模糊控制原理課件

模糊控制原理

北京理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院

sunjian@

孫健

第三章模糊控制原理

3JI模糊控制的基本原理

33模糊控制器設(shè)計(jì)-

M模糊控制的應(yīng)用

欠京厚工大學(xué)

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第三章模糊控制原理

北京理工大學(xué)

PageU3

3.1模糊控制的基本原理

■3.1.1模糊基本思想

模糊控制是以模糊集理論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)

的一種智能控制方法，它是從行為上模仿人的模糊推理和決策過

程的一種智能控制方法。

操作人員或?qū)＜业目刂平?jīng)驗(yàn)是如何轉(zhuǎn)化為數(shù)字控制器的?

燃?xì)饩W(wǎng)

控制思

水油調(diào)w7。

熱水器如球歟溫偏高，就把燃?xì)忾y

關(guān)?。蝗绻疁仄停桶?/p>

燃?xì)忾y開大。

水溫檢測(cè)

人類對(duì)熱水器水溫的調(diào)節(jié)欠京厚工大攀

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3.1模糊控制的基本原理

模仿人類的調(diào)節(jié)經(jīng)驗(yàn)可以構(gòu)造一個(gè)模糊控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)熱水器的控覦

■用一個(gè)溫度傳感器來替代左手進(jìn)行對(duì)水溫的測(cè)量，傳感器的測(cè)量值經(jīng)

A/D變換后送往控制器。

■電磁燃?xì)忾y代替右手和機(jī)械燃?xì)忾y作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，電磁燃?xì)忾y的開度

由控制器的輸出經(jīng)D/A變換后控制。

■構(gòu)造控制器，使其能夠模擬人類的操作經(jīng)驗(yàn)。

人類的控制規(guī)則

如果水溫比期望值高，就把燃?xì)忾y關(guān)小;

如果水溫比期望值低，就把燃?xì)忾y開大。

描述了輸入皿（水溫1￥與期望值的偏差e）和輸出（燃?xì)忾y開度的增量

u）之間的模糊關(guān)系R

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3.1模糊控制的基本原理

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3.1模糊控制

的基本原理

根短控吊器（鉞機(jī)）

給定縹

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Page^

3.1模糊控制

的基本原理

模糊控制原理框圖

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Page^

3.1模糊控制的基本原理

■3.K韁翻雌制器的基本結(jié)構(gòu)

■知識(shí)庫

模糊推理

■反模糊化

精根精

反

確糊確

值

值模伯模

糊模糊推理糊

化化

模糊控制器

模糊控制器的構(gòu)成框圖

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3.1模糊控制的基本原理

■模糊化

將輸入的精確量轉(zhuǎn)化成為模糊量的過程稱為模糊化

■模糊化步驟

■確定符合模糊控制器要求的輸入量和輸出量

常用的輸入量是系統(tǒng)輸出的誤差（e）和誤差的改變

量（ec），而輸出墓:就是控制量（u）o

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3.1模糊控制的基本原理

■模糊化

輸入量和輸出量論域的設(shè)計(jì)

■基本論域

eecu的實(shí)際范圍稱為這些變量的基本論域

e的基本論域：[%。山

ec的基本論[CCLecn]精確量

域?

u的基本論域：

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Pa^eDII

3.1模糊控制的基本原理

■模糊化

輸入量和輸出量論域的設(shè)計(jì)

在模糊控制器的設(shè)計(jì)中，通常就把土輸入、輸出量的論域定義為有

限整數(shù)的離散論域,例如，可以將E的論域定義為{■%?

m+t…，?1,Q*7,m};將EC的論域定義為{嘰?

幾十19…,0,1,…,n-r,?};將U的論域定義為何?/+1,.??，?/,

Q，…，/■九

為了提高實(shí)時(shí)性，模糊控制器常常以控制查詢表的形式出

現(xiàn)。該表反映了通過模糊控制算法求出的模糊控制器輸入

量和輸出量在給定離散點(diǎn)上的對(duì)應(yīng)關(guān)系。為了能方便地產(chǎn)

生控制查詢表，在模糊控制器的設(shè)計(jì)中，通常就把輸入輸

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3.1模糊控制的基本原理

出的論域定義為有限整數(shù)的離散論域。

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3.1模糊控制的基本原理

■模糊化

■輸入量和輸出量論域的設(shè)計(jì)

有關(guān)論域的選擇問題，一般誤差論域m>6f誤差變化論域

nN6,控制量的論域企7。

這是因?yàn)檎Z言變量的詞集多半選為七個(gè)（或八個(gè)）這樣能

滿足模糊集論域中所含元素個(gè)數(shù)為模糊語言詞集

總數(shù)的二倍以上，確保模糊集能較好地覆蓋論域，避

免出現(xiàn)失控現(xiàn)象。

道理上講，增加論域中的元素個(gè)數(shù)，即把等級(jí)細(xì)分,

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3.1模糊控制的基本原理

可以提高控制精度，但受到計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)的限制，另外

要增加計(jì)算量。把等級(jí)分得過細(xì)，顯得必要性不大。

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3.1模糊控制的基本原理

輸入量和輸出量論域的設(shè)計(jì)

I如何實(shí)現(xiàn)實(shí)際的連續(xù)域到有限整數(shù)離散域的轉(zhuǎn)換？I

通過引入量化因子&、&涕］比例因子來實(shí)現(xiàn)

~模糊

/d/dtEC‘控制器

實(shí)際中誤差的連續(xù)取值范圍是匕=［處方，則：

,2m

，-

°H一4

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3.1模糊控制的基本原理

■輸入量和輸出量論域的設(shè)計(jì)

同理，假如誤差變化率的連續(xù)取值范圍是紂=伽時(shí)％],控制量的連續(xù)

取rf值范圍是則量化因子穌和比例因子文〃可分別確定

如下:

瞄三kLl

CCH-eci21

2〃

在確定了量化因子和比例因子之后，誤差。和誤差變化率CC可通

過下式轉(zhuǎn)換為模糊控制器的輸入&和EG

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Paf(eDl5

3.1模糊控制的基本原理

況二v效（優(yōu)一竺寧D>

式中，VA代表取整運(yùn)算U!（四舍五入）。

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3.1模糊控制的基本原理

■輸入量和輸出量論域的設(shè)計(jì)

模糊控制器的輸出U可以通過下式轉(zhuǎn)換為實(shí)際的輸出值心

“二燈心+擔(dān)也

“2

選的較大時(shí)，系統(tǒng)的超調(diào)變大，過渡過程變長(zhǎng)。《增大，

相當(dāng)于縮小了誤差的基本論域，增大誤差變量的控制作用。

?《施的較大時(shí)，系統(tǒng)的超調(diào)變小，系統(tǒng)的響應(yīng)速度變慢，

選的過小時(shí)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程變長(zhǎng)，選擇過大會(huì)導(dǎo)致系

統(tǒng)振蕩。K〃影響著控制器的輸出，能過調(diào)整K〃可以改變被控

對(duì)象輸入的大小。

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Paf(eDl5

3.1模糊控制的基本原理

■對(duì)輸入量進(jìn)行模糊化處理，包括確定語言變量和隸屬函數(shù)

■確定語言變量的語言值

通常在語言變量的論域上，將其劃分為有限的幾檔。

例如，可將E、EC和U的劃分為

(“正大(PB)”，“正中(PM)”，“正小(PS)”，“零(Z0)”，“負(fù)小

(NS)”,"負(fù)中(NM)”,“負(fù)大(NB)”｝七檔。

■檔級(jí)多，規(guī)則制定靈活，規(guī)則細(xì)致，但規(guī)則多、復(fù)雜，編制程序

困難，占用的內(nèi)存較多；

■檔級(jí)少，規(guī)則少，規(guī)則實(shí)現(xiàn)方便，但過少的規(guī)則會(huì)使控制作用變

粗而達(dá)不到預(yù)期的效果。

因此在選擇模糊狀態(tài)時(shí)要兼顧簡(jiǎn)單性和控制效果。

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3.1模糊控制的基本原理

對(duì)輸入量進(jìn)行模糊化處理，包括確定語言變量和隸屬函數(shù)

■確定隸屬函數(shù)（原則）

■模糊化處理方法

■模糊單點(diǎn)或單點(diǎn)模糊集合

如果輸入值xO是準(zhǔn)確的，那么通常將其模糊化為模糊單點(diǎn),

即

■離散化的輸入論域

將確定的隸屬函數(shù)曲線離散化，得到有限個(gè)點(diǎn)上的隸屬度，便構(gòu)

成了一個(gè)相應(yīng)的模糊變量的模糊子集。

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3.1模糊控制的基本原理

例3.121

心史+耍+四+，+山+里

123456欠京厚工大攀

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3.1模糊控制的基本原理

■模糊化過程小結(jié)

將輸入輸出的精確值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模糊值，具體的步驟如下：

第一步將實(shí)際檢測(cè)的系統(tǒng)誤差和誤差變化率量化為模糊控制器的輸入。

假設(shè)實(shí)際檢測(cè)的系統(tǒng)誤差和誤差變化率分別為湃和統(tǒng)*,可以通過量

化因子將其量化為模糊控制器的輸入打牟和位戶。

礦*ke.（e-箜筍）〉

EC~<kec?

(ec

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3.1模糊控制的基本原理

■模糊化過程小結(jié)

第二步將模糊控制器的精確輸入E*和EC*轉(zhuǎn)化為模糊輸入V和B

氣

將E*和EC*所對(duì)應(yīng)的隸屬度最大的模糊值當(dāng)作當(dāng)前模糊控制

的模糊輸入量A*和器

職。

假設(shè)矽6,系統(tǒng)誤差采用三

角形隸屬函數(shù)來進(jìn)行模糊

化。？屬于NB的隸屬度

最大（為1）,則此時(shí)，

相對(duì)應(yīng)的模糊控制器的模

糊輸入，為6

J：10.5000-++—00000000

N5+——++.6-5-4-3-2+-+—+—+--10123456

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3.1模糊控制的基本原理

■模糊化過程小結(jié)

對(duì)于某些輸入精確量，有時(shí)無法判斷其

屬于哪個(gè)模糊值的隸屬度更大，例如

當(dāng)玲二.5時(shí)，其屬于NB和NM的隸

樣大。此時(shí)有兩種方法進(jìn)行處理.：

窟度一

1）在隸屬度最大的模糊值之間任取

個(gè);例如當(dāng)￡*=?5時(shí)，A*=NB或

NMo

2）重新定義一個(gè)模糊值，該模糊值

對(duì)于當(dāng)前輸入精確量的隸屬度為1,

對(duì)于其它精確量的隸屬度為0。

單點(diǎn)）

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3.1模糊控制的基本原理

0100000000000

-+++++—+—+—+—

+—+—+—+—

-6-5-4-3-2-10123456

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3.1模糊控制的基本原理

數(shù)據(jù)庫?量化因子、比例因子

?語言變量的語言值

?各麓糊變量的麓糊取值及相應(yīng)的

知

識(shí)隸屬函數(shù)選擇和形狀等問題

軍

規(guī)則隹111用模糊語言表示的一系列控制規(guī)

貝1反映了控制專家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)

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Pa(>e[J27

3.1模糊控制的基本原理

■規(guī)則庫.

規(guī)則庫的形式

規(guī)則庫由若干條控制規(guī)則組成，這些控制規(guī)則根據(jù)人類控

制專家的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)得出，按照

IF...is...AND…is…11^^?和???的形式表達(dá)。

:IFEisAiANDECisTHENL/isG

R2：1FEisA2ANDECisB2THENUisC2

Rn:IFEisA?ANDECisBnTHENUisCn

其中，E、EC是輸入變量“誤差”，“誤差變化率”；U

是輸出變量“控制量”。劣、用、G是第滌規(guī)則中與&、

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3.1模糊控制的基本原理

EC、U對(duì)應(yīng)的語言值。

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Pace"29

3.1模糊控制的基本原理

■規(guī)則庫.

規(guī)則庫中的規(guī)

■規(guī)則庫的形則必須涵蓋所

式規(guī)則庫也可以用表格的形式進(jìn)行描述。有可能的情況

?9-

在E、EC、。的論EC

V

域上各定義了7個(gè)NBNMNSZPSPMPB

語言子集；

(PB,PM,PS,ZO,N沖NBNBNBNBNMNSZO

S,NM,NB)對(duì)于政NMNBNBNBNMNMNSZO

EC可能的每種取USNMNMNMNSZDZOPS

值，進(jìn)行專家分析和ZNBNMNSZOPSPSPM

E

總結(jié)后，則總結(jié)出

rsNSNSZOPSPMPMPM

的控制規(guī)則為：

PM20PSPMPMPBPRPB

P8PSPMPMPBPBPBPB

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3.1模糊控制的基本原理

■建立模糊控制規(guī)則表的基本思想

■當(dāng)誤差為負(fù)大時(shí)，若誤差變化為負(fù)，這時(shí)誤差有增大的趨勢(shì)，為盡快消除已

有的負(fù)大誤差并抑制誤差變大，所以控制量的取負(fù)大。當(dāng)誤差為負(fù)而誤差

變化為正時(shí)，系統(tǒng)本身已有減小誤差的趨勢(shì)，為盡快消除誤差且又不引起

超調(diào)，應(yīng)取較小的控制量。

■當(dāng)誤差為負(fù)中時(shí)，控制量應(yīng)使誤差盡快消除，取值與誤差為負(fù)大時(shí)相同。當(dāng)

誤差為負(fù)小時(shí)，系統(tǒng)接近穩(wěn)態(tài)，若誤差變化為負(fù)，選取控制量為負(fù)中，以抑制誤差

往負(fù)方nl句變化，若誤差變化為正時(shí)，系統(tǒng)本身已有趨勢(shì)消除負(fù)小的偏差，選取捽

制量為零或正小即可。

當(dāng)誤差為正時(shí)，控制思想與此基本相同，僅符號(hào)相反。

3.1模糊控制的基本原理

■規(guī)則庫

■規(guī)則庫的生成

模糊控制規(guī)則的提取方法在模糊控制器的設(shè)計(jì)中起著舉足輕重的作

用，它的優(yōu)劣直接關(guān)系著模糊控制器性能的好壞，是模糊控制器設(shè)

計(jì)中最重要的部分。

模糊控制規(guī)則的生成方法歸納起來主要有以下幾種：

?根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)或過程控制知識(shí)生成控制規(guī)則。這種方法通過對(duì)

控制專家的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)描述來生成特定領(lǐng)域的控制規(guī)則原型,

經(jīng)過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)和修正形成最終的規(guī)則庫。

?根據(jù)過程的模糊模型生成控制規(guī)則。這種方法通過用模糊語言

描述被控過程的輸入輸出關(guān)系來得到過程的模糊模型，進(jìn)而根

據(jù)這種關(guān)系來得到控制器的控制規(guī)則。

?根據(jù)學(xué)習(xí)算法獲取控制規(guī)則。應(yīng)用自適應(yīng)學(xué)習(xí)算法（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

等）對(duì)控制過程的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和聚類，生成和在線優(yōu)化

較完善的控制規(guī)剔。北京厚工大學(xué)

3.1模糊控制的基本原理

■規(guī)則庫

■規(guī)則庫的基本要求

■規(guī)則數(shù)量合理

控制規(guī)則的增加可以增加控制的精度，但是會(huì)影響系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性；控

制規(guī)則數(shù)量的減少會(huì)提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度，但是控制的精度又會(huì)下

降。所以，需要在控制精度和實(shí)時(shí)性之間進(jìn)行權(quán)衡

■規(guī)則要具有一致性

控制規(guī)則的目標(biāo)準(zhǔn)則要相同。不同的規(guī)則之間不能出現(xiàn)相矛盾的控制

結(jié)果。如果各規(guī)則的控制目標(biāo)不同，會(huì)引起系統(tǒng)的混亂。

■完備性要好

控制規(guī)則應(yīng)能對(duì)系統(tǒng)可能出現(xiàn)的任何一種狀態(tài)進(jìn)行控制。否則，系統(tǒng)

就會(huì)有失控的危險(xiǎn)。

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3.1模糊控制的基本原理

■模糊推理

模糊推理是一種近似推理，是根據(jù)模糊控制規(guī)則庫和系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)

應(yīng)用模糊推理方法得到模糊控制器的輸出模糊值的過程。

模糊推理的綜合法(生合推理)

規(guī)則庫有N條規(guī)則，對(duì)所有規(guī)則的模糊蘊(yùn)含關(guān)系作綜合處理，就得

到整個(gè)規(guī)則庫的總的模糊關(guān)系R

R=RMU?--!M=Ua

如果系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)是A"A,A*,那么，模糊控制器的輸出

是：-〃

B=(A,xx???xA；)oA

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3.1模糊控制的基本原理

■模糊推理

■模糊推理的并行法（獨(dú)立推理）

對(duì)模糊控制規(guī)則庫中的規(guī)則不做綜合，而是各自獨(dú)立地存放，獨(dú)立地對(duì)系

統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)作出響應(yīng)，最終的控制作用由各規(guī)則的分布響應(yīng)綜合而成。如

果規(guī)則庫內(nèi)有N條規(guī)則，各自的模糊蘊(yùn)含關(guān)系分另是R2,R3「??，

RN,而系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)是A\,A*2,…，A*N,那么，各條規(guī)則的輸出分別是

|X=（AfxA；x,?,x一）y

B；=（Ai*xA；x—xA；）o/?jV

控制器的最終輸出是

g=§UB；U--M=1X

■兩種方法的比較

并行法需要占用較多的計(jì)算機(jī)內(nèi)存

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Paf-e[J35

3.1模糊控制的基本原理

■并行法能清楚地展示每條規(guī)則所起的作用

并行法使規(guī)則的增減和修改更方便，因而具有更大的靈活性。

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3.1模糊控制的基本原理

例

設(shè)模糊控制器的規(guī)則由兩條規(guī)則組成，分別是

IF[e=ElandAe=Cl]5THEN[u=Ul]

IF[e=E2andAe=C21,THEN[u=U21

-116122-10.510.2

—+I____I-__I___

1Q32-1

+

如果系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)是

10.40.10.6

?????

123

求控制器的輸出

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3.1模糊控制的基本原理

超:綜合法

T

Ri=E\XClXU\=E：、ou、

0.0.20.60.5

6[0.21.00.5]

0.21.00.5

1.

0

0.50.3

-0.20.202同理可得

0.60.30.61.00.3

0.5r.i0.30.50.20.2

p;nin=

0.2LJ0.20.20.50.3

1.00.31.00.60.3

0.50.30.50.20.2

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Page[J3R

3.1模糊控制的基本原理

0.50.3

1.00.6

0.30.5

RfUR?

0.50.3

0.61

0.30.50.50.3

1.00.6

nans

U=(E*xC*)oR=[0.10.6I0.10.4nA

0.50.3

0.61

0.30.5

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3.1模糊控制的基本原理

■并行法

0.20.2

0.30.6

0.30.5

U；=(ExC*)o叫=[。.10.6I0.40.60.6

0.20.2

]

0.31.0

0.30.5

0.50.3

1.00.3

0.20.2

t/;=(E*xC)o/?2==[0.10.60.40,6][0.

I0.50.36

0.60.3

0.20.2

U'=U；UU；=[0.6

0,6]

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Page034

3.1模糊控制的基本原理

反模糊化(Defuzzi行cation)

由模糊推理得到的模糊輸出值C*是輸出論域上的模糊子集，只有其

轉(zhuǎn)化為精確控制量/才能施加于對(duì)象。我們實(shí)行這種轉(zhuǎn)化的方法叫做

反模糊化/清晰化/去模糊化/模糊判決/非模糊化/解模糊化/逆模糊

化。

最大隸屬度法(平均)

把0*中隸屬度最大的元素5作為精確輸出控制量；若模糊輸出量

的元素隸屬度有幾個(gè)相同的最大值，則取相應(yīng)諸元素的平均值，并

進(jìn)行四舍五入取整，作為控制量。

00.510.5000000000

c--6-5-4-3-2-!0123456

上式中，元素-4對(duì)應(yīng)的隸屬度最大，則根據(jù)最大隸屬度法得到的精

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Page(J41

3.1模糊控制的基本原理

確輸出控制量為-4。

■反模糊化(Defuzzi,cation)

■最大隸屬度法(平均)

00.51110.50000000

e1I[]I\\I\\11

-6--5-4-3-2-1"01"2"3456

上式中，元素-4、?3、-2對(duì)應(yīng)的隸屬度均為1,則精確輸出控

制量為

#*(-4)+(-3)+(-2)=3

優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單方便。

缺點(diǎn)：丟失的信息較多，在很大程度上忽略了隸屬函數(shù)的形

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3.1模糊控制的基本原理

狀所包含的信息，不精確，導(dǎo)致控制精度不高。

■反模糊化(Defuzz擊cation)

口加權(quán)平均法

該方法對(duì)模糊輸出量中各元素求加權(quán)平均值，來得到精確輸

出控制量。小，

次

kO0.511I0.50000000

++?+~++?+0+7+2+3+4+5—6

0.5x(-5)+1x(-4)+1x(-3)+1x(-2)+0.5x(-1)。

u-3

0.5+1+1+1+0.5

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3.1模糊控制的基本原理

當(dāng)?shù)臑殡`屬度時(shí)，就轉(zhuǎn)化為重心法

■反模糊化(Defuzzification)

重心法

該方法是取隸屬度函數(shù)曲線與橫坐標(biāo)圍成面積的重心為模糊推

理的最終輸出值，即

V//V(v)t/V

■

v_____________

Av(v)Jv

V

對(duì)于具有m個(gè)輸出量化級(jí)數(shù)的離散域情況

rP(M

k=l

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Pa^e(J44

3.1模糊控制的基本原理

m

*=/

■反模糊化(Defuzz擊cation)

■中心平均法

由于由模糊推理得到的模糊輸出值C*往往是M個(gè)模糊集的并或

者交，所以重心法一個(gè)很好的近似為這M個(gè)模糊集中心的加權(quán)

平均，其權(quán)重等于相應(yīng)模糊集的高度。

模糊集的中心：隸屬函數(shù)達(dá)到其最大值的所有點(diǎn)的均值模糊集

的高度：任意點(diǎn)所達(dá)到的最大隸屬度值

U；=[0.30.6]U*=[0.6

0.3]._2*0.6+1*0.6

1.?

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3?1模糊控制的基本原理

0.6+0.6

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3.1模糊控制的基本原理

■反模糊化(Defuzzification)

Matlab提供五種解模糊化方法：

■(1)centroid:重心法；

■(2)bisect。亡面積等分法；

■(3)mom:最大隸屬度平均法；

■(4)som：最大隸屬度取小法；

■(5)lom:最大隸屬度取大法；

在Matlab中，通過defuzz()執(zhí)行反模糊化運(yùn)算。

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Page040

3.1模糊控制的基本原理

■模糊控制器的工作過程小結(jié)

①模糊控制器實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)的誤差和誤差變化率g*和ec*；

②通過量化因子處和心。將湃和。產(chǎn)量化為控制

器的精確輸入彩*和EC%將(3)Y5)步離

線進(jìn)行運(yùn)算，對(duì)

(3)和EC*通過模糊化過程轉(zhuǎn)化為模糊輸入于每一種可能出

A*).現(xiàn)的E和EC取

和職值，計(jì)算出相應(yīng)

的輸出量U,并

④將和&根據(jù)規(guī)則庫蘊(yùn)含的模糊關(guān)系進(jìn)行模糊I推以表格的形式儲(chǔ)

理，得到模糊控制輸出量CT；.存在計(jì)算機(jī)內(nèi)存

中，這樣的表格

對(duì)。*進(jìn)行反模糊化處理，得到控制器的精確我們稱之為模糊

輸出量〃本；控制表/模糊控

制查詢表/模糊

控制總表。

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3.1模糊控制的基本原理

⑥通過比例因子處將W轉(zhuǎn)化為實(shí)際作用于控制對(duì)象的控制量〃

七

■3.1.3模糊控制器的基本類型

在確定性控制系統(tǒng)中，根據(jù)控制器輸出的個(gè)數(shù)，可分為單變量

控制系統(tǒng)和多變量控制系統(tǒng)。模糊控制器也可類似地劃分為單

變量模糊控制器和多變量模糊控制器

單變量模糊控制器

■一維模糊控制器

一維模糊控制器的輸入變量往往選擇為受控量和輸入給定

的偏差量E。由于僅僅采用偏差值，很難反映過程的動(dòng)態(tài)

特性品質(zhì)，因此，所能獲得的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能是不能令人滿

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3」模糊控制的基本原理

意的。這種一維模糊控制器往往被用于一階被控對(duì)象。

留

模枷

拎也

器

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3.1模糊控制的基本原理

■單變量模糊控制器

■二維模糊控制器

二維模糊控制器的兩個(gè)輸入變量基本上都選用受控變量和輸

入給定的偏差E和偏差變化EC,由于它們能夠較嚴(yán)格地反映

受控過程中輸出變量的動(dòng)態(tài)特性，因此，在控制效果上要比

一維控制器好得多,也是目前采用較廣泛的一類模糊控制器

>d/dtf

EC

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3.1模糊控制的基本原理

■單變量模糊控制器

■三維模糊控制器

三維模糊控制器的三個(gè)輸入變量分別為系統(tǒng)偏差量E、偏差

變化量EC和偏差變化的變化率ECCo由于這些模糊控制器

結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，推理運(yùn)算時(shí)間長(zhǎng)，因此除非對(duì)動(dòng)態(tài)特性的要求

特別高的場(chǎng)合，一般較少選用三維模糊控制器。

E

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3.1模糊控制的基本原理

■多變量模糊控制器

要直接設(shè)計(jì)一個(gè)多變量模糊控制器是相當(dāng)困難的，可利用模糊控制

器本身的解耦特點(diǎn)，通過模糊關(guān)系方程求解，在控制器結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)

解耦，即將一個(gè)多輸入?多輸出(MIMO)的模糊控制器，分解成若

干個(gè)多輸入■單輸出(MISO)的模糊控制器，這樣可采用單變量模

糊控制器方法設(shè)計(jì)。

模秋

控制器

模糊控制器的設(shè)計(jì)步驟

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Pa（：eD45

3.3模糊控制器設(shè)計(jì)

■確定輸入輸出變量

常見eecu

■確定輸入輸出變量的論域及語言變量的模糊集

例如：E、EC和u的模糊集均為：（NB,NM,NS,Z,PS,PM,PB}

E、EC和u的論域均為：（-6,?5,?4,-3,-2,?1,0,1,2,3,

4,5,6}

■確定輸入輸出隸屬函數(shù)

模糊變量誤差E、誤差變化EC及控制量U的模糊集和論域確定

后，需對(duì)模糊語言變量確定隸屬函數(shù)，確定論域內(nèi)元素對(duì)模糊語

言變量的隸屬度。

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Page"54

3.3模糊控制器設(shè)計(jì)

■模糊控制器的設(shè)計(jì)步驟

■建立模糊控制規(guī)則、選擇模糊推理模型

■模糊推理

■反模糊化

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3.3模糊控制器設(shè)計(jì)

■模糊邏輯工具箱

模糊推理系統(tǒng)編輯器

模糊規(guī)則編輯器

隸屬函數(shù)編

輯；

模糊規(guī)則觀測(cè)窗輸出量曲面觀測(cè)窗

?m與rzz

I__I—I_A-

’!一！1

RuleViewerSurlaceViewer

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Page/J56

3.3模糊控制器設(shè)計(jì)

■模糊推理系統(tǒng)編輯器

在MATLAB主窗口中鍵入

fuzzy

IditTIM

inputl

FISUnFIST*：ma

fittCurrratVarubkmd

阱刷

㈱卜用Pr6pu

Q

BofiTn

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catinnP，Q57

3.3模糊控制器設(shè)計(jì)

system^unmiecr：1input,ioutpui,andu

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3.3模糊控制器設(shè)計(jì)

模糊推理系統(tǒng)編輯器

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3.3模糊控制器設(shè)計(jì)

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3.3模糊控制器設(shè)計(jì)