模糊控制理論

模糊控制理論與應(yīng)用一、什么是模糊控制二、模糊控制的特點三、模糊控制器的基本結(jié)構(gòu)四、模糊控制器的設(shè)計步驟五、模糊控制的應(yīng)用在汽車駕駛學(xué)校，教員通過簡單的口頭傳授將汽車開入車庫的技能教會學(xué)員?！跋劝逊较虮P向左打，前進(jìn)、停車，然后再調(diào)整方向盤、后退，如不成功就再來一次”模糊控制算法一、什么是模糊控制一、什么是模糊控制世界上許多東西是不能用精確的數(shù)學(xué)模型來表達(dá)的。人的語言中就有大量的諸如“大概”、“差不多”、“稍高”、“偏低”之類的詞語。在控制工程中，有些復(fù)雜被控對象（或過程）的特性難以用一般物理及化學(xué)的已有規(guī)律來描述，以致不可能為其建立數(shù)學(xué)模型。很多控制在人類手動操作下能更有效地達(dá)到預(yù)期效果。模糊控制的核心就是利用模糊集合理論，把人的控制策略的自然語言轉(zhuǎn)化為計算機(jī)能夠接受的算法語言所描述的控制算法.一、什么是模糊控制它以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，用語言規(guī)則表示方法和先進(jìn)的微機(jī)技術(shù)，由模糊推理進(jìn)行決策的一種高級控制策略。它屬于智能控制范疇，而且發(fā)展至今已成為人工智能領(lǐng)域中的一個重要分支。二、模糊控制的特點●模糊控制是一種基于規(guī)則的控制。它直接采用語言型控制規(guī)則，出發(fā)點是現(xiàn)場操作人員的控制經(jīng)驗或相關(guān)專家的知識，因而使得控制機(jī)理和策略易于接受與理解。模糊控制適用于那些數(shù)學(xué)模型難以獲取、動態(tài)特性不易掌握或變化非常顯著的對象?！窨刂埔?guī)律可以不斷豐富和完善，加之客服了人類機(jī)體本身的不足，使得模糊控制優(yōu)于熟練工人的收工控制。二、模糊控制的特點●模糊控制系統(tǒng)的魯棒性(robustness)強(qiáng)，干擾和參數(shù)變化對控制效果的影響被大大減弱，尤其適合于非線性、時變及純滯后系統(tǒng)的控制?！癫僮鲿r可省去系統(tǒng)參數(shù)調(diào)節(jié)?！窠鉀Q復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題?！耠S著模糊控制系統(tǒng)開發(fā)軟硬件的發(fā)展，模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計，維修和保養(yǎng)變得越來越簡單，成本也越來越低。三、模糊控制器的基本結(jié)構(gòu)計算語差e及誤差變化率c模糊化ecEC模糊控制算法模糊判決U被控對象u被控量Y變送器RY－模糊控制器模糊控制器由模糊化、模糊控制算法和模糊判決這三個環(huán)節(jié)組成。隸屬函數(shù)

——定義模糊集合的方法隸屬函數(shù)是一個從論域∪到閉區(qū)間［0，1］的一個映射：論域∪中的元素x越接近A，則hA（x）的取值越接近1，表示x屬于A的程度越大；反之，hA（x）的取值就越接近于0。四、模糊控制器的設(shè)計步驟1.模糊化確定各變量的模糊語言取值及相應(yīng)的隸屬函數(shù)，即進(jìn)行模糊化。模糊語言值通常選取3、5或7個，例如取{負(fù)，零，正}，{負(fù)大，負(fù)小，零，正小，正大}，或{負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大}等。NBNMNSZPSPMPB然后對所選取的模糊集定義其隸屬函數(shù)0uNBNMNS1PBPMPSZ0四、模糊控制器的設(shè)計步驟隸屬函數(shù)取法示意一個非模糊值的模糊化就是根據(jù)輸入語言變量的定義確定相應(yīng)于每個語言值的隸屬度四、模糊控制器的設(shè)計步驟2.模糊控制算法（合成算法）這是指規(guī)則的歸納和規(guī)則庫的建立，是從實際控制經(jīng)驗過渡到模糊控制器的中心環(huán)節(jié)?？刂埔?guī)則通常由一組if-then結(jié)構(gòu)的模糊條件語句構(gòu)成，例如：ifE=NBandC=NB，thenΔU=PB……等；或總結(jié)為模糊控制規(guī)則表，可直接由E和C查詢相應(yīng)的控制量U。將操作者在控制過程中的實際操作經(jīng)驗（或稱手動控制策略）加以總結(jié)而得到的一條條模糊條件語句的集合，并由計算機(jī)來實現(xiàn)之。以爐溫控制為例。設(shè)：誤差E為爐溫實際值T與給定值R之差，即E=T－R；爐溫的變化率為C，即當(dāng)E為負(fù)大（E=NB）且C也為負(fù)大（C=NB）時，即溫度太低且急速下降，操作者應(yīng)大幅度地提高輸入給爐體的能量，因此控制量U的增量ΔU應(yīng)為正大（PB）。反之，若E為正大（E=PB），且C也為正大（C=PB），即爐溫已大大超過給定值，且有繼續(xù)快速上升的趨勢，操作者當(dāng)然應(yīng)大幅度減少輸入給爐中的能量，所以ΔU應(yīng)為負(fù)大（ΔU=NB

）。CΔUENBNMNS0PSPMPBNBPBPBPBPBPM00NMPBPBPBPBPM00NSPMPMPMPM0NSNS0PMPMPS0NSNMNMPSPSPS0NMNMNMNMPM00NMNBNBNBNBPB00NMNBNBNBNB

上述的模糊控制規(guī)則表，可通過下面的一組模糊條件語句來由計算機(jī)實現(xiàn)：ifE=NBandC=NBorNMorNSor0thenΔU=PBifE=NMandC=NBorNMorNSor0thenΔU=PBifE=PBandC=0orPSorPMorPBthenΔU=NB

模糊控制規(guī)則表與模糊條件語句組是完全等價的。它便是模糊控制的核心。該規(guī)則表或條件語句組總結(jié)得是否符合該被控對象的客觀規(guī)律，是模糊控制成功的關(guān)鍵。四、模糊控制器的設(shè)計步驟3.模糊判決（去模糊化）（一）加權(quán)平均法突出主要信息，同時也兼顧其他信息（二）面積重心法（三）最大隸屬度法選取隸屬度最大的論域元素作為判決結(jié)果，加到被控對象上。只突出主要因素，缺乏全面考慮，但是應(yīng)用方便五、模糊控制的應(yīng)用1.航天航空模糊邏輯現(xiàn)已應(yīng)用于各種導(dǎo)航系統(tǒng)，如美國航空和宇航局（NASA）正在開發(fā)一種用于將引導(dǎo)航天飛機(jī)和空間站相連的自動系統(tǒng)。

2.工業(yè)過程控制工業(yè)過程控制的需要是控制技術(shù)發(fā)展的主要動力，現(xiàn)在的許多控制理論都是為工業(yè)過程控制而發(fā)展的。最早的實用工業(yè)過程模糊控制是丹麥F.L.Smith公司研制的水泥窯模糊邏輯計算機(jī)控制系統(tǒng)，它已作為商品投放市場，是模糊控制在工業(yè)過程中成功應(yīng)用的范例之一。

3.家用電器由于模糊邏輯能以極小的代價提高產(chǎn)品的性能，使它在家用電器中得到了廣泛的應(yīng)用。在日本，幾乎所有家用電器制造廠商都使用模糊技術(shù)。松下和日立公司已生產(chǎn)了能按洗的衣服量、臟物的類型和數(shù)量來自動選擇適當(dāng)?shù)南匆轮芷诤拖匆路塾昧康娜詣酉匆聶C(jī)。4.汽車和交通運(yùn)輸汽車中使用了大量單片機(jī)，其中有些已使用模糊邏