三模煳控制系统的设计PPT课件

1 智能控制技术 中国计量学院自动化教研室谢敏 2 智能控制技术 第3章模糊控制系统3 1模糊控制系统的组成原理 3 2模糊控制系统的设计 3 3模糊控制系统的分析与设计实例 3 3 2模糊控制系统的设计 一 模糊控制器的结构设计根据输入输出变量划分为 1 单输入 单输出模糊控制结构如 加热炉的温度控制一维模糊控制器二维模糊控制器2 多输入 多输出模糊控制结构 3 2模糊控制系统的设计 4 一 模糊控制器的结构设计 一维模糊控制器控制器的输入输出语言变量只有一个 典型输入为误差e 输出为控制量u 3 2模糊控制系统的设计 5 一 模糊控制器的结构设计 一维模糊控制器规则 R1 ifeisE1 thenuisU1 R2 ifeisE2 thenuisU2 Rn ifeisEn thenuisUn 模糊关系 3 2模糊控制系统的设计 6 一 模糊控制器的结构设计 二维模糊控制器控制器的输入变量有两个 输出变量为一个 典型输入为误差e和误差变化量de 输出为控制量u 3 2模糊控制系统的设计 7 一 模糊控制器的结构设计 二维模糊控制器规则 R1 ifeisE1anddeisDE1 thenuisU1 R2 ifeisE2anddeisDE2 thenuisU2 Rn ifeisEnanddeisDEn thenuisUn 模糊关系 3 2模糊控制系统的设计 8 二 模糊控制器的设计原则 模糊控制系统是利用人的直觉和经验设计的控制系统 不需要系统的数学模型 还没有成熟而统一的设计方法 1 定义输入输出变量如 加热炉温度控制系统 输入为系统的温度 输出为加热量 如电压 3 2模糊控制系统的设计 9 二 模糊控制器的设计原则 2 定义变量的模糊化条件 1 确定变量的论域和量化等级由于实际系统的输入输出范围总是有限制的 可以据此确定其论域 如变量为电压 则其论域为 0 220 把该论域离散化 如在 6 6 之间变化把变量分为12个等级 3 2模糊控制系统的设计 10 二 模糊控制器的设计原则 2 选择描述输入输出变量的语言值由于人们总习惯于将事物分为三个等级 如老 中 青 大 中 小等 因此一般把描述输入输出的语言值按正负对称加上零 分为七个取值 负大 负中 负小 零 正小 正中 正大 NB NM NS ZE PS PM PB 3 2模糊控制系统的设计 11 二 模糊控制器的设计原则 3 定义各语言变量语言值在各自论域上的隶属度函数 a 隶属度函数曲线较尖 则分辨率高 灵敏度高 隶属度函数曲线较缓 则稳定性好 3 2模糊控制系统的设计 12 二 模糊控制器的设计原则 选取原则 e大的区域 选取低分辨率的隶属度函数 e小的区域 选取高分辨率的隶属度函数 e接近0时 选取高分辨率的隶属度函数 3 2模糊控制系统的设计 13 二 模糊控制器的设计原则 b 较小 控制灵敏度高 较大 鲁棒性好 一般取 0 5 3 2模糊控制系统的设计 14 二 模糊控制器的设计原则 3 设计规则库规则数 N nout nin nlevel 1 1 4 设计模糊推理可由软 硬件实现 5 精确化方法一定要选取有代表性的值 3 2模糊控制系统的设计 15 3 3模糊控制器的设计举例 以加热炉温度控制系统为例 由于模糊关系矩阵是一个高阶矩阵 多次合成计算使输出使系统实时性变差 在实际应用中通常采用查表法 3 3模糊控制器的设计举例 16 3 3模糊控制器的设计举例 查表法的基本思想是事先计算好模糊规则表 存放在计算机内存中 当控制器工作时 根据采样得到的误差和误差变化的量化值 查表找出当前时刻的输出量的量化值 乘以比例因子得到实际输出控制量 3 3模糊控制器的设计举例 17 3 3模糊控制器的设计举例 设计步骤 1 确定模糊控制器的输入输出变量结构 二维模糊控制器输入变量 误差e T Td 误差变化de输出变量 加热装置供电电压u 3 3模糊控制器的设计举例 18 3 3模糊控制器的设计举例 2 确定输入输出变量的论域和量化等级 量化因子设变量的论域为 e 50 50 de 150 150 u 64 64 取变量的量化等级都为9级 即 e de u 4 3 2 1 0 1 2 3 4 3 3模糊控制器的设计举例 19 3 3模糊控制器的设计举例 量化因子 2n uH uL 输入变量乘以量化因子从原论域转换到模糊论域 Ke 4 50 2 25 Kde 4 150 2 75误差e 40的量化值 比例因子 uH uL 2n 输出变量乘以比例因子转换回原论域的值 Ku 64 4 16 3 3模糊控制器的设计举例 20 3 3模糊控制器的设计举例 3 定义输入输出变量的模糊子集首先定义各变量的语言值 NB NS ZE PS PB 在量化论域上定义各语言值的隶属度函数 3 3模糊控制器的设计举例 21 3 3模糊控制器的设计举例 4 模糊控制规则的确定为使系统输出的动态特性最佳 根据操作经验而总结的一条条模糊条件语句 3 3模糊控制器的设计举例 22 3 3模糊控制器的设计举例 1 误差e T Td为负大时 全功率加热 L1 IfE NBandDE PB thenU PB L2 IfE NBandDE PS thenU PB L3 IfE NBandDE ZE thenU PB L4 IfE NBandDE NS thenU PB 3 3模糊控制器的设计举例 23 3 3模糊控制器的设计举例 2 误差e T Td为负小或接近0时 防超调为主 L5 IfE NSandDE ZE thenU PS L6 IfE NSandDE PS thenU ZE L7 IfE NSandDE PB thenU NS L11 IfE NSandDE NS thenU PS L12 IfE NSandDE NB thenU PB 3 3模糊控制器的设计举例 24 3 3模糊控制器的设计举例 3 误差e T Td为0时 保持稳定为主 L8 IfE ZEandDE ZE thenU ZE L9 IfE ZEandDE PS thenU NS L10 IfE ZEandDE PB thenU NB L13 IfE ZEandDE NS thenU PS L14 IfE ZEandDE NB thenU PB 3 3模糊控制器的设计举例 25 3 3模糊控制器的设计举例 4 误差e T Td为正或接近0时 同理可得其余规则 IfE PBandDE PS thenU IfE PSandDE PS thenU IfE ZEandDE PB thenU IfE ZEandDE ZE thenU 3 3模糊控制器的设计举例 26 3 3模糊控制器的设计举例 5 求模糊控制表由于变量的离散量化域是有限的 可对于输入输出变量的每种组合 计算出模糊控制器的输出值 保存在控制表中 目的 可提高在线应用时的响应速度 实际控制量取值为控制器输出值乘以比例因子 3 3模糊控制器的设计举例 27 3 3模糊控制器的设计举例 例 前述的加热炉温度控制系统 设E的量化值为1 DE的量化值为 2 求模糊控制器的输出值 3 3模糊控制器的设计举例 28 3 3模糊控制器的设计举例 5 求模糊控制表对于输入输出变量的每种组合 都可按上述方法计算出模糊控制器的输出值 保存在控制表中 6 把量化值乘以比例因子 转化为实际控制值 3 3模糊控制器的设计举例 29 3 3模糊控制器的设计举例 小费问题模糊推理系统设计一个双输入 单输出的小费问题 基于美国的小费习惯 给定一个0至10之间的数表示饭店的服务质量 10表示非常好 另一个0至10之间的数表示饭店的食品质量 10表示非常好 小费应给多少 3 3模糊控制器的设计举例 30 3 3模糊控制器的设计举例 小费问题模糊推理系统设计小费黄金规则