模糊控制及其应用.ppt
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1、模糊控制及其应用,本课程主要内容 第一章 概述 第二章 模糊数学的相关知识 第三章 基本模糊控制器的设计 第四章 较高层次模糊控制器的设计 第五章 模糊控制软件开发工具与模糊控制芯片 实验: 基本模糊控制器设计,参考文献,李友善、李军. 国防工业出版社.模糊控制理论及其在过程控制中的应用 诸静等. 机械工业出版社. 模糊控制原理与应用 王勤. 东南大学出版社. 计算机控制技术 李士勇. 哈尔滨工业大学出版社. 模糊控制神经控制和智能控制 孔增圻等. 清华大学出版社.智能控制理论与技术 Kevin M.Passino, Stephen Yurkovich . 清华大学出版社.模糊控制,与经典控制
2、理论和现代控制理论相比,模糊控制的主要特点是不需要建立对象的数学模型。,用计算机模拟操作人员手动控制的经验,对被控对象进行控制。,模糊控制是用模糊数学的知识模仿人脑的思维方式,对模糊现象进行识别和判决,给出精确的控制量,对被控对象进行控制。,第一章 概述,1. 什么是模糊控制?,2. 模糊控制的特点,3. 手动控制和经验控制,操作人员根据对象的当前状态和以往的控制经验,用手动控制的方法给出适当的控制量,对被控对象进行控制。,操作员 手动给出,计算机 自动给出,控制经验,+,当前状态,控制量,经验控制,将控制经验 事先总结归 纳好,放在 计算机中。,传感器 测量的 当前值,根据当前的状 态,对照
3、控制 经验,给出适 当的控制量,+,模糊控制,事先总结归 纳出一套完 整的控制规 则,放在计 算机中。,模糊推理判决 计算出,控制量,手动控制,+,传感器 测量的 当前值,手动控制、经验控制和模糊控制的比较,首先根据操作人员手动控制的经验,总结出一套完整的控制规则,再根据系统当前的运行状态,经过模糊推理、模糊判决等运算,求出控制量,实现对被控对象的控制。,4. 模糊控制的基本思想,5. 模糊控制的发展,5.1 模糊控制的起源,1965年 美国加利福尼亚大学自动控制专家 L.A Zadeh (扎德 或 查德)教授 论文模糊集合论。 1974年 英国工程师 (E.H.Mamdani)马丹尼 将模糊
4、集合理论应用于锅炉和蒸汽机的控制,获得成功,模糊数学走向应用,取名模糊控制。,基本模糊控制:针对特定对象设计,控制效果好。控制过程中规则不变,不 具有通用性,设计工作量大。 自组织模糊控制:某些规则和参数可修改,可对一类对象进行控制。 智能模糊控制:具有人工智能的特点,能对原始规则进行修正、完善和扩展, 通用性强。,2)自组织模糊控制,5.2 模糊控制发展的三个阶段,1)基本模糊控制,3)智能模糊控制,4)三个阶段比较,6,第二章 模糊数学的相关知识,2.1 普通集合及其运算规则 2.2 模糊集合及其运算规则 2.3 模糊关系与模糊推理,和自动控制是在自动控制理论的基础上发展起来的一样,模糊控
5、制是在模糊数学的基础发上展起来的。只有掌握了模糊数学相关的知识,才能实现模糊控制,本章主要学习模糊数学的知识。,1) 普通集合的基本概念,论域,被讨论的对象的全体称作论域。论域常用大写 字母U、X、Y、Z等来表示。,2.1 普通集合及其运算规则,元素,论域中的每个对象称为元素。元素常用小写字 母a、b、x、y等来表示。,集合,给定一个论域,论域中具有某种相同属性的元素 的全体称为集合。集合常用大写字母A、B、C等来表 示,集合的元素可用列举法(枚举法)和描述法表示。 列举法:将集合的元素一一列出, 如:A=a1,a2,a3,an。 描述法:通过对元素的定义来描述集合。 如:Axx0 and x
6、/2=自然数,全集,若某集合包含论域里的全部元素,则称该集合 为全集。全集常用E来表示。,空集,不包含论域中任何元素的集合称作空集。空集 用来表示。,子集,设A、B是论域U上的两个集合,若集合A上的所 有元素都能在集合B中找到,则称集合A是集合B的子 集。记作A B。,集合相等,设A、B为同一论域上的两个集合,若A B,且 B A,则称集合A与集合B相等。记作A=B。,2) 普通集合的并、交、补运算,设A、B为同一论域上的集合,则A与B的并集 、交集 、补集 分别定义为:,3)集合的直积,元素之间可以互换位置。,序偶中的元素不可以互换位置。,11,BA=(1, a) (1, b) (1, c)
7、 (2, a) (2, b) (2, c),(a, 2) (a, 1),(a , 1) (b, 1),2.2 模糊集合及其运算规则,在普通集合中,论域中的元素(如a)与集合(如A)之间的关系是属于(aA),或者不属于(a A),它所描述的是非此即彼的清晰概念。但在现实生活中并不是所有的事物都能用清晰的概念来描述,如:,风的强弱,人的胖瘦,年龄大小,个子高低,在模糊数学中,我们称没有明确边界(没有清晰外延)的集合为模糊集合。常用大写字母下加波浪线的形式来表示,如 、 等。 元素属于模糊集合的程度用隶属度或模糊度来表示。 用于计算隶属度的函数称为隶属函数。,举例:,1) 模糊集合的概念,隶属度即论
8、域元素属于模糊集合的程度。用 来表示。隶属度的值为0,1闭区间上的一个数,其值越大,表示该元素属于模糊集合的程度越高,反之则越低。 计算隶属度的函数称为隶属函数。用 表示。,隶属度和隶属函数的表示形式看起来很相似,但是它们的意义是完全不一样的。 指论域中特定元素xi属于A的隶属度,而 中的x是一个变量,可表示论域中的任一元素。,(1) 向量表示法,(2) 扎德表示法,当论域U由有限多个元素组成时,模糊集合可用向量表示法或法扎德表示法表示。设,模糊集合的表示,例:设论域U=钢笔,衣服,台灯,纸,他们属于学习用品的隶属度分别为:1, 0, 0.6, 0.8,则模糊集合学习用品可分别用向量表示法和扎
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