计算机控制系统 教学课件 ppt 作者 马应魁 张虎 主编 张国华 主审第六章_3_Fuzzy contro .ppt

第六章 计算机控制系统中的控制策略 本章主要内容 数字滤波和数据处理 数字PID控制算法 基于数字PID控制的多回路控制系统 模型预测控制 模糊控制 控制策略的工程实现 第五节 Unit 5 模糊控制系统 Fuzzy Control System 本节的主要内容 提出的背景 预备知识 模糊控制的基本原理 模糊控制器的设计 模糊控制器的改进 模糊控制器的工业应用举例 (/fuzzynet/java/pend/pendjava.htm) 6-5 模糊控制系统 模糊控制提出的背景 理论基础是美国的Zadeh教授在1965年提出的模糊数学(Fuzzy Sets) 实际应用：1974年英国的Mamdani首先将模糊控制器用于蒸汽机的控制 所解决的问题：对于非线性、时变、信息不足等难于建模的对象的仿人控制 6-5-1 预备知识（1） 模糊集合与隶属函数 集合：具有某种特定属性的对象的全体 论域：被讨论的全部对象 普通集合：论域中某元素是否属于集合，非此即彼，特征函数（?=0或? =1），为二值逻辑。 模糊集合：是对普通集合的扩展，它将?=0或? =1的取值范围扩大到在[0,1]整个闭区间上的任意值，记作 ，称为隶属函数。 6-5-1 预备知识（2） 模糊（子）集的表示 模糊集An一般可表示为 An= ( , , …, ) 还可表示成如下的形式 ， 注：式中的符号是借用的隶属度关系表现符号, 并不具备其本身的数学含义。 6-5-1 预备知识（3） 模糊（子）集的运算 (1) 交集 (2) 并集 (3) 补集 6-5-1 预备知识（4） 模糊关系及其运算 普通关系：设X, Y是论域, 由X和Y的元素的任意搭配得一个新的集合, 记 它的一个子集称为X到Y的一个普通关系。所谓“关系”, 就是对X与Y的元素之间的搭配施加某种限制。设有一关系R?P(X×Y),用特征函数表示, 即为 6-5-1 预备知识（5） 模糊关系及其运算 模糊关系：设X, Y是两个非空集合, X×Y的一个模糊子集称为X到Y的一个模糊关系R。一般用F(X×Y)表示X到Y的模糊关系全体。 设有一模糊关系R ? F(X×Y),则对于任意的 (x, y) ? (X×Y), 表示(x, y)具有关系R的程度。对于有限论域, 模糊关系R可用矩阵表示, 称之为模糊(关系)矩阵R, 并记为 R=(rij)， 其中 0≤rij≤1, i=1, 2, …, m；j=1, 2,…, n。 6-5-1 预备知识（6） 模糊关系的运算 模糊关系仍是模糊集合，其运算与模糊集合的运算相同。设R1、R2是X×Y上的模糊关系, 对所有的x ? X, y ? Y, 则有 ①相等 R1= R2 隶属函数相等 ②包含 R1?R2 R1的隶属函数小于R2的 ③并 R1∪R2 隶属函数取两者中大的 ④交 R1∩R2 隶属函数取两者中小的 ⑤余 隶属函数为 6-5-1 预备知识（7） 模糊关系的合成 设X、Y和Z是论域, Q是X×Y上的模糊关系, R是Y×Z上的模糊关系, 对所有的x∈X, z∈Z, 则Q和R的合成S=Q·R定义为X到Z的模糊关系。 若Q=(qik)m×n , R=(rkj)n×l , 则有 S=Q·R＜ ＞sij= (i=1, 2,…, m；j=1, 2, …,l) 6-5-2 模糊控制的基本原理（1） 模糊控制系统的基本工作原理：从操作工的控制过程来看其原理 6-5-2 模糊控制的基本原理（2） 模糊控制系统的主要步骤 从过程采样得到的被控变量(系统输出值), 计算预先选择好的系统输入值； 将精确的输入变量转化为模糊量； 由模糊输入变量与模糊控制规则, 根据模糊推理合成规则计算出模糊的控制量； 由模糊控制量计算处理得到精确的控制量并输出到执行机构上。 6-5-2 模糊控制的基本原理（3） 模糊控制系统的组成：无特殊性 模糊控制系统的特点 基于操作者经验, 无需建立精确的数学模型； 具有较强的鲁棒性, 被控对象的参数变化对控制的影响不明显； 其控制机理符合人们对过