第五章模糊控制系统-1.ppt
《第五章模糊控制系统-1.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第五章模糊控制系统-1.ppt(68页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第五章第五章 模糊控制系统模糊控制系统引言引言一、模糊控制理论的产生和发展一、模糊控制理论的产生和发展二、模糊控制的概念和特点二、模糊控制的概念和特点引言引言控制系统的基本结构可分为:控制系统的基本结构可分为:开环控制系统开环控制系统 闭环控制系统闭环控制系统 它们以它们以被控对象的状态变量是否引入负反馈被控对象的状态变量是否引入负反馈到控制器到控制器来予以区分。来予以区分。输出量控制装置被控对象给定值开环控制系统开环控制系统 适用于控制对象变化缓慢,适用于控制对象变化缓慢,不能建立系统数学模型的,不能建立系统数学模型的,控制精度要求不高的场合。控制精度要求不高的场合。开环控制开环控制按给定值
2、操纵的开环控制闭环控制系统闭环控制系统从被控对象检测出状态变量值,并以此从被控对象检测出状态变量值,并以此检测值与目标期望值(给定值)进行比检测值与目标期望值(给定值)进行比较,以较,以偏差值偏差值作为控制器的输入量,由作为控制器的输入量,由控制器按某种数学模型进行运算后的结控制器按某种数学模型进行运算后的结果,作为控制量。果,作为控制量。闭环控制系统结构闭环控制系统结构是负反馈系统是负反馈系统控制量控制量显示打印显示打印显示打印显示打印被控对象被控对象被控对象被控对象控制器控制器控制器控制器反反馈馈量量给给定定值值偏偏差差信信号号 e比比较较器器+-输输输输出出出出信信信信号号号号 u u传
3、统控制方法的局限性传统控制方法的局限性 若用计算机实现传统控制方法:若用计算机实现传统控制方法:A.首先要设定控制目标值。首先要设定控制目标值。B.根据被控对象的特性变化和环根据被控对象的特性变化和环 境变化,通过负反馈原理,不断进行调节境变化,通过负反馈原理,不断进行调节,以跟踪所设定的目标值。以跟踪所设定的目标值。C.设计一个满足控制目标的控制设计一个满足控制目标的控制 器,必须要有数学模型。器,必须要有数学模型。实际实现很困难,特别是对实际实现很困难,特别是对复杂的复杂的非线性系统和多因素的时变系统非线性系统和多因素的时变系统。随着系统复杂程度的提高,将难以建立系统的随着系统复杂程度的提
4、高,将难以建立系统的精确数学模型和满足实时控制的要求。精确数学模型和满足实时控制的要求。人们希望探索一种除数学模型以外的描述人们希望探索一种除数学模型以外的描述手段和处理方法。手段和处理方法。例如:例如:骑自行车骑自行车水箱水温控水箱水温控制制模糊控制理论的产生和发展模糊控制理论的产生和发展模糊控制就是模仿人的控制过程,其中包含了模糊控制就是模仿人的控制过程,其中包含了人的控制经验和知识。人的控制经验和知识。模糊控制方法既可用于简单的控制对象,也可模糊控制方法既可用于简单的控制对象,也可用于复杂的过程。用于复杂的过程。模糊控制以模糊集合论作为数学基础。模糊控制以模糊集合论作为数学基础。1965
5、年年L.A.Zadeh(美国教授美国教授)首先提出了首先提出了模糊集合的概念。模糊集合的概念。1974年年E.H.Mamdani(英国教授英国教授)首先将模首先将模糊集合理论应用于加热器的控制。糊集合理论应用于加热器的控制。模糊控制的主要应用领域模糊控制的主要应用领域航空航天航空航天无人驾驶车辆无人驾驶车辆生产调度系统生产调度系统能源生产系统能源生产系统过程控制系统过程控制系统机器人机器人模糊控制的概念和特点模糊控制的概念和特点 模糊控制模糊控制(Fuzzy control)是指模糊理论在控制技术上的应用。用语言变量代替数学变量或两者结合应用;用模糊条件语句来刻画变量间的函数关系;用模糊算法来
6、刻画复杂关系,模拟人类学习和自适应能力。模糊逻辑控制方法模糊逻辑控制方法把模糊数学理论应用于自动控制领域,从而产把模糊数学理论应用于自动控制领域,从而产生的控制方法称为模糊控制方法。生的控制方法称为模糊控制方法。传统控制依赖于被控系统的传统控制依赖于被控系统的 数学模型数学模型;模糊逻辑控制依赖于被控系统的模糊逻辑控制依赖于被控系统的 物理特性物理特性。优点优点A.无需预先知道被控对象的精确数学模型;无需预先知道被控对象的精确数学模型;B.容易学习和掌握模糊逻辑控制方法(规则由容易学习和掌握模糊逻辑控制方法(规则由人的经验总结出来、以条件语句表示);人的经验总结出来、以条件语句表示);C.有利
7、于人机对话和系统知识处理(以人的语有利于人机对话和系统知识处理(以人的语言形式表示控制知识)。言形式表示控制知识)。经典集合论经典集合论一、经典集合及其运算一、经典集合及其运算二、关系与映射二、关系与映射模糊集合与经典集合模糊集合与经典集合经典集合-描述清晰概念模糊集合描述不确定的概念康托(Cantor,G.F.P.1845年1918年),德国数学家把若干确定的有区别的(不论是具体的或抽象的)把若干确定的有区别的(不论是具体的或抽象的)事物合并起来,看作一个整体,就称为一个集合,事物合并起来,看作一个整体,就称为一个集合,其中各事物称为该集合的元素。其中各事物称为该集合的元素。集合中的每个对象
8、叫做这个集合的集合中的每个对象叫做这个集合的元素。元素。属于不属于一、经典集合及其运算一、经典集合及其运算1.基本概念基本概念论域论域 当讨论某个概念的外延或考虑某个问题的当讨论某个概念的外延或考虑某个问题的议题时,总会圈定一个讨论的范围,这个范议题时,总会圈定一个讨论的范围,这个范围称为论域,常用大写字母围称为论域,常用大写字母 表示表示.元素元素 论域中的每个对象称为元素,常用小写字论域中的每个对象称为元素,常用小写字母母 等符号表示等符号表示集合集合 在某一论域中,具有某种特定属性的对象在某一论域中,具有某种特定属性的对象的全体成为该论域中的一个集合,常用大写的全体成为该论域中的一个集合
9、,常用大写 .或或 等表示。等表示。三者相互关系三者相互关系三者相互关系的常用符号有:表示元素属于集合,表示元素不属于集合,表示集合中的所有元素 表示集合中存在元素2普通集合的表示方法(1)列举法 例如:“小于10的正奇数的集合”记为1,3,5,7,9。(2)定义法 例如:是5的整数倍(3)特征函数法例如:3几种特殊的集合全集全集是包含论域中的全部元素的集合,记为 空集空集是不包含任何元素的集合,记为 是 的一个子集,记作 ,或集合的幂集幂集,是由集合的所有子集构成的集合 普通集合的基本运算普通集合的基本运算*集合交设X,Y为两个集合,由既属于X又属于Y的元素组成的集合P称为X,Y的交集,记作
10、P=XY*集合并设X,Y为两个集合,由属于X或者属于Y的元素组成的集合Q称为X,Y的并集,记作Q=XY *集合补在论域Y上有集合X,则X的补集为具体算法是:在X,Y中各取一个元素组成序偶(x,y),所有序偶组成的集合,就是X,Y的直积。*集合的直积 设X,Y为两集合,定义X,Y的直积为4)集合的特征函数设x为论域X中的元素,A为论域X中定义的一个集合,则x和A的关系可以用集合A的特征函数来表示。它的值域是0,1,它表示元素x是否属于集合A。如果x属于集合A,那么的值为1;如果x不属于集合A,那么的值为0。即普通集合的基本运算普通集合的基本运算普通集合的基本运算普通集合的基本运算例例已知有集合已
11、知有集合X=1,3,7,8,9,Y=2,3,4,7,8,试求试求X和和Y的交集的交集P。P=X Y=3,7,8例例求上例中集合求上例中集合X和和Y的并集的并集S。S=1,2,3,4,7,8,9 例例设集合设集合A=a,b,集合集合B=1,2,3,求直积求直积A B和和B A。A B=(a,1),(a,2),(a,3),(b,1),(b,2),(b,3)B A=(1,a),(1,b),(2,a),(2,b),(3,a),(3,b)可见,可见,A B B A。模糊概念模糊概念天气冷热雨的大小风的强弱人的胖瘦年龄大小个子高低(1)模糊集合的定义:模糊集合的定义:例例 论域为论域为1515到到3535
12、岁之间的人,模糊集岁之间的人,模糊集 表示表示“年轻人年轻人”,则模糊集的隶属,则模糊集的隶属函数可定义为函数可定义为则年龄为则年龄为3030岁的人属于岁的人属于“年轻人年轻人”的程度为:的程度为:给定论域给定论域E E中的一个模糊集中的一个模糊集 ,是指任意元素,是指任意元素xExE,都不同程度地属于这个,都不同程度地属于这个集合,元素属于这个集合的程度可以用隶属函数集合,元素属于这个集合的程度可以用隶属函数 00,11来表示。来表示。模糊集合模糊集合 模糊集合模糊集合(2)模糊集合的表示法:1)Zadeh表示法当论域上的元素为有限个时,定义在该论域上的模糊集可表示为:注意:式中的“”和“/
13、”,仅仅是分隔符号,并不代表“加”和“除”。例 假设论域为5个人的身高,分别为172cm、165cm、175cm、180cm、178cm,他们的身高对于“高个子”的模糊概念的隶属度分别为0.8、0.78、0.85、0.90、0.88。则模糊集“高个子”可以表示为 高个子 模糊集合模糊集合 2)序偶表示法)序偶表示法当论域上的元素为有限个时,定义在该论域上的模糊集还可用序偶的形当论域上的元素为有限个时,定义在该论域上的模糊集还可用序偶的形式表示为:式表示为:或简化为:对于上例的模糊集“高个子”可以用序偶法表示为 高个子或 高个子模糊集合模糊集合 3)隶属函数描述法)隶属函数描述法 论域论域U上的
14、模糊子集可以完全由其隶属函数表示。上的模糊子集可以完全由其隶属函数表示。假设年龄的论域为U=15,35,则模糊集“年轻”可用隶属函数表征为:该隶属函数的形状如图 模糊集合模糊集合(3)模糊集合的运算 模糊集合与普通集合一样也有交、并、补的运算。假设和为论域U上的两个模糊集,它们的隶属函数分别为和 模糊集交 模糊集并 模糊集补 相等若,总有成立,则称和相等,记作。包含若,总有成立,则称包含,记作。模糊集合模糊集合 例:设论域U=a,b,c,d,e上有两个模糊集分别为:求 模糊集合模糊集合(4)模糊运算的性质:交换率,结合率,分配率传递率,则,幂等率摩根率,复原率水平截集水平截集水平截集的定义水平
15、截集的定义在论域在论域U中,给定一个模糊集合中,给定一个模糊集合A,由对于,由对于A的隶属度大于某一水平值的隶属度大于某一水平值(阈值)的元素组成的集合,叫做该模糊集合的(阈值)的元素组成的集合,叫做该模糊集合的水平截集。用公式可以水平截集。用公式可以描述如下:描述如下:其中其中xUxU,0,10,1。显显然,然,A A是一个普通集合。是一个普通集合。例例 已知已知,求求A0.1、A0.2、A0.7 水平截集水平截集1 1)ABAB的的水平截集是水平截集是A A和和B B的并集:的并集:2 2)ABAB的的水平截集是水平截集是A A和和B B的交集:的交集:3 3)如果)如果0,1,0,10,
16、1,0,1且且 ,则,则模糊关系模糊关系 (1)普通关系“关系”是集合论中的一个重要概念,它反映了不同集合的元素之间的关联。普通关系是用数学方法描述不同普通集合中的元素之间有无关联。例 举行一次东西亚足球对抗赛,分两个小组A=中国,日本,韩国,B=伊朗,沙特,阿联酋。抽签决定的对阵形势为:中国-伊朗,日本-阿联酋,韩国-沙特。用R表示两组的对阵关系,则R可用序偶的形式表示为:R=(中国,伊朗),(日本,阿联酋),(韩国,沙特)模糊关系模糊关系可见关系可见关系R是是A,B的直积的直积AB的子集。也可将的子集。也可将R表示为矩阵形式,假设表示为矩阵形式,假设R中的元素中的元素r(i,j)表示表示A
17、组第组第i个球队与个球队与B组第组第j个球队的对应关系,如有对个球队的对应关系,如有对阵关系,则阵关系,则r(i,j)为为1,否则为,否则为0,则,则R可表示为:可表示为:该矩阵称为A和B的关系矩阵。由普通关系的定义可以看出:在定义了某种关系之后,两个集合的元素对于这种关系要么有关联,r(i,j)1;要么没有关联,r(i,j)0。这种关系是很明确的。模糊关系模糊关系 模糊关系的定义模糊关系的定义 假设x是论域U中的元素,y是论域V中的元素,则U到V的一个模糊关系是指定义在上的一个模糊子集,其隶属度代表x和y对于该模糊关系的关联程度。例 我们用模糊关系来描述子女与父母长相的“相像”的关系,假设儿
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第五 模糊 控制系统
限制150内