智能控制技术学习教案.pptx

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1、会计学1智能智能(zh nn)控制技术控制技术第一页，共168页。第一节第一节 模糊控制系统模糊控制系统(kn zh x tn)的组成的组成n n系统：是两个以上彼此联系又相互作用的对象所构成的具有某种功能的系统：是两个以上彼此联系又相互作用的对象所构成的具有某种功能的集体。集体。n n模糊系统：是由那些模糊现象引起的不确定性对象。模糊系统：是由那些模糊现象引起的不确定性对象。n n模糊控制系统是一种自动控制系统，它是以模糊数学、模糊语言形式的模糊控制系统是一种自动控制系统，它是以模糊数学、模糊语言形式的知识表示和模糊逻辑推理为理论基础，采用知识表示和模糊逻辑推理为理论基础，采用(c(c iy

2、ng)iyng)计算机控制技术构计算机控制技术构成的一种具有闭环结构的数学控制系统。它的组成核心是具有智能性的成的一种具有闭环结构的数学控制系统。它的组成核心是具有智能性的模糊控制器。模糊控制器。第1页/共168页第二页，共168页。n n模糊控制系统的主要部件是模糊化过程、知识库（数据库和规则库）、推理决策(juc)和精确化计算。第2页/共168页第三页，共168页。n n模糊控制器采用数字计算机。它具有三个重要功能：n n1、模糊化过程、数据库两块：把系统的偏差从数字量转化为模糊量；n n2、规则库、推理决策完成：对模糊量由给定(i dn)的规则进行模糊推理；n n3、精确化接口：把推理结

3、果的模糊输出量转化为实际系统能够接受的精确数字量或模拟量。第3页/共168页第四页，共168页。n n模糊控制系统(kn zh x tn)的设计问题：模糊化过程、知识库（含数据库和规则库）、推理决策和精确化计算。第4页/共168页第五页，共168页。n n一、模糊一、模糊(m hu)(m hu)化过程化过程n n模糊模糊(m hu)(m hu)化过程主要完成：测量输入变量的值，并将数化过程主要完成：测量输入变量的值，并将数字表示形式的输入量转化为通常用语言值表示的某一限定字表示形式的输入量转化为通常用语言值表示的某一限定码的序数。码的序数。n n上图表示：给出了输入变量上图表示：给出了输入变量

4、x0 x0在给定限定码模糊在给定限定码模糊(m hu)(m hu)子子集（又称语言值）集（又称语言值）AA、B B、C C中具有最大隶属程度。中具有最大隶属程度。第5页/共168页第六页，共168页。n n二、知识库n n知识库包括数据库和规则库 n n1、数据库n n数据库提供必要的定义，包含了语言(yyn)控制规则论域的离散化、量化和正规化以及输入空间的分区、隶属度函数的定义等。第6页/共168页第七页，共168页。n n1）论域的离散化：要使计算机能够处理模糊信息就必须对用模糊集合表示的不确定信息进行量化。n n论域的离散化实质上是一个量化过程。量化就是将一个论域离散成确定数目(shm)

5、的几小段（量化级），每一段用某一个特定术语作为标记，这样就形成一个离散域。第7页/共168页第八页，共168页。n n量化有两种：1、平均量化；2、非线性映射(yngsh)（在大误差段的分辨率要求不高时，量化级别少点；在小误差段的分辨率要求较高时，量化级别多点）。n n量化的特点：1、测量变量的量化会带来误差；2、同时减少了系统对小的扰动的敏感性。第8页/共168页第九页，共168页。n n一个简单的求中间隶属度值的求取。n n在模糊控制系统中，变量的量化给出了控制器计算的简化和控制值的平滑之间的一个折衷，为了消除大的误差，在量化级之间的一些插值运算是必要的。n n一个简单的方法是引入一个权系

6、数w(.)：对于一个连续(linx)的测量值可以通过相邻两个离散值的加权运算得到模糊度的值。第9页/共168页第十页，共168页。n n例 3-1 如果当前测量误差e=3.6。误差的离散值3、4的隶属度值分别为 。则当前测量误差e的隶属度值可以通过插值运算(yn sun)得到：第10页/共168页第十一页，共168页。n n2）输入输出空间的模糊划分：模糊控制规则前提中的每一个(y)语言变量都形成一个(y)与确定论域相对应的模糊输入空间，而在结论中的语言变量则形成模糊输出空间。（模糊划分就是确定基本模糊集的数目）。第11页/共168页第十二页，共168页。n n例如(lr)：两个输出变量A、B

7、下的一个模糊空间划分示意图。第12页/共168页第十三页，共168页。n n3）基本模糊子集的隶属度函数n n模糊集合的隶属度函数是数据库的一个(y)重要组成部分。n n通常有两种模糊集隶属度函数的表示方式：一是数字表示；二是函数表示。第13页/共168页第十四页，共168页。n n一是数字表示：数字表示适用于论域是离散的。一是数字表示：数字表示适用于论域是离散的。n n例如例如(lr)(lr)输入值输入值u u属于不同模糊子集属于不同模糊子集A A的隶属的隶属程度用一个矢量来表示。当输入领域的量化等程度用一个矢量来表示。当输入领域的量化等级总数为级总数为5 5、并分别用、并分别用ui ui表

8、示时，即可写成：表示时，即可写成：n n其中矢量其中矢量 中的元素分中的元素分别是隶属于模糊子集别是隶属于模糊子集A A的程度。的程度。n n输入输入第14页/共168页第十五页，共168页。n n二是函数表示：函数表示适用(shyng)于论域是连续的情况。典型的函数有三角形函数、梯形图函数和高斯函数等。第15页/共168页第十六页，共168页。n n2、规则库n n规则库根据控制目的和控制策略给出了一套由语言变量描述的并由专家或自学习产生的控制规则的集合。n n规则库包括：过程状态(zhungti)输入变量和控制输出变量的选择，模糊控制系统的建立。第16页/共168页第十七页，共168页。n

9、 n规则库包括以下内容：n n（1）、过程状态输入(shr)变量和控制输出变量的选择n n典型的模糊逻辑控制器的语言变量取系统的状态、系统误差、误差变化。第17页/共168页第十八页，共168页。n n（2）、模糊控制规则的建立(jinl)n n模糊控制规则的建立(jinl)大致有以下四种:n n1、专家经验法：通过对专家控制经验的咨询形成控制规则库n n2、观察法：通过观察人类控制行为并将其控制的思想提炼出一套基于模糊条件语言类型的控制规则从而建立(jinl)模糊规则库的途径就是观察法的基本思想。第18页/共168页第十九页，共168页。n n3 3、基于模糊模型的控制：通过建立被控、基于模

10、糊模型的控制：通过建立被控(bi kn(bi kn)对象的模糊模型来实现。对象的模糊模型来实现。n n方法方法1 1、2 2都是通过建立专家的模型，并以此模糊推理模型进行模糊逻辑推理都是通过建立专家的模型，并以此模糊推理模型进行模糊逻辑推理控制。显然，这类模糊控制器的性能不会超越所依赖的专家水平。控制。显然，这类模糊控制器的性能不会超越所依赖的专家水平。n n基于模糊模型的控制是通过建立被控基于模糊模型的控制是通过建立被控(bi kn(bi kn)对象的模糊对象的模糊n n模型来实现模型来实现即用像建立模糊控制规则一样的即用像建立模糊控制规则一样的“IF-THEN”“IF-THEN”形式来描述

11、被形式来描述被控控(bi kn(bi kn)对象的特性。对象的特性。第19页/共168页第二十页，共168页。n n设被控对象用以下三个控制规律描述：设被控对象用以下三个控制规律描述：n n规律规律1 1：如果如果Yn=PM Yn=PM 且且Un=PM Un=PM 那么那么(n me)Yn+1=PB(n me)Yn+1=PB；n n规律规律2 2：如果如果Yn=PS Yn=PS 且且Un=NS Un=NS 那么那么(n me)Yn+1=ZE(n me)Yn+1=ZE；n n规律规律3 3：如果如果Yn=NS Yn=NS 且且Un=PS Un=PS 那么那么(n me)Yn+1=ZE(n me)

12、Yn+1=ZE；n n规律规律4 4：如果如果Yn=NM Yn=NM 且且Un=NM Un=NM 那么那么(n me)Yn+1=NB(n me)Yn+1=NB；n n其中其中Y Y是输出，是输出，U U是控制，是控制，n n是离散时间。是离散时间。第20页/共168页第二十一页，共168页。n n对这个控制对象是使输出Y为零。n n如果Yn-1=ZE 且Yn=PS,这时要求Yn+1=ZE。n n参考对象规律(gul)2，n n由于规律(gul)2可以看到n nUn=NS 那么Yn+1=ZE。n n可以推导控制规则得到n n如果Yn-1=ZE 且Yn=PS,这时要求Un=NS。第21页/共168

13、页第二十二页，共168页。n n同理n n如果Yn-1=ZE 且Yn=NS,这时要求Yn+1=ZE。n n参考对象规律3n n由于规律2可以看到n nUn=PS 那么Yn+1=ZE。n n可以推导控制规则(guz)得到n n如果Yn-1=ZE 且Yn=NS,这时要求Un=PS。第22页/共168页第二十三页，共168页。n n4、自组织法：能够在没有先验知识和很少有先验知识的情况下通过对观察系统的输入输出关系建立控制规则库。与所有(suyu)学习系统一样，自组织模糊控制器也需要一个学习性能指标来保证学习的收敛性。第23页/共168页第二十四页，共168页。n n三、推理决策逻辑n n推理决策逻

14、辑是利用知识库的信息模拟(mn)人类的推理决策过程，给出适合的控制量。（它是模糊控制的核心）。第24页/共168页第二十五页，共168页。n n第二章P34n n四、模糊逻辑推理讲过。n n1、近似条件推理n n前提(qint)1：如果x是A,则y是Bn n前提(qint)2：如果x是An n结论：n nY是B=A第25页/共168页第二十六页，共168页。n n2、模糊条件推理n n语言规则是：如果x是A，则y是B，否则y是C。n n3、多输入模糊推理n n多输入是指有多个(du)输入的情况。n n前提1：如果A且B，那么Cn n前提2：现在是A且Bn n结论：第26页/共168页第二十七页

15、，共168页。4 4、多输入多规则、多输入多规则(guz)(guz)推理推理多输入，多规则多输入，多规则(guz)(guz)。就是对于一个控制系统，它的控。就是对于一个控制系统，它的控制规则制规则(guz)(guz)有多个。比如有多个。比如IF A1 AND B1IF A1 AND B1，THEN C1THEN C1IF A2 AND B2IF A2 AND B2，THEN C2THEN C2IF An AND BnIF An AND Bn，THEN CnTHEN Cn以二输入多规则以二输入多规则(guz)(guz)为例。为例。如果如果A1A1且且B1B1，那么，那么C1C1否则如果否则如果A

16、2A2且且B2B2，那么，那么C2C2否则如果否则如果AnAn且且BnBn，那么，那么CnCn已知已知AA且且BB，那么，那么C=C=？第27页/共168页第二十八页，共168页。n n四、精确(jngqu)化过程n n在推理得到的模糊集合中取一个能最佳代表这个模糊推理结果可能性的精确(jngqu)值的过程称为精确(jngqu)化过程。第28页/共168页第二十九页，共168页。n n精确化的方法：最大隶属(lsh)度函数法、重心法、加权平均法。第29页/共168页第三十页，共168页。n n1 1、最大隶属度函数性、最大隶属度函数性n n1 1）、当在输出论域中，其最大隶属度函数对应的输出）

17、、当在输出论域中，其最大隶属度函数对应的输出值为一个。值为一个。n n（取所有规则推理结果（取所有规则推理结果(ji gu(ji gu)的模糊集合中隶属度的模糊集合中隶属度最大的元素作为输出值。）最大的元素作为输出值。）第30页/共168页第三十一页，共168页。n n2 2）、当在输出论域中，其最大隶属度函数对应的输出）、当在输出论域中，其最大隶属度函数对应的输出值为多个值为多个(du(du )n n取所有具有最大隶属度输出的平均。取所有具有最大隶属度输出的平均。J J为具有相同最大为具有相同最大隶属度输出的总数。隶属度输出的总数。第31页/共168页第三十二页，共168页。n n当输出值为

18、多个当输出值为多个(du(du )时候，时候，n n（1 1）、求每个输出的最大隶属度数值；）、求每个输出的最大隶属度数值；n n（2 2）、求和，再平均得到其最大隶属度）、求和，再平均得到其最大隶属度第32页/共168页第三十三页，共168页。n n2 2、重心法、重心法n n重心法重心法 是取模糊隶属度函数的曲线是取模糊隶属度函数的曲线(qxin)(qxin)与横与横坐标围城面积的重心为模糊推理最终输出值。坐标围城面积的重心为模糊推理最终输出值。第33页/共168页第三十四页，共168页。重心重心(zhngxn)(zhngxn)法：连续法：连续第34页/共168页第三十五页，共168页。n

19、 n输出(shch)的阀门流量u为第35页/共168页第三十六页，共168页。n n重心重心(zhngxn)(zhngxn)法：离散法：离散第36页/共168页第三十七页，共168页。n n精确化n n控制(kngzh)输出：第37页/共168页第三十八页，共168页。n n3 3、加权平均法、加权平均法n nki ki视情况而定。如果视情况而定。如果(rgu(rgu)，那么加权平均法就变为重，那么加权平均法就变为重心法。心法。第38页/共168页第三十九页，共168页。n n面积重心法对于不同的隶属度函数形状(xngzhun)会有不同的推理输出结果。最大隶属度函数法对隶属度函数的形状(xng

20、zhun)要求不高。第39页/共168页第四十页，共168页。第二节第二节 模糊控制系统模糊控制系统(kn zh x tn)设计设计一、模糊控制器的结构(jigu)设计 在设计模糊控制器前，首先根据被控对象的具体情况来确定模糊控制器的结构(jigu)。模糊控制器结构(jigu)指的是输入输出变量、模糊化算法、模糊推理规则和精确化计算方法。第40页/共168页第四十一页，共168页。n n控制器的设计第一步首先确定(qudng)控制器的输入输出变量。n n1、控制器输入输出变量n n 主要讲单输入-单输出模糊控制结构。n n 单输入-单输出模糊控制结构指的是系统控制量只有一个，系统输出量只有一个

21、。第41页/共168页第四十二页，共168页。n n单输入-单输出(shch)模糊控制结构又分一维模糊控制器、二维模糊控制器和多维模糊控制器。n n比如典型的一维模糊控制器的输入变量为系统的误差、二维模糊控制器的输入变量为系统的误差和误差变化。第42页/共168页第四十三页，共168页。n n一维模糊控制器和二维模糊控制 器 的 系 统 控 制 量 都 只 有(zhyu)一个为误差，系统输出量只有(zhyu)一个。第43页/共168页第四十四页，共168页。1)、一维模糊、一维模糊(m hu)控制器控制器 设模糊控制器的输入变量为设模糊控制器的输入变量为e e，输出，输出(shch)(shch

22、)控制量为控制量为u u，则模糊，则模糊控制规则一般有以下形式：控制规则一般有以下形式：R1:R1:如果如果e e是是E1,uE1,u是是 U1;U1;R2:R2:否则如果否则如果e e是是E2,uE2,u是是 U2;U2;Rn:Rn:否则如果否则如果e e是是En,uEn,u是是 Un;Un;其中其中E1E1，E2E2，EnEn为模糊控制器输入论域上的模糊子集；为模糊控制器输入论域上的模糊子集；U1U1，U2U2，UnUn为模糊控制器输出为模糊控制器输出(shch)(shch)论域上的模糊子集；论域上的模糊子集；其总的模糊关系：其总的模糊关系：第44页/共168页第四十五页，共168页。2）

23、、二维模糊）、二维模糊(m hu)控制器控制器n n设模糊控制器的输入变量为误差设模糊控制器的输入变量为误差e e和误差变化量和误差变化量dede，输出控制量为，输出控制量为u u，则模糊控制规则一般有以下形式：，则模糊控制规则一般有以下形式：n nR1:R1:如果如果(rgu(rgu)e)e是是E1E1和和de de 是是DE1,uDE1,u是是 U1;U1;n nR2:R2:否则如果否则如果(rgu(rgu)e)e是是E2E2和和de de 是是DE2,uDE2,u是是 U2;U2;n n.n nRn:Rn:否则如果否则如果(rgu(rgu)e)e是是EnEn和和de de 是是DEn,u

24、DEn,u是是 Un;Un;n n其中其中E1E1，E2E2，En;DE1En;DE1，DE2DE2，DEnDEn为模糊控制器输入论域上的为模糊控制器输入论域上的模糊子集；模糊子集；U1U1，U2U2，UnUn为模糊控制器输出论域上的模糊子集；为模糊控制器输出论域上的模糊子集；n n 其总的模糊关系：其总的模糊关系：第45页/共168页第四十六页，共168页。n n二维模糊控制器性能优于一维模糊控制器性能。目前设计(shj)中常考虑这一种模糊控制器结构。第46页/共168页第四十七页，共168页。3）、多维模糊控制器 输入(shr)变量有多个，多维模糊控制器复杂，不常用。R1:如果A是A1、B

25、 是B1、C是C1,u是 U1;第47页/共168页第四十八页，共168页。二、模糊控制器的设计原则 模糊逻辑控制是一种利用人的直觉和经验设计的控制系统，与传统的设计思想不同，它不需要受控对象的数学(shxu)解析模型。第48页/共168页第四十九页，共168页。一般的模糊控制器的设计原则：1、定义输入输出变量2、定义所有变量的模糊化条件3、设计控制规则库4、设计模糊推理结构5、选择精确化策略(cl)的方法第49页/共168页第五十页，共168页。一般的模糊控制器的设计原则：一般的模糊控制器的设计原则：1 1、定义输入输出变量、定义输入输出变量根据输入和输出变量的个数，所需规则的最大数目根据输

26、入和输出变量的个数，所需规则的最大数目建议建议(jiny)(jiny)使用的规则数目使用的规则数目ninnin是输入变量的个数，是输入变量的个数，noutnout是输出变量的个数是输出变量的个数,nlevel,nlevel是输是输入与输出模糊划分的数目。入与输出模糊划分的数目。第50页/共168页第五十一页，共168页。n n例如：例如：RFIDRFID读写器（射频识别读写器）功率的自适读写器（射频识别读写器）功率的自适应调节策略应调节策略(cl)(cl)：控制器模块接收模糊控制模：控制器模块接收模糊控制模块传来的新功率执行值，最后传给读写器控制器来块传来的新功率执行值，最后传给读写器控制器来

27、实时控制实时控制RFIDRFID读写器的功率。读写器的功率。第51页/共168页第五十二页，共168页。n n输入，输出(shch)个数均为1。（如果是二输入的，误差、误差变化量；那么 ）n n输入：功率误差E（nin）；n n输出(shch)：控制RFID读写器的功率（nout）。第52页/共168页第五十三页，共168页。n n求：nleveln n功率调节细分：为7种情况，相应的输出功率Q、输入误差E论域也分为7个等级。n n输入误差和输出功率分别为负大(NB)、负中(NM)、负小(NS)、零(Z)、正小(PS)、正中(zhngzhng)(PM)、正大(PB)。n n得到nlevel为7

28、。第53页/共168页第五十四页，共168页。n n因此(ync)RFID读写器的规则：第54页/共168页第五十五页，共168页。n n语言(yyn)规则第55页/共168页第五十六页，共168页。一般的模糊控制器的设计原则：1、定义(dngy)输入输出变量如控制锅炉温度，锅炉温度由电压控制。我们设定锅炉实际温度与预期温度的差值为输入量，控制电压为输出量。第56页/共168页第五十七页，共168页。n n2、定义所有变量的模糊化条件n n根据(gnj)受控系统的实际情况，实现以下内容：n n1）决定输入变量的测量范围；n n2）输出变量的控制作用范围；n n3）进一步确定每个变量的论域；n

29、n4）然后再安排每个变量的语言值及其相对应的隶属度函数。第57页/共168页第五十八页，共168页。n n如控制锅炉温度，锅炉温度由电压(diny)控制。n n根据受控系统的实际情况n n1）输入变量的测量范围：锅炉温度（0600）与给定温度300之差。n n2）输出变量的控制作用范围（-15V15V）第58页/共168页第五十九页，共168页。n n3)输入变量分为(fn wi)七级：n n很冷（-300 ），n n冷（-200 ），n n有点冷（-100 ），n n适合（0 ），n n有点热（100 ），n n热（200 ），n n很热（300 ）。第59页/共168页第六十页，共168页

30、。n n4）然后再安排每个变量的语言值及其相对(xingdu)应的隶属度函数：n n很冷（0.1），n n冷（0.2），n n有点冷（0.3），n n适合（1），n n有点热（0.3），n n热（0.2），n n很热（0.1）。第60页/共168页第六十一页，共168页。n n输出(shch)也分为七级别：n n大幅度升压；n n小幅度升压；n n稍微升压；n n电压不变；n n稍微降压；n n小幅度降压；n n大幅度降压。第61页/共168页第六十二页，共168页。n n规则(guz)数目：第62页/共168页第六十三页，共168页。n n又比如(br)：模糊集函数的模糊方法：trimftr

31、apmfgbellmfgaussmfgauss2mfsigmf第63页/共168页第六十四页，共168页。n ntrimf第64页/共168页第六十五页，共168页。n ngaussmf第65页/共168页第六十六页，共168页。n n3、设计控制规则库n n如控制锅炉温度的规则，n n如果(rgu)锅炉温度很冷，则大幅度升压；n n否则如果(rgu)锅炉温度冷，则小幅度升压；n n否则如果(rgu)锅炉温度有点冷，则稍微升压；n n否则如果(rgu)锅炉温度适合，则电压不变；n n否则如果(rgu)锅炉温度有点热，则稍微降压；n n否则如果(rgu)锅炉温度热，则小幅度降压；n n否则如果(

32、rgu)锅炉温度很热，则大幅度降压。第66页/共168页第六十七页，共168页。n n4、设计模糊推理结构n n这一部分由计算机、单片机或专门的模糊推理硬件集成电路芯片来实现(shxin)。n n推理规则见第二章。P34第67页/共168页第六十八页，共168页。n n5、选择精确化策略的方法n n精确化过程：是把模糊推理获得的模糊输出量转换为确切的控制(kngzh)着。n n精确化的方法：最大隶属度函数法、重心法、加权平均法。第68页/共168页第六十九页，共168页。n n三、模糊控制器的常规(chnggu)设计方法n n模糊控制器的常规(chnggu)设计方法是查表法。第69页/共168

33、页第七十页，共168页。n n查表法是通过离线计算取得一个模糊控制表，并将其控制表存放在计算机内存中，n n当模糊控制器进行工作时，计算机只需直接根据采样得到的误差和误差变化的量化值来找到当前时刻(shk)的控制输出量化值。最后，计算机将此量化值乘以比例因子得到最终的输出控制量。第70页/共168页第七十一页，共168页。n n模糊控制器的常规设计(shj)方法是查表法。第71页/共168页第七十二页，共168页。n n常规设计方法，设计步骤如下：n n1、确定模糊控制器的输入(shr)、输出变量；n n2、确定各输入(shr)、输出变量的变化范围、量化等级和量化因子；n n3、在各输入(sh

34、r)和输出语言变量的量化域内定义模糊子集；n n4、模糊控制规则的确定；n n5、求模糊控制表（最好取整）。第72页/共168页第七十三页，共168页。n n模糊控制器的常规模糊控制器的常规(chnggu)(chnggu)设计方法设计方法第73页/共168页第七十四页，共168页。n n例题例题 已知一空调控制系统，要求空调室内温度保持在已知一空调控制系统，要求空调室内温度保持在2525恒定，目前恒定，目前此系统采用以下控制方式（电压和温度误差成正比）。此系统采用以下控制方式（电压和温度误差成正比）。n n设模糊控制器为一维控制器，输入语言变量为误差，输出为控制电压。设模糊控制器为一维控制器，

35、输入语言变量为误差，输出为控制电压。两个变量的量化等级为七级，取五个语言值。隶属度函数根据确定的两个变量的量化等级为七级，取五个语言值。隶属度函数根据确定的原则任意确定。试按常规原则任意确定。试按常规(chnggu)(chnggu)模糊逻辑控制器的设计方法设计模糊逻辑控制器的设计方法设计出模糊逻辑控制表。出模糊逻辑控制表。第74页/共168页第七十五页，共168页。n n解：n n1、确定模糊控制(kngzh)器的输入、输出变量。n n模糊控制(kngzh)器为一维控制(kngzh)器：设模糊控制(kngzh)器的输入变量为e，输出控制(kngzh)量为u。n n模糊控制(kngzh)器选用的

36、系统的实际温度T与温度给定值Td的误差 作为输入语言变量，把控制(kngzh)加热装置的供电电压u选作输出语言变量。n n输出电压量与误差成正比。第75页/共168页第七十六页，共168页。n n2、确定各输入、输出变量的变化范围(fnwi)、量化等级和量化因子。第76页/共168页第七十七页，共168页。温度50以上40302520100以下误差为E-25-15-5051525控制电压U-3-2-10123量化等级-3-2-10123第77页/共168页第七十八页，共168页。n n3、在各输入和输出(shch)语言变量的量化域内定义模糊子集。第78页/共168页第七十九页，共168页。状态

37、变量相关的隶属度函数PB000000.351PS00000.410.4ZE000.210.200NS0.410.40000NB10.3500000第79页/共168页第八十页，共168页。n n误差误差(wch)(wch)隶属度函数隶属度函数第80页/共168页第八十一页，共168页。n n模糊输出量隶属模糊输出量隶属(lsh(lsh)度函数度函数第81页/共168页第八十二页，共168页。n n4、模糊控制规则(guz)的确定n n控制量和误差量成正比。例如如果误差小于0，增加控制量，使得误差增加。第82页/共168页第八十三页，共168页。n n控制规则(guz)n n规则(guz)1、如

38、果误差e是NB，则控制U为PB;n n规则(guz)2、如果误差e是NS，则控制U为PS;n n规则(guz)3、如果误差e是ZE，则控制U为ZE;n n规则(guz)4、如果误差e是PS，则控制U为NS;n n规则(guz)5、如果误差e是PB，则控制U为NB;第83页/共168页第八十四页，共168页。n n1)、从误差隶属度图看到PB,PSn nA)规则4、如果误差e是PS，则控制U为NS;n n误差：n n由规则4得到n n控制：n n如果有两个(lin)输入变量，就是两维输入，E,DE，那么控制就是用玛达尼，求它们的最小值，见p55最后三行和P61的由规则一得到：（前面五行）第84页

39、/共168页第八十五页，共168页。n n误差误差(wch)(wch)隶属度函数隶属度函数第85页/共168页第八十六页，共168页。n n规则5、如果误差e是PB，则控制(kngzh)U为NB;n n误差：n n由规则5得到n n控制(kngzh)：第86页/共168页第八十七页，共168页。n nB)最后的输出增量(zn lin)为上面两条控制量的合成：第87页/共168页第八十八页，共168页。n nC)C)模糊模糊(m hu)(m hu)输出量隶属度函数输出量隶属度函数第88页/共168页第八十九页，共168页。n n精确化n n控制(kngzh)输出：第89页/共168页第九十页，共

40、168页。n n2)从误差隶属度图看到PB,PSn nA)规则(guz)4、如果误差e是PS，则控制U为NS;n n误差n n由规则(guz)4得到n n控制：第90页/共168页第九十一页，共168页。n n误差隶属误差隶属(lsh(lsh)度函数度函数第91页/共168页第九十二页，共168页。n n规则5、如果误差e是PB，则控制(kngzh)U为NB;n n误差：n n由规则5得到n n控制(kngzh)：第92页/共168页第九十三页，共168页。n nB)最后的输出增量为上面(shng min)两条控制量的合成：第93页/共168页第九十四页，共168页。n nC)C)模糊模糊(m

41、 hu)(m hu)输出量隶属度函数输出量隶属度函数第94页/共168页第九十五页，共168页。n n精确化n n控制(kngzh)输出：第95页/共168页第九十六页，共168页。n n3)从误差隶属(lsh)度图看到PS,ZE（同学做）n nA)规则3、如果误差e是ZE，则控制U为ZE;n n误差：n n由规则3得到n n控制：第96页/共168页第九十七页，共168页。n n误差误差(wch)(wch)隶属度函数隶属度函数第97页/共168页第九十八页，共168页。n n规则4、如果误差(wch)e是PS，则控制U为NS;n n误差(wch)：n n由规则4得到n n控制：第98页/共1

42、68页第九十九页，共168页。n nB)最后(zuhu)的输出增量为上面两条控制量的合成：第99页/共168页第一百页，共168页。n nC)模糊输出量隶属(lsh)度函数第100页/共168页第一百零一页，共168页。n n精确化n n控制(kngzh)输出：第101页/共168页第一百零二页，共168页。n n其它数值计算方法雷同n n4)从误差隶属(lsh)度图看到ZEn n控制输出：n n5)从误差隶属(lsh)度图看到ZE,NSn n控制输出：第102页/共168页第一百零三页，共168页。n n6)6)从误差隶属度图看到从误差隶属度图看到NS,NBNS,NBn n控制控制(kngz

43、h)(kngzh)输出：输出：n n7)7)从误差隶属度图看到从误差隶属度图看到NS,NBNS,NBn n控制控制(kngzh)(kngzh)输出：输出：第103页/共168页第一百零四页，共168页。n n综合上面的结果，得到模糊逻辑综合上面的结果，得到模糊逻辑(lu j)(lu j)控制表控制表误差E（量化精度）-3-2-10123控制电压U3210-1-2-3第104页/共168页第一百零五页，共168页。第三节第三节 模糊模糊(m hu)控制器的设控制器的设计举例计举例举几实际例子说明模糊控制器的设计举几实际例子说明模糊控制器的设计一、流量控制的模糊控制器设计一、流量控制的模糊控制器设

44、计 要求设计一个单输入要求设计一个单输入(shr)(shr)单输出的流量控制的模糊控制器。单输出的流量控制的模糊控制器。采用二维模糊控制器，输入采用二维模糊控制器，输入(shr)(shr)变量有两个，控制阀门的误差变量有两个，控制阀门的误差e e和误差变化量和误差变化量dede，输出控制量为阀门开启程度，输出控制量为阀门开启程度u u。两个输入。两个输入(shr)(shr)变量的量化等级为变量的量化等级为5 5，语言值为，语言值为5 5：“负大、负小、零、正小、正大负大、负小、零、正小、正大”。输出变量的量化等级为输出变量的量化等级为4 4，语言值为，语言值为4 4：“关、半开、中等、关、半开

45、、中等、开开”。第105页/共168页第一百零六页，共168页。n n根据(gnj)已知模糊控制规则：n n规则1：如果误差为零 或者误差变化为正小，则阀门半开n n规则2：如果误差为正小 和误差变化为正小，则阀门中等n n输出的阀门流量u为多少？第106页/共168页第一百零七页，共168页。1 1、确定模糊控制器的输入、输出变量和规则控制的数目、确定模糊控制器的输入、输出变量和规则控制的数目由于设计一个单输入单输出的流量由于设计一个单输入单输出的流量(liling)(liling)控制的模糊控制器。控制的模糊控制器。考虑设计精度，选择设计如下是流量考虑设计精度，选择设计如下是流量(lili

46、ng)(liling)误差的隶属误差的隶属度函数、误差变化的隶属度函数和阀门流量度函数、误差变化的隶属度函数和阀门流量(liling)(liling)的隶的隶属度函数属度函数 。第107页/共168页第一百零八页，共168页。n n流量流量(liling)(liling)误差的隶属度函数误差的隶属度函数第108页/共168页第一百零九页，共168页。n n误差变化的隶属误差变化的隶属(lsh(lsh)度函数度函数第109页/共168页第一百一十页，共168页。n n阀门流量的隶属阀门流量的隶属(lsh(lsh)度函数度函数第110页/共168页第一百一十一页，共168页。n n由于(yuy)n

47、 n规则1：如果误差为零 或者误差变化为正小，则阀门半开；n n规则2：如果误差为正小 和误差变化为正小，则阀门中等。第111页/共168页第一百一十二页，共168页。n n控制控制(kngzh)(kngzh)规则表规则表 EDE负大负小零正小正大负大半开负小半开零半开正小半开半开半开中等半开正大半开第112页/共168页第一百一十三页，共168页。n n解：n n1）模糊化过程(guchng)n n当输入误差e为5，输入误差变化de为8，n n看图1，第113页/共168页第一百一十四页，共168页。n n流量误差的隶属流量误差的隶属(lsh(lsh)度函数度函数第114页/共168页第一百

48、一十五页，共168页。n n看图看图2 2，第115页/共168页第一百一十六页，共168页。n n误差误差(wch)(wch)变化的隶属度函数变化的隶属度函数第116页/共168页第一百一十七页，共168页。2 2）模糊逻辑推理）模糊逻辑推理 根据已知模糊控制规则：根据已知模糊控制规则：规则规则1 1：如果误差为零：如果误差为零 或者误差变化为正小，则阀门或者误差变化为正小，则阀门(f mn)(f mn)半开半开规则规则2 2：如果误差为正小：如果误差为正小 和误差变化为正小，则阀门和误差变化为正小，则阀门(f mn)(f mn)中等中等第117页/共168页第一百一十八页，共168页。n

49、n对应规则库n n对应规则1：误差(wch)为0的隶属度是0.375，而误差(wch)变化为正小的隶属度是0.8，由并运算的推理规则可得n n那么阀门半开的隶属度第118页/共168页第一百一十九页，共168页。n n对应规则2：误差(wch)为正小的隶属度是0.625，而误差(wch)变化为正小的隶属度是0.8，由交运算的推理规则可得n n那么阀门中等的隶属度 第119页/共168页第一百二十页，共168页。n n3 3）精确化计算：）精确化计算：n n回顾：重心法回顾：重心法n n重心法重心法 是取模糊是取模糊(m hu)(m hu)隶属度函数的曲线与横坐隶属度函数的曲线与横坐标围城面积的

50、重心为模糊标围城面积的重心为模糊(m hu)(m hu)推理最终输出值。推理最终输出值。第120页/共168页第一百二十一页，共168页。重心重心(zhngxn)(zhngxn)法法第121页/共168页第一百二十二页，共168页。n n输出的阀门(f mn)流量u为第122页/共168页第一百二十三页，共168页。n n阀门(f mn)的确切开度为5.87。第123页/共168页第一百二十四页，共168页。n n二、被控对象是由晶闸管控制的直流电动机二、被控对象是由晶闸管控制的直流电动机(dngj)(dngj)。由直流传动驱动模块可知，此对象为。由直流传动驱动模块可知，此对象为一个纯延时的环