊控制表建立模糊控制表 模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制规规规规则则则则如如如如下下下下表表表表，共共共共4949条条条条模模模模糊糊糊糊规规规规则则则则，各各各各个个个个模模模模糊糊糊糊语语语语句句句句之之之之间间间间是是是是或或或或的的的的关关关关系系系系，由由由由第第第第一一一一条条条条语语语语句句句句所所所所确确确确定定定定的的

47、的的控控控控制制制制规规规规则则则则可可可可以以以以计计计计算算算算出出出出u u1 1。同同同同理理理理，可可可可以以以以由由由由其其其其余余余余各各各各条条条条语语语语句句句句分分分分别别别别求求求求出出出出控控控控制制制制量量量量u u2 2,u u4949，则则则则控控控控制制制制量量量量为为为为模模模模糊糊糊糊集集集集合合合合U U可表示为可表示为可表示为可表示为 表表表表 模糊规则表模糊规则表模糊规则表模糊规则表 6 6 6 6 模糊推理模糊推理模糊推理模糊推理 模模模模糊糊糊糊推推推推理理理理是是是是模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制的的的的核核核核心心心心，它它它它利利利利用用用

48、用某某某某种种种种模模模模糊糊糊糊推推推推理理理理算算算算法法法法和和和和模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制规规规规则则则则进进进进行行行行推推推推理理理理，得得得得出出出出最最最最终终终终的的的的控控控控制量。制量。制量。制量。7 7 7 7 反模糊化反模糊化反模糊化反模糊化 通通通通过过过过模模模模糊糊糊糊推推推推理理理理得得得得到到到到的的的的结结结结果果果果是是是是一一一一个个个个模模模模糊糊糊糊集集集集合合合合。但但但但在在在在实实实实际际际际模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制中中中中，必必必必须须须须要要要要有有有有一一一一个个个个确确确确定定定定值值值值才才才才能能能能控控控控制制制

49、制或或或或驱驱驱驱动动动动执执执执行行行行机机机机构构构构。将将将将模模模模糊糊糊糊推推推推理理理理结结结结果果果果转转转转化化化化为为为为精精精精确确确确值值值值的的的的过程称为反模糊化。常用的反模糊化有三种：过程称为反模糊化。常用的反模糊化有三种：过程称为反模糊化。常用的反模糊化有三种：过程称为反模糊化。常用的反模糊化有三种：(1)(1)最大隶属度法最大隶属度法最大隶属度法最大隶属度法 选选选选取取取取推推推推理理理理结结结结果果果果模模模模糊糊糊糊集集集集合合合合中中中中隶隶隶隶属属属属度度度度最最最最大大大大的的的的元元元元素素素素作作作作为为为为输出值，即输出值，即输出值，即输出值，

50、即 ，。如如如如果果果果在在在在输输输输出出出出论论论论域域域域V V V V中中中中，其其其其最最最最大大大大隶隶隶隶属属属属度度度度对对对对应应应应的的的的输输输输出出出出值值值值多多多多于于于于一一一一个个个个，则则则则取取取取所所所所有有有有具具具具有有有有最最最最大大大大隶隶隶隶属属属属度度度度输输输输出出出出的的的的平平平平均均均均值值值值，即：即：即：即：N N N N为具有相同最大隶属度输出的总数。为具有相同最大隶属度输出的总数。为具有相同最大隶属度输出的总数。为具有相同最大隶属度输出的总数。最最最最大大大大隶隶隶隶属属属属度度度度法法法法不不不不考考考考虑虑虑虑输输输输出出出