模糊控制的基本原理和方法ppt课件

1、模糊控制的基本原理和方法, 模糊逻辑控制器的基本结构, 模糊控制系统的设计, PID 控制器模糊增益调节, 模糊系统的稳定性分析,利用MATLAB设计模糊控制器,1, 模糊逻辑控制器的基本结构,输出,设定值,2,模糊化部件,知识库,决策逻辑模糊控制系统的核心,去模糊化部件,模糊控制中，模糊系统行为按专家知识，以语言规则描述：,多输入多输出（MIMO）转化为多输入单输出（MISO）。,一般规则表示如下：,3, 模糊控制系统的设计,1. 模糊化的策略, 采用单点模糊化, 选择合适的模糊函数, 考虑噪声的概率密度函数。使,4, 对应于输入测量（确定的）的范围，语言变量域中应取多少元素，即xi 中，i

2、 取何值？一般530。, 模糊变量术语集合的数目选取。在细分和粗分之间进行折中。一般为210。,5,2. 模糊规则的合理调整,按照系统的动态行为可以合理地选择和确定模糊规则：,a,b,c,d,e,f,g,h,i,j,k,l,m,i,ii,iii,iv,v,vi,vii,viii,ix,x,x i,xii,8,6,根据e和e的方向和大小，选择控制量的增量u的大小和方向。,有四种情况：,有交叉点和峰、谷点。,7,控制元规则：,1。如果e和e二者都为零，u=0, 保持现状。,2。如果e以满意的速率趋向零， u=0, 保持现状。,3。如果e不是自校正， u不为零，取决于e和e的符号和大小。,对交叉点，

3、 u符号和e符号一样。,对峰、谷点，u符号和e符号一样。,6,8,根据以上规则，我们可以选择和设计模糊控制器 的规则表,6,9,10,关于语言相平面方法调整规则,调节K1 ,K2 ,K3 可以修正规则。,什么叫语言相平面？,按误差e(E) 和误差变化e(E)语言值和相应的规则，构成语言 相平面E E,什么叫语言轨迹？,在相平面中，隶属函数为最大的点的连线，,改变K1 ,K2 ,K3 改变相应语言轨迹，就可调节系统的动态行为（品质）。,13,13,11,E,E,E,E,E,举例：,K3是由K1 ,K2 决定的，增加模糊输出语言值，就应增加K3。,E,E,举例：一阶系统的调节。,12,E,E,E,

4、E,上升时间慢，超调量大。,11,13,E,E,E,E,少了一个NS减少超调。PM与前图相同。,14,E,E,E,E,15,3 . 模糊规则的完整性、一致性和交换性,对过程的每一状态，都能推导出一个合适的控制规则， 控制规则的完整性。, 子集的并，应该以一定程度覆盖有关论域控制 规则的 完整性。 0.5., 规则之间不存在矛盾.,16, PID 控制器模糊增益调节,模糊控制器应用的模式,17,模糊PID调节器,18,模糊控制在MATLAB中的实现,19,设计一模糊控制器使其超调量不超过1%，输出的上升时间0.3。 步骤 1. 确定e，de和u的论域 2. e，de和u语言变量的选取 3. 规则

5、的制定 4. 推理方法的确定,假定被控对象的传递函数为：,20,1. 根据系统实际情况，选择e，de和u的论域 e range : -1 1 de range: -0.1 0.1 u range: 0 2 2. e，de和u语言变量的选取 e 8个：NB,NM,NS,NZ,PZ,PS,PM,PB de 7个：NB,NM,NS,Z,PS,PM,PB U 7个：NB,NM,NS,Z,PS,PM,PB,利用MATLAB的Toolbox工具,21,3.模糊规则确定,22,4. 隐含和推理方法的制定,隐含采用 mamdani方法: max-min 推理方法， 即 min 方法 去模糊方法：面积中心法。

6、选择隶属函数的形式：三角型,MATLAB,23,24,25,26,27,0.1,1,-0.1,-1,0,2,28,29,也可以用viewsurf菜单命令看模糊控制器的输出量,30,31,Scope 2,Scope 1,Scope 3,32, 模糊系统的稳定性分析,Ri:,这是TakagiSugeno一阶模型。改写为：,为了分析模糊系统的稳定性，把常用的一阶模糊系统改写：,Ri:,进一步，写成矩阵形式：,x(k+1)= Ai x(k),33,34,这是一个模糊系统，可以看成是一个离散系统，它由许多 子系统组成。,这系统在什么条件下能够稳定呢？,根据Lyapunov稳定理论，只要存在一个公共的正定

7、矩阵P，使：,则该系统必定全局渐近稳定。,可以证明，此结论是正确的。证明见书本。,35,举例：,模糊控制器为：,36,合成的总系统,对照下式：,合成的总系统可以分解如下：,37,= 0.906 x(k) 0.302 x(k1),= 0.672 x(k) 0.193 x(k1),= 0.906 x(k) 0.302 x(k1),形式上，一个模糊大系统，分成三个模糊子系统。为了保证 此系统稳定，必须存在一个正定矩阵P满足一定的条件。,38,目前情况下，我们可以找到正定矩阵P，,满足：,所以，该系统是可以稳定的。,要注意：这个条件是比较严格的，一般情况下很 难予以满足！,39,要注意：各个模糊子系统稳定，并不能保证整个 模糊系统稳定！,举例：,有二个子系统：,该二个子系统分别是稳定的。但合成的总系统却是不稳定的。,40,因为：,是不稳定的。,如果Ai是稳定非奇异矩阵，i=1,