智能控制系統(tǒng) 第三章 模糊控制

第三章模糊控制系統(tǒng)第一節(jié)模糊控制系統(tǒng)的組成系統(tǒng)：是兩個(gè)以上彼此聯(lián)系又相互作用的對(duì)象所構(gòu)成的具有某種功能的集體。模糊系統(tǒng)：是由那些模糊現(xiàn)象引起的不確定性對(duì)象。模糊控制系統(tǒng)是一種自動(dòng)控制系統(tǒng)，它是以模糊數(shù)學(xué)、模糊語言形式的知識(shí)表示和模糊邏輯推理為理論基礎(chǔ)，采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)構(gòu)成的一種具有閉環(huán)結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)控制系統(tǒng)。它的組成核心是具有智能性的模糊控制器。模糊控制系統(tǒng)的主要部件是模糊化過程、知識(shí)庫（數(shù)據(jù)庫和規(guī)則庫）、推理決策和精確化計(jì)算。模糊控制器采用數(shù)字計(jì)算機(jī)。它具有三個(gè)重要功能：1、模糊化過程、數(shù)據(jù)庫兩塊：把系統(tǒng)的偏差從數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模糊量；2、規(guī)則庫、推理決策完成：對(duì)模糊量由給定的規(guī)則進(jìn)行模糊推理；3、精確化接口：把推理結(jié)果的模糊輸出量轉(zhuǎn)化為實(shí)際系統(tǒng)能夠接受的精確數(shù)字量或模擬量。模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題：模糊化過程、知識(shí)庫（含數(shù)據(jù)庫和規(guī)則庫）、推理決策和精確化計(jì)算。一、模糊化過程模糊化過程主要完成：測(cè)量輸入變量的值，并將數(shù)字表示形式的輸入量轉(zhuǎn)化為通常用語言值表示的某一限定碼的序數(shù)。上圖表示：給出了輸入變量x0在給定限定碼模糊子集（又稱語言值）A’、B’、C’中具有最大隸屬程度。二、知識(shí)庫知識(shí)庫包括數(shù)據(jù)庫和規(guī)則庫1、數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫提供必要的定義，包含了語言控制規(guī)則論域的離散化、量化和正規(guī)化以及輸入空間的分區(qū)、隸屬度函數(shù)的定義等。1）論域的離散化：要使計(jì)算機(jī)能夠處理模糊信息就必須對(duì)用模糊集合表示的不確定信息進(jìn)行量化。論域的離散化實(shí)質(zhì)上是一個(gè)量化過程。量化就是將一個(gè)論域離散成確定數(shù)目的幾小段（量化級(jí)），每一段用某一個(gè)特定術(shù)語作為標(biāo)記，這樣就形成一個(gè)離散域。量化有兩種：1、平均量化；2、非線性映射（在大誤差段的分辨率要求不高時(shí)，量化級(jí)別少點(diǎn)；在小誤差段的分辨率要求較高時(shí)，量化級(jí)別多點(diǎn)）。量化的特點(diǎn)：1、測(cè)量變量的量化會(huì)帶來誤差；2、同時(shí)減少了系統(tǒng)對(duì)小的擾動(dòng)的敏感性。一個(gè)簡單的求中間隸屬度值的求取。在模糊控制系統(tǒng)中，變量的量化給出了控制器計(jì)算的簡化和控制值的平滑之間的一個(gè)折衷，為了消除大的誤差，在量化級(jí)之間的一些插值運(yùn)算是必要的。一個(gè)簡單的方法是引入一個(gè)權(quán)系數(shù)w(.)：對(duì)于一個(gè)連續(xù)的測(cè)量值可以通過相鄰兩個(gè)離散值的加權(quán)運(yùn)算得到模糊度的值。例3-1如果當(dāng)前測(cè)量誤差e=3.6。誤差的離散值3、4的隸屬度值分別為。則當(dāng)前測(cè)量誤差e的隸屬度值可以通過插值運(yùn)算得到：2）輸入輸出空間的模糊劃分：模糊控制規(guī)則前提中的每一個(gè)語言變量都形成一個(gè)與確定論域相對(duì)應(yīng)的模糊輸入空間，而在結(jié)論中的語言變量則形成模糊輸出空間。（模糊劃分就是確定基本模糊集的數(shù)目）。例如：兩個(gè)輸出變量A、B下的一個(gè)模糊空間劃分示意圖。3）基本模糊子集的隸屬度函數(shù)模糊集合的隸屬度函數(shù)是數(shù)據(jù)庫的一個(gè)重要組成部分。通常有兩種模糊集隸屬度函數(shù)的表示方式：一是數(shù)字表示；二是函數(shù)表示。一是數(shù)字表示：數(shù)字表示適用于論域是離散的。例如輸入值u屬于不同模糊子集A的隸屬程度用一個(gè)矢量來表示。當(dāng)輸入領(lǐng)域的量化等級(jí)總數(shù)為5、并分別用ui表示時(shí)，即可寫成：其中矢量中的元素分別是隸屬于模糊子集A的程度。輸入二是函數(shù)表示：函數(shù)表示適用于論域是連續(xù)的情況。典型的函數(shù)有三角形函數(shù)、梯形圖函數(shù)和高斯函數(shù)等。2、規(guī)則庫規(guī)則庫根據(jù)控制目的和控制策略給出了一套由語言變量描述的并由專家或自學(xué)習(xí)產(chǎn)生的控制規(guī)則的集合。規(guī)則庫包括：過程狀態(tài)輸入變量和控制輸出變量的選擇，模糊控制系統(tǒng)的建立。規(guī)則庫包括以下內(nèi)容：（1）、過程狀態(tài)輸入變量和控制輸出變量的選擇典型的模糊邏輯控制器的語言變量取系統(tǒng)的狀態(tài)、系統(tǒng)誤差、誤差變化。（2）、模糊控制規(guī)則的建立模糊控制規(guī)則的建立大致有以下四種:1、專家經(jīng)驗(yàn)法：通過對(duì)專家控制經(jīng)驗(yàn)的咨詢形成控制規(guī)則庫2、觀察法：通過觀察人類控制行為并將其控制的思想提煉出一套基于模糊條件語言類型的控制規(guī)則從而建立模糊規(guī)則庫的途徑就是觀察法的基本思想。3、基于模糊模型的控制：通過建立被控對(duì)象的模糊模型來實(shí)現(xiàn)。方法1、2都是通過建立專家的模型，并以此模糊推理模型進(jìn)行模糊邏輯推理控制。顯然，這類模糊控制器的性能不會(huì)超越所依賴的專家水平?；谀：Ｐ偷目刂剖峭ㄟ^建立被控對(duì)象的模糊模型來實(shí)現(xiàn)——即用像建立模糊控制規(guī)則一樣的“IF-THEN”形式來描述被控對(duì)象的特性。設(shè)被控對(duì)象用以下三個(gè)控制規(guī)律描述：規(guī)律1：如果Yn=PM且Un=PM那么Yn+1=PB；規(guī)律2：如果Yn=PS且Un=NS那么Yn+1=ZE；規(guī)律3：如果Yn=NS且Un=PS那么Yn+1=ZE；規(guī)律4：如果Yn=NM且Un=NM那么Yn+1=NB；其中Y是輸出，U是控制，n是離散時(shí)間。對(duì)這個(gè)控制對(duì)象是使輸出Y為零。如果Yn-1=ZE且Yn=PS,這時(shí)要求Yn+1=ZE。參考對(duì)象規(guī)律2，由于規(guī)律2可以看到Un=NS那么Yn+1=ZE?？梢酝茖?dǎo)控制規(guī)則得到如果Yn-1=ZE且Yn=PS,這時(shí)要求Un=NS。同理如果Yn-1=ZE且Yn=NS,這時(shí)要求Yn+1=ZE。參考對(duì)象規(guī)律3由于規(guī)律2可以看到Un=PS那么Yn+1=ZE?？梢酝茖?dǎo)控制規(guī)則得到如果Yn-1=ZE且Yn=NS,這時(shí)要求Un=PS。4、自組織法：能夠在沒有先驗(yàn)知識(shí)和很少有先驗(yàn)知識(shí)的情況下通過對(duì)觀察系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系建立控制規(guī)則庫。與所有學(xué)習(xí)系統(tǒng)一樣，自組織模糊控制器也需要一個(gè)學(xué)習(xí)性能指標(biāo)來保證學(xué)習(xí)的收斂性。三、推理決策邏輯推理決策邏輯是利用知識(shí)庫的信息模擬人類的推理決策過程，給出適合的控制量。（它是模糊控制的核心）。第二章P34四、模糊邏輯推理講過。1、近似條件推理前提1：如果x是A,則y是B前提2：如果x是A‘結(jié)論：Y是B’=A’2、模糊條件推理語言規(guī)則是：如果x是A，則y是B，否則y是C。3、多輸入模糊推理多輸入是指有多個(gè)輸入的情況。前提1：如果A且B，那么C前提2：現(xiàn)在是A’且B’結(jié)論：4、多輸入多規(guī)則推理多輸入，多規(guī)則。就是對(duì)于一個(gè)控制系統(tǒng)，它的控制規(guī)則有多個(gè)。比如IFA1ANDB1…，THENC1IFA2ANDB2…，THENC2……IFAnANDBn…，THENCn以二輸入多規(guī)則為例。如果A1且B1，那么C1否則如果A2且B2，那么C2…否則如果An且Bn，那么Cn已知A’且B‘，那么C‘=？四、精確化過程在推理得到的模糊集合中取一個(gè)能最佳代表這個(gè)模糊推理結(jié)果可能性的精確值的過程稱為精確化過程。精確化的方法：最大隸屬度函數(shù)法、重心法、加權(quán)平均法。1、最大隸屬度函數(shù)性1）、當(dāng)在輸出論域中，其最大隸屬度函數(shù)對(duì)應(yīng)的輸出值為一個(gè)。（取所有規(guī)則推理結(jié)果的模糊集合中隸屬度最大的元素作為輸出值。）2）、當(dāng)在輸出論域中，其最大隸屬度函數(shù)對(duì)應(yīng)的輸出值為多個(gè)取所有具有最大隸屬度輸出的平均。J為具有相同最大隸屬度輸出的總數(shù)。當(dāng)輸出值為多個(gè)時(shí)候，（1）、求每個(gè)輸出的最大隸屬度數(shù)值；（2）、求和，再平均得到其最大隸屬度2、重心法重心法是取模糊隸屬度函數(shù)的曲線與橫坐標(biāo)圍城面積的重心為模糊推理最終輸出值。重心法：連續(xù)輸出的閥門流量u為重心法：離散精確化控制輸出：3、加權(quán)平均法ki視情況而定。如果，那么加權(quán)平均法就變?yōu)橹匦姆?。面積重心法對(duì)于不同的隸屬度函數(shù)形狀會(huì)有不同的推理輸出結(jié)果。最大隸屬度函數(shù)法對(duì)隸屬度函數(shù)的形狀要求不高。第二節(jié)模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、模糊控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)模糊控制器前，首先根據(jù)被控對(duì)象的具體情況來確定模糊控制器的結(jié)構(gòu)。模糊控制器結(jié)構(gòu)指的是輸入輸出變量、模糊化算法、模糊推理規(guī)則和精確化計(jì)算方法。控制器的設(shè)計(jì)第一步首先確定控制器的輸入輸出變量。1、控制器輸入輸出變量主要講單輸入-單輸出模糊控制結(jié)構(gòu)。單輸入-單輸出模糊控制結(jié)構(gòu)指的是系統(tǒng)控制量只有一個(gè)，系統(tǒng)輸出量只有一個(gè)。單輸入-單輸出模糊控制結(jié)構(gòu)又分一維模糊控制器、二維模糊控制器和多維模糊控制器。比如典型的一維模糊控制器的輸入變量為系統(tǒng)的誤差、二維模糊控制器的輸入變量為系統(tǒng)的誤差和誤差變化。一維模糊控制器和二維模糊控制器的系統(tǒng)控制量都只有一個(gè)為誤差，系統(tǒng)輸出量只有一個(gè)。1)、一維模糊控制器設(shè)模糊控制器的輸入變量為e，輸出控制量為u，則模糊控制規(guī)則一般有以下形式：R1:如果e是E1,u是U1;R2:否則如果e是E2,u是U2;…Rn:否則如果e是En,u是Un;其中E1，E2，…En為模糊控制器輸入論域上的模糊子集；U1，U2，…Un為模糊控制器輸出論域上的模糊子集；其總的模糊關(guān)系：

2）、二維模糊控制器設(shè)模糊控制器的輸入變量為誤差e和誤差變化量de，輸出控制量為u，則模糊控制規(guī)則一般有以下形式：R1:如果e是E1和de是DE1,u是U1;R2:否則如果e是E2和de是DE2,u是U2;….Rn:否則如果e是En和de是DEn,u是Un;其中E1，E2，…En;DE1，DE2，…DEn為模糊控制器輸入論域上的模糊子集；U1，U2，…Un為模糊控制器輸出論域上的模糊子集；其總的模糊關(guān)系：

二維模糊控制器性能優(yōu)于一維模糊控制器性能。目前設(shè)計(jì)中?？紤]這一種模糊控制器結(jié)構(gòu)。3）、多維模糊控制器輸入變量有多個(gè)，多維模糊控制器復(fù)雜，不常用。R1:如果A是A1、B是B1、C是C1……,u是U1;二、模糊控制器的設(shè)計(jì)原則模糊邏輯控制是一種利用人的直覺和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想不同，它不需要受控對(duì)象的數(shù)學(xué)解析模型。一般的模糊控制器的設(shè)計(jì)原則：1、定義輸入輸出變量2、定義所有變量的模糊化條件3、設(shè)計(jì)控制規(guī)則庫4、設(shè)計(jì)模糊推理結(jié)構(gòu)5、選擇精確化策略的方法一般的模糊控制器的設(shè)計(jì)原則：1、定義輸入輸出變量根據(jù)輸入和輸出變量的個(gè)數(shù)，所需規(guī)則的最大數(shù)目建議使用的規(guī)則數(shù)目nin是輸入變量的個(gè)數(shù)，nout是輸出變量的個(gè)數(shù),nlevel是輸入與輸出模糊劃分的數(shù)目。例如：RFID讀寫器（射頻識(shí)別讀寫器）功率的自適應(yīng)調(diào)節(jié)策略：控制器模塊接收模糊控制模塊傳來的新功率執(zhí)行值，最后傳給讀寫器控制器來實(shí)時(shí)控制RFID讀寫器的功率。輸入，輸出個(gè)數(shù)均為1。（如果是二輸入的，誤差、誤差變化量；那么）輸入：功率誤差E（nin）；輸出：控制RFID讀寫器的功率（nout）。求：nlevel功率調(diào)節(jié)細(xì)分：為7種情況，相應(yīng)的輸出功率△Q、輸入誤差△E論域也分為7個(gè)等級(jí)。輸入誤差和輸出功率分別為負(fù)大(NB)、負(fù)中(NM)、負(fù)小(NS)、零(Z)、正小(PS)、正中(PM)、正大(PB)。得到nlevel為7。因此RFID讀寫器的規(guī)則：語言規(guī)則一般的模糊控制器的設(shè)計(jì)原則：1、定義輸入輸出變量如控制鍋爐溫度，鍋爐溫度由電壓控制。我們?cè)O(shè)定鍋爐實(shí)際溫度與預(yù)期溫度的差值為輸入量，控制電壓為輸出量。2、定義所有變量的模糊化條件根據(jù)受控系統(tǒng)的實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)以下內(nèi)容：1）決定輸入變量的測(cè)量范圍；2）輸出變量的控制作用范圍；3）進(jìn)一步確定每個(gè)變量的論域；4）然后再安排每個(gè)變量的語言值及其相對(duì)應(yīng)的隸屬度函數(shù)。如控制鍋爐溫度，鍋爐溫度由電壓控制。根據(jù)受控系統(tǒng)的實(shí)際情況1）輸入變量的測(cè)量范圍：鍋爐溫度（0~600℃）與給定溫度300℃之差。2）輸出變量的控制作用范圍（-15V~15V）3)輸入變量分為七級(jí)：很冷（-300℃），冷（-200℃），有點(diǎn)冷（-100℃），適合（0℃），有點(diǎn)熱（100℃），熱（200℃），很熱（300℃）。4）然后再安排每個(gè)變量的語言值及其相對(duì)應(yīng)的隸屬度函數(shù)：很冷（0.1），冷（0.2），有點(diǎn)冷（0.3），適合（1），有點(diǎn)熱（0.3），熱（0.2），很熱（0.1）。輸出也分為七級(jí)別：大幅度升壓；小幅度升壓；稍微升壓；電壓不變；稍微降壓；小幅度降壓；大幅度降壓。規(guī)則數(shù)目：又比如：模糊集函數(shù)的模糊方法：trimf\trapmf\gbellmf\gaussmf\gauss2mf\sigmf…trimfgaussmf3、設(shè)計(jì)控制規(guī)則庫如控制鍋爐溫度的規(guī)則，如果鍋爐溫度很冷，則大幅度升壓；否則如果鍋爐溫度冷，則小幅度升壓；否則如果鍋爐溫度有點(diǎn)冷，則稍微升壓；否則如果鍋爐溫度適合，則電壓不變；否則如果鍋爐溫度有點(diǎn)熱，則稍微降壓；否則如果鍋爐溫度熱，則小幅度降壓；否則如果鍋爐溫度很熱，則大幅度降壓。4、設(shè)計(jì)模糊推理結(jié)構(gòu)這一部分由計(jì)算機(jī)、單片機(jī)或?qū)ｉT的模糊推理硬件集成電路芯片來實(shí)現(xiàn)。推理規(guī)則見第二章。P345、選擇精確化策略的方法精確化過程：是把模糊推理獲得的模糊輸出量轉(zhuǎn)換為確切的控制著。精確化的方法：最大隸屬度函數(shù)法、重心法、加權(quán)平均法。三、模糊控制器的常規(guī)設(shè)計(jì)方法模糊控制器的常規(guī)設(shè)計(jì)方法是查表法。查表法是通過離線計(jì)算取得一個(gè)模糊控制表，并將其控制表存放在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中，當(dāng)模糊控制器進(jìn)行工作時(shí)，計(jì)算機(jī)只需直接根據(jù)采樣得到的誤差和誤差變化的量化值來找到當(dāng)前時(shí)刻的控制輸出量化值。最后，計(jì)算機(jī)將此量化值乘以比例因子得到最終的輸出控制量。模糊控制器的常規(guī)設(shè)計(jì)方法是查表法。常規(guī)設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)步驟如下：1、確定模糊控制器的輸入、輸出變量；2、確定各輸入、輸出變量的變化范圍、量化等級(jí)和量化因子；3、在各輸入和輸出語言變量的量化域內(nèi)定義模糊子集；4、模糊控制規(guī)則的確定；5、求模糊控制表（最好取整）。模糊控制器的常規(guī)設(shè)計(jì)方法例題已知一空調(diào)控制系統(tǒng)，要求空調(diào)室內(nèi)溫度保持在25℃恒定，目前此系統(tǒng)采用以下控制方式（電壓和溫度誤差成正比）。設(shè)模糊控制器為一維控制器，輸入語言變量為誤差，輸出為控制電壓。兩個(gè)變量的量化等級(jí)為七級(jí)，取五個(gè)語言值。隸屬度函數(shù)根據(jù)確定的原則任意確定。試按常規(guī)模糊邏輯控制器的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出模糊邏輯控制表。解：1、確定模糊控制器的輸入、輸出變量。模糊控制器為一維控制器：設(shè)模糊控制器的輸入變量為e，輸出控制量為u。模糊控制器選用的系統(tǒng)的實(shí)際溫度T與溫度給定值Td的誤差作為輸入語言變量，把控制加熱裝置的供電電壓u選作輸出語言變量。輸出電壓量與誤差成正比。2、確定各輸入、輸出變量的變化范圍、量化等級(jí)和量化因子。3、在各輸入和輸出語言變量的量化域內(nèi)定義模糊子集。誤差隸屬度函數(shù)模糊輸出量隸屬度函數(shù)4、模糊控制規(guī)則的確定控制量和誤差量成正比。例如如果誤差小于0，增加控制量，使得誤差增加?？刂埔?guī)則規(guī)則1、如果誤差e是NB，則控制U為PB;規(guī)則2、如果誤差e是NS，則控制U為PS;規(guī)則3、如果誤差e是ZE，則控制U為ZE;規(guī)則4、如果誤差e是PS，則控制U為NS;規(guī)則5、如果誤差e是PB，則控制U為NB;1)、從誤差隸屬度圖看到PB,PSA)規(guī)則4、如果誤差e是PS，則控制U為NS;誤差：由規(guī)則4得到控制：如果有兩個(gè)輸入變量，就是兩維輸入，E,DE，那么控制就是用瑪達(dá)尼，求它們的最小值，見p55最后三行和P61的由規(guī)則一得到：（前面五行）誤差隸屬度函數(shù)規(guī)則5、如果誤差e是PB，則控制U為NB;誤差：由規(guī)則5得到控制：B)最后的輸出增量為上面兩條控制量的合成：C)模糊輸出量隸屬度函數(shù)精確化控制輸出：2)從誤差隸屬度圖看到PB,PSA)規(guī)則4、如果誤差e是PS，則控制U為NS;誤差由規(guī)則4得到控制：誤差隸屬度函數(shù)規(guī)則5、如果誤差e是PB，則控制U為NB;誤差：由規(guī)則5得到控制：B)最后的輸出增量為上面兩條控制量的合成：C)模糊輸出量隸屬度函數(shù)精確化控制輸出：3)從誤差隸屬度圖看到PS,ZE（同學(xué)做）A)規(guī)則3、如果誤差e是ZE，則控制U為ZE;誤差：由規(guī)則3得到控制：誤差隸屬度函數(shù)規(guī)則4、如果誤差e是PS，則控制U為NS;誤差：由規(guī)則4得到控制：B)最后的輸出增量為上面兩條控制量的合成：C)模糊輸出量隸屬度函數(shù)精確化控制輸出：其它數(shù)值計(jì)算方法雷同4)從誤差隸屬度圖看到ZE控制輸出：5)從誤差隸屬度圖看到ZE,NS控制輸出：6)從誤差隸屬度圖看到NS,NB控制輸出：7)從誤差隸屬度圖看到NS,NB控制輸出：綜合上面的結(jié)果，得到模糊邏輯控制表第三節(jié)模糊控制器的設(shè)計(jì)舉例舉幾實(shí)際例子說明模糊控制器的設(shè)計(jì)一、流量控制的模糊控制器設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)單輸入單輸出的流量控制的模糊控制器。采用二維模糊控制器，輸入變量有兩個(gè)，控制閥門的誤差e和誤差變化量de，輸出控制量為閥門開啟程度u。兩個(gè)輸入變量的量化等級(jí)為5，語言值為5：“負(fù)大、負(fù)小、零、正小、正大”。輸出變量的量化等級(jí)為4，語言值為4：“關(guān)、半開、中等、開”。根據(jù)已知模糊控制規(guī)則：規(guī)則1：如果誤差為零或者誤差變化為正小，則閥門半開規(guī)則2：如果誤差為正小和誤差變化為正小，則閥門中等輸出的閥門流量u為多少？1、確定模糊控制器的輸入、輸出變量和規(guī)則控制的數(shù)目由于設(shè)計(jì)一個(gè)單輸入單輸出的流量控制的模糊控制器?？紤]設(shè)計(jì)精度，選擇設(shè)計(jì)如下是流量誤差的隸屬度函數(shù)、誤差變化的隸屬度函數(shù)和閥門流量的隸屬度函數(shù)。流量誤差的隸屬度函數(shù)誤差變化的隸屬度函數(shù)閥門流量的隸屬度函數(shù)由于規(guī)則1：如果誤差為零或者誤差變化為正小，則閥門半開；規(guī)則2：如果誤差為正小和誤差變化為正小，則閥門中等?？刂埔?guī)則表解：1）模糊化過程當(dāng)輸入誤差e為5，輸入誤差變化de為8，看圖1，流量誤差的隸屬度函數(shù)看圖2，誤差變化的隸屬度函數(shù)2）模糊邏輯推理根據(jù)已知模糊控制規(guī)則：規(guī)則1：如果誤差為零或者誤差變化為正小，則閥門半開規(guī)則2：如果誤差為正小和誤差變化為正小，則閥門中等對(duì)應(yīng)規(guī)則庫對(duì)應(yīng)規(guī)則1：誤差為0的隸屬度是0.375，而誤差變化為正小的隸屬度是0.8，由并運(yùn)算的推理規(guī)則可得那么閥門半開的隸屬度對(duì)應(yīng)規(guī)則2：誤差為正小的隸屬度是0.625，而誤差變化為正小的隸屬度是0.8，由交運(yùn)算的推理規(guī)則可得那么閥門中等的隸屬度3）精確化計(jì)算：回顧：重心法重心法是取模糊隸屬度函數(shù)的曲線與橫坐標(biāo)圍城面積的重心為模糊推理最終輸出值。重心法輸出的閥門流量u為閥門的確切開度為5.87。二、被控對(duì)象是由晶閘管控制的直流電動(dòng)機(jī)。由直流傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)模塊可知，此對(duì)象為一個(gè)純延時(shí)的環(huán)節(jié)慣性。設(shè)傳遞函數(shù)為。要求設(shè)計(jì)一個(gè)模糊控制器對(duì)此調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行控制，允許轉(zhuǎn)速誤差為±2r/s。1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直流傳動(dòng)速度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成一個(gè)二維的單輸出模糊控制系統(tǒng)。2、模糊化設(shè)計(jì)誤差變量取兩個(gè)語言值，負(fù)偏差（NZ）、正偏差（PZ）。誤差變化變量取兩個(gè)語言值，負(fù)偏差變化率（NZ）、正偏差變化率（PZ）?？刂屏恳栽隽糠绞竭M(jìn)行模糊化，正增量（PS）、零增量（ZE）、負(fù)增量（NS）?？刂埔?guī)則控制規(guī)則設(shè)計(jì)：控制規(guī)則是根據(jù)人的控制經(jīng)驗(yàn)總結(jié)并經(jīng)過一定的處理得到。規(guī)則1：如果誤差e’是NZ、且誤差變化de’是NZ，則控制Du’為ZE；規(guī)則2：如果誤差e’是NZ、且誤差變化de’是PZ，則控制Du’為NS；規(guī)則3：如果誤差e’是PZ、且誤差變化de’是NZ，則控制Du’為PS；規(guī)則4：如果誤差e’是PZ、且誤差變化de’是PZ，則控制Du’為ZE。設(shè)某一時(shí)刻則有

規(guī)則1：如果誤差e’是NZ、且誤差變化de’是NZ，則控制Du’為ZE；由第一條規(guī)則可得：規(guī)則2：如果誤差e’是NZ、且誤差變化de’是PZ，則控制Du’為NS；由第二條規(guī)則可得：規(guī)則3：如果誤差e’是PZ、且誤差變化de’是NZ，則控制Du’為PS；由第三條規(guī)則可得：規(guī)則4：如果誤差e’是PZ、且誤差變化de’是PZ，則控制Du’為ZE。由第四條規(guī)則可得：最后的輸出控制增量為四條推理結(jié)果的合成，即4、精確化計(jì)算由隸屬度函數(shù)圖結(jié)合公式得到采用重心法，并認(rèn)為增量PS大于7和NS大于-7部分的面積可以抵消。則離散點(diǎn)選擇點(diǎn)線的拐點(diǎn)處：控制輸出：第四節(jié)模糊PID控制器的設(shè)計(jì)模糊PID控制的設(shè)計(jì)主要涉及：一、模糊控制器和常規(guī)PID的混合結(jié)構(gòu)；二、常規(guī)PID參數(shù)的模糊自整定技術(shù)。一、模糊控制器和常規(guī)PID的混合結(jié)構(gòu)語言變量越多，分檔越細(xì)，性能越好，模糊控制器的精度和跟蹤性能越好；然而規(guī)則數(shù)和計(jì)算量增加，調(diào)試更加困難，控制器的實(shí)時(shí)性越難以控制。解決這一問題的方法（模糊控制器和常規(guī)PID的混合結(jié)構(gòu)的兩種方法）：1、方法一：在論域內(nèi)用不同的控制方法分段實(shí)現(xiàn)控制——即誤差大時(shí)采用純比例控制方式，當(dāng)誤差小于某一閥值時(shí)切換到模糊控制方式，當(dāng)輸入變量誤差模糊值為零（ZE）時(shí)進(jìn)入PI控制方式。設(shè)計(jì)方法：PID控制器和模糊邏輯控制器分別設(shè)計(jì)，系統(tǒng)只是根據(jù)性能指標(biāo)和評(píng)斷標(biāo)準(zhǔn)來決定哪一個(gè)控制器的輸出才是系統(tǒng)真正的控制值。它的難點(diǎn)在于如何選擇切換條件以滿足平穩(wěn)切換和不產(chǎn)生系統(tǒng)振蕩現(xiàn)象。2、方法二、PID控制器分解為模糊PD控制器和各種其它類型并聯(lián)。(五種類型)1）當(dāng)被控過程的穩(wěn)態(tài)增益已知或可以測(cè)量KP，模糊邏輯控制器的輸出：UPD是模糊PD控制器輸出，X是閉環(huán)系統(tǒng)的期望輸出值2）KP未知，則用積分代替:3）積分增益模糊化：把積分增益模糊化。4）模糊PD控制器與模糊PI控制器并聯(lián)構(gòu)成模糊PID調(diào)節(jié)器：二輸入-輸出規(guī)則庫來控制，其中模糊PI控制器的規(guī)則形式為：PI規(guī)則r：如果e是E’和de是△E’,那么du是△U’。r=1，2，…，N。5）如果只考慮誤差對(duì)模糊PI輸出量有影響，二輸入-輸出規(guī)則庫來控制，其中模糊PI控制器的規(guī)則形式為簡易PI規(guī)則。簡易PI規(guī)則r：如果e是E’,那么du是△U’。r=1，2，…，N。二、常規(guī)PID參數(shù)的模糊自整定技術(shù)1、常規(guī)PID參數(shù)模糊自整定控制原理PID控制公式2、常規(guī)PID參數(shù)模糊自整定語言值對(duì)于常規(guī)PID參數(shù)模糊自校正系統(tǒng)的設(shè)計(jì)