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文档简介
.,模糊控制器的设计,吴离蒙刘晓萱宋雨荷,.,模糊控制器组成,.,模糊控制器设计实例,倒锥形容器的液位模糊控制系统设计及实现:,受控对象:倒锥形容器的液位高度h检测装置:测量容器底部压力来间接测量液位执行机构:系统的执行机构为电磁阀V1,通过控制V1的开启度来控制液位。假设V1的开启度与液位呈线性关系。模糊控制器:受控对象是倒锥形容器,其液位高度h和进水量Q间的关系不是线性关系,且有实质性,因此是较为复杂的控制对象。此类控制对象采用模糊控制器是可取的方案。,.,首先确定模糊控制器结构。为得到良好的控制性能,观测液位误差e和误差变化ec,而控制量只有一个电磁阀V1的开启电压u。因此,模糊控制器采用两输入单输出的二维结构。2.确定语言变量。,需要确定的语言变量有3个:,误差e,误差变化ec,输出控制电压u,.,设液位给定高度hd,实际高度h,则液位误差e=hd-h,取其语言变量为E,论域X=-3,-2,-1,0,+1,+2,+3,论域上模糊子集是Ai(i=1,2,7),相应语言值为正大(PB),正中(PM),正小(PS),零(Z),负小(NS),负中(NM),负大(NB)。分别表示当前水位h相对设定值hd为:“极低”、“很低”、“偏低”、“正好”、“偏高”、“很高”、“极高”。,2.1误差e,2.2误差变化ec,系统液位误差前后两次采样值变化量是ec=e2-e1=(hd-h1)-(hd-h2)=h2-h1,取其语言变量为EC,论域Y=-3,-2,-1,0,+1,+2,+3,论域上的模糊子集是Bj(j=1,2,3,5),相应语言值为正大(PB),正小(PS),零(Z),负小(NS),负大(NB)。分别表示当前水位变化h2-h1为:“快速上升”、“上升”、“不变”、“下降”、“快速下降”。,.,2.3输出控制电压u,系统输出控制量u,取其语言变量为U,论域Z=-3,-2,-1,0,+1,+2,+3,论域上模糊子集是Ck(k=1,2,3,7),相应语言值为正大(PB),正中(PM),正小(PS),零(Z),负小(NS),负中(NM),负大(NB)。分别表示控制执行机构动作为:“发水位高限报警,关闭阀门V1”、“阀门V1开度减小量大”、“阀门V1开度减小量小”、“阀门V1开度不变”、“阀门V1开度增加量小”、“阀门V1开度增加量大”、“发水位低限报警,并阀门V1开度为最大”。,3确定语言值隶属度函数。,对上面各语言之给定其模糊化的隶属度函数,这里选择三角形函数。,.,4建立模糊控制规则,IfE=PBandEC=NBorNSorZthenU=NBIfE=PBandEC=PBorPSthenU=NMIfE=PMandEC=NBorNSthenU=NBIfE=PMandEC=PBthenU=NSIfE=PMandEC=PSorZthenU=NMIfE=PSandEC=NBthenU=NMIfE=PSandEC=NSorZthenU=NSIfE=PSandEC=PBorPSthenU=ZIfE=ZandEC=NBorNSthenU=NS,IfE=ZandEC=PBorPSthenU=PSIfE=ZandEC=ZthenU=ZIfE=NSandEC=NBorNSthenU=ZIfE=NSandEC=ZorPSthenU=PSIfE=NSandEC=PBthenU=PMIfE=NMandEC=NBthenU=PSIfE=NMandEC=ZorNSthenU=PMIfE=NBandEC=NSorNBthenU=PMIfE=NMandEC=PBorPSthenU=PBIfE=NBandEC=ZorPSorPBthenU=PB,.,5确定模糊关系,.,计算模糊关系R,为计算方便起见,先将由图给出的模糊隶属度函数以矢量形式表示,列成表。,模糊集合A的隶属度函数,.,模糊集合B的隶属度函数,.,模糊集合C的隶属度函数,.,R1:IfE=PBandEC=NBorNSorZthenU=NB可理解为::IfE=PBthenU=NB;:IfEC=NBorNSorZthenU=NB。,.,在求RB1之前先求出“并集”,.,同样可求得RAi和RBi(i=2,3,19),并按,.,6.模糊推理和解模糊,在求得所设计模糊控制器的模糊关系R以后,可以由合成推理方法求解输出控制量模糊值矢量。设系统当前偏差是e*和偏差变化是ec*,则对于第i条规则的输出控制量为,因此控制器总的输出量是,也可以写成,即得到,.,1)当e*=NS(负小),即系统水位实际高度h比给定值hd略微高一点,而ec*=PS(正小),即系统水位稍有增高趋势,则这时的控制量应该是,.,对于上面得到的控制器输出模糊矢量,由于具有两个相邻的隶属度最大值,因此采用最大隶属度法解模糊时,取它们的平均值为,从隶属函数图c可知:此时模糊控制器的输出u*值对应于子集C4或C3(即Z或PS),使阀门V1开度暂时不变或作少量的减小。,.,2)当e*=NS(负小),即系统水位实际高度h比给定值hd略微高一点,而ec*=PB(正大),即系统水位仍有很快增高趋势,则这时的控制量应该是,.,对于上面得到的控制器输出模糊矢量,由于具有多个相邻的隶属度最大值,因此采用最大隶属度法解模糊时,取它们的平均值为,从图c可知:此时模糊控制器的输出u*值对应于子集C3(即PS),使阀门V1开度作少量的减小。,.,又当e*=PM(正中),即系统水位实际高度h比给定值hd低得较多时,而ec*=NB(负大),即系统水位仍在很快下降,则此时的控制量应该是,.,对于上面得到的控制器输出模糊矢量为,同样,由于具有多个相邻的最大隶属度值,因此采用最大隶属度法解模糊时,取它们的平均值为:,由图c可知:此时输出u*值对应于子集C6(即NM),应该使阀门V1开度量有较大增加,使进水量加大,从而使液位较快速升级。,.,根据语言变量E和EC论域的量化等级,按照上面合成推理和解模糊方法,可以得到一个容量为77(49点)的模糊控制查询表(采用最大隶属度法解模糊)。,.,输入EC为等级-2时,输出U的解模糊值可以取和EC为-1和-3时相同,这可以从图b知道,由于当ec为等级-2时,隶属度值最大的是取模糊子集B4或B5都可以,因此,其输出值必然和ec为-1/-3时相同。同样道理,当EC为等级+2时,输出U的解模糊值可以取和EC为+1或+3相同;当输入E为等级-2且
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