模糊控制系统课件1绪论

1、孙霞Tel: 133 3527 3301模糊控制技术韩峻峰李玉惠等编著重庆大学出版社第1章绪论1.1模痂控制的起源及其特点1.2模糊控制研究与应用现状1.3模糊控制展望B 第2章 模糊逻辑与模糊推理2.1模糊集合及其隶属函数2.2模糊矩阵与模糊关系2.3模糊语言与模糊逻辑 帚 2.4模糊推理 水第3章模糊控制技术基础3.1模糊控制基本原理3.2 模糊化方法(Fuzzification)3.3 解模糊方法(Defuzzification)3.4模糊控制规则及控制算法第4章模糊控制器设计4.1模糊控制器的基本结构及主要类型4.2模糊控制器的结构设计4. 3 T-S型模糊推理4.4模糊推理系统FIS

2、的设计与仿真 实验一：用GUI设计Mamdani型FIS目实验二：用命令行设计Mamdani型FIS实验三：用GUI设计Sugeno型FIS4. 5模糊控制系统设计与仿真实验四：FIS设计及其与Simulink连接录第5章神经网络在模糊控制系统中的应用5.1神经网络5.2模糊神经网络5.3基于神经网络的模糊控制器5.4用自适应神经模糊系统建立FIS实验五：用Anfis建立FIS第6章 模糊控制系统的开发6.1开发方法一一恒温箱温度的模糊控制6.2数字单片机实现模糊控制6.3模糊单片机实现模糊控制第一章绪论例：水流量太大，马上减小水阀的开启度。1.1模糊控制的起源及其特点模糊(Fuzzy)： “

3、绒毛状的、形状不清晰 的”，因此，模糊概念更适合于人们的观察、 思维、理解与决策，这也更适合于客观现象和 事物的模糊性(fuzziness) o模糊量化概念模糊性决策因此，模糊控制一种“语言型”的决策控制。11模糊控制的起源及其特点1 定义模糊控制是近代控制理论中肄立在模糊集合理论 基础上的一种基于语言规则与模糊推理的控制理论, 是智能控制的一个重要分支。2 历史背景控制理论的发展经历了: 古典控制、现代控制、智能控制模糊控制神经网络控制 专家控制仿人智能控制11模糊控制的起源及其特点经典控制（胡寿松自动控制原理、郑大 钟线形系统原理）经典控制理论是对由微分方程和差分方程描述的 动力学系统进行

4、控制的理论和方法，研究的是单变 量常系数线性系统，只适用于单输入单输出控制系 统。应用最成功的是PID控制，属于线性控制。解决线 性系统（y二kx）控制问题，不用被控对象的模型参 数，直接根据输出偏差调节。古典控制结构简单实用。但当被控对象比较复杂 时，难以获得满意控制效果。11模糊控制的起源及其特点 现代控制（线性系统理论、最优控制理论、系统辨识、随机控制 理论、自适应控制理论、鲁棒控制理论等）fx = Ax + Buy = Cx+Du解决多输入多输出控制问题，系统可以是线性、定常，也可以 是非线性、时变的；而对于那些数学方程难建立的过程，需提供 精确的数学模型。求解参数时缺少足够的信息，因

5、此限制了应用。 智能控制解决难建模问题，非线性、多变量、时变性大系统，如：煤炭 生产过程、金属冶炼、石油化工、工业锅炉等，很难建立被控对 象的精确数学模型。但，有实践经验的操作人员，手动操作效果 很好，这利用了人脑的特点，通过模糊手动操作，达到精确控制 的目的。11模糊控制的起源及其特点例：模糊数学的创始人、控制理论的专家扎 德教授提出的停车问题。停车问题：把汽车停在拥挤的停车场上两辆车之间的空隙处。该问题对于一个控制理论的人来说，是给一定的约束条件， 设若干变量，列一些微分方程，然后寻找一个解，即寻找一个 控制量的解，目的是司机在遵循这个解的情况下，将车较好的 停在两车中间。在现实生活中，对

6、司机来说，在两辆车中间停放一辆车是非常 容易的件事情，他可以通过观察停车场中间两辆车的放置情 况，采用或向左、或向右、或向前、或向后等步骤，这样反复 几次，即可把车停好。表面上并不复杂的问题，用传统的方法求解时，会变得非常复11模糊控制的起源及其特点3小结常规控制 需建立精确数学模型，但有的对象很难建立； 影响因素多，且相互之间交叉耦合，模型十分复杂，而简化模型 误差夫; 对多变量、非线性、时变的大系统，建立模型困难，不可能用常 规手段，难以实现。模糊控制 不需建立精确的数学模型。对于很多复杂的、多因素影响的生产 过程，即使不知道该过程的数学模型，也可以根据经验有效控制。 包含人类思维控制方案

7、，反映人类经验的控制。 可把经验总结归纳若干条规则，设计装置，执行规则，便可进行 有效控制。不同人具有不同经验主观性，但必须具有实验验证，再修正。 重要特征：反映人们的经验以及人们的常识推理规则。规则用语言表达，综合考虑众多的控制策略，是种常识推理。11模糊控制的起源及其特点与传统PID比：有明显优势。PID是模型控制，而模糊模仿人控制。控制曲线表明：模糊控制有较强的适应性，稳 定性好，鲁棒性（Robust）好。模糊控制最重要的 特征是反映人们的经验以及人们的常识推理规则， 而这些经验与常识推理规则是通过语言来表达的。图11仿真对比011模糊控制的起源及其特点4模糊控制的发展此后，模糊控制应用

8、于各种家电产品。5模糊控制理论在2大领域发展1965年美国加利福尼亚大学L.A.Zadeh教授提出“模糊集合”的概念;1973年L.A.Zadeh教授又给出模糊推理的理论基础;1974年英国Mamdani制造出用于锅炉和蒸汽机的第一台模糊控制器;1987年,可以说是日本模糊控制技术推广应用的里程碑。寺野寿郎将 1987年称之为“日本模糊元年”，因为这一年日立公司将模糊控制 技术成功地应用于仙台市地铁，使地铁启动和制动均极为平衡，再无 冲撞之感，而且停车能精确到10厘米以内。因此，模糊控制技术的知 名度和声誉大增。由机器替代熟练技术者替代系统，自动生产线、机器人、自动驾 驶；替代专家的专家系统：

9、在决策中起重要作用。11模糊控制的起源及其特点6模糊控制的特点从以上背景可以看出，模糊控制有以下的特点： 模糊工程的计算方法虽然是运用模糊集理论进行的 模糊算法，但最后得到的控制规律是确定性的、定量 的条祚语句。 不需要根据机理与分析建立被控对象的数学模型， 对于某些系统，要建立数学模型是很困难的，甚至是 不可能的。 与传统的控制方法相比，模糊控制系统依赖于行为 规则库，由于是用自然语言表达的规则，更接近于人 的思维方法和推理习惯，因此，便于现场操作人员的 理解和使用，便于人机对话，以得到更有效的控制规 律。模糊控制与计算机密切相关。从控制角度看，它实 际上是一个由很多条件语句组成的软件控制器

10、。针对各类具有非线性、强耦合、不确定性、时变的多变量复杂 系统，最早应用成果:1974年，英国伦敦大学教授Mamdani利用 模糊语句组成模糊控制器，应用于锅炉与蒸汽机的运行控制，在 实验室试验中获得成功。122现代应用技术的研究1国外状况欧洲以理论研究为主导，美国将技术研究作为热点，日本则从事 应用技术的开发工作。日本的应用：仙台地铁的模糊控制系统美国与欧洲应用：德国技术模糊控制 汽车2国内状况我国的研究与应用13模糊控制展望(1) 硬件方面一一模糊计算机的研制模糊计算机的研制包括：模糊计算机体系结构的硬件、操作系统与语言理解等项目。(2) 模糊控制理论体系的突破 系统稳定性研究 高度智能化

11、的模糊控制理论与应用研究重点 ®Fuzzy产品信息融合技术：模糊、神经网络、混沌蝴蝶效应与混沌理论u巴西丛林一只蝴蝶偶然扇动翅膀，可能会在美国得克萨斯州掀起 一场龙卷风，,1972年，美国麻省理工学院教授、混沌学开创人之一 E. N.洛伦兹在美国科学发展学会第139次会议上发表了题为蝴蝶效应 的论文，这个貌似荒谬的论断，最终产生了当今世界最伟大的理论之 一 “混沌理论”。混沌理论是研究如何把复杂的非稳定事件控制到稳 定状态的方法，它彻底粉碎了对“因果决定论可预测度”所存的幻想。混沌理论-在数学和物理学中，研究非线性系统在一定条件下表 现出的“混沌，现象的理论。混沌是指发生在确定性系统

12、中的貌似随 机的不规则运动，一个确定性理论描述的系统，其行为却表现为不确 定性一不可重复、不可预测，这就是混沌现象。进一步研究表明，混 沌是非线性动力系统的固有特性，是非线性系统普遍存在的现象。近半世纪以来，科学家发现许多自然现象即使可化为单纯的数学公 式，但是其行径却无法加以预测。如气象学家Edward Lorenz发现，简 单的热对流现象居然能引起令人无法想象的气象变化，产生所谓的蝴蝶效应，亦即某地下大雪，经追根究底却发现是受到几个月前 远在异地的蝴蝶拍打翅膀产生气流所造成的。一九六O年代，美国数 学家Stephen Smale发现，某些物体的行径经过某种规则性的变化之 后，随后的发展并无一定的轨迹可寻，呈现失序的混沌状态。蝴蝶效应只不过是混沌理论里面的一类，就是对初始条件的敏感1、与传统PID控制的比较，模糊控制 有哪些优点？2、模糊控制与经典控制的根本区别是 什么？3、模糊控制的特点。1、模糊控制技术廉小亲编著，中国电力岀版社