模糊控制策略

1、模糊控制策略传统控制系统的设计方式忤先必狈以散学檯型束描述受控系统，所tl必斓对系统中所有參数蜃彻底了稱/能完成"程对于亳大*非线性或是难収测址等情况的受控系统.专虑的罄数越多，所需处理的问辿则越豆杂因此.该系统数学模型的建立就更不容拐.所设计出枭的挣制器就不容易斶圧预期的聲求"耕而，一T熟练的岸件人员却能够讨系统中的齐种苓数夙如温度、压力*以致倾色*气味零，徴出晌应和判斷*展后夜得霞好的人工控制敷舉.这种整制方式井不依ffiT®学模型仅依赖于人的经豔秧累、感觉和逻辑判断.件为经验*这些信息通常是以自墩语言的形式表达出来的它们的持点.是定性的描述所以具有不确定件和

2、不精确件.这种特性便得人们无法用现育的定量控制理论枭对这些信息瑶厅处理，但人们却證移槻拥这些信总建立一组和之有效的规则.来对號控对象谨行控制.这是-绍用语言倍息表达的代有模榊性的揑制规则显然.在这种惜况下需要一种能处理尺甘模糊性的辑吉信息的技术”它就根岖鬲言信息构成一个能蹌出有效控制方法的控制器*1965年，羌国加州大学r»(L.AZadeh)ft授在他主编的uinformationandControln刊物中百次餐出了橫糊集合(fuzySRts)的概念，模糊隼合的引入，可捋人的刿斯，思维过程川比较简单的竝学形式直接衣达岀来，从向JT创了摸糊数学及其应用的新纪JL*J，.1973年”

3、他继线牢富和发展了榄糊奥合论.提出了一种耙逻担规则的语言转化成相关的控制览的思想.从而为模椰揑制的形感英定丁基础.与经典卑合不同.绶腌集台是具靑帮珂边界的集合.经典集住对塩件中的对報关系进行严格的划分"一个对象要么完全風于这个集台，要么就完全不属于这个集合、不存在介于两苦之间的情况.模糊集含足没有睛确边界的集合+即从属F个集仟到不从属于一个集合之间的转变是逼渐的-这个平滑的转变是由隶属函数来表机的，对壽在橈制集合中的京属座可以眉从0到1Z阿的任何值”到T】9"年扎Mamdani创立了基于愼糊语言.实现了蒸汽炭动机的模觀控制实遂.自此,稅棚逻屛在控制工程中的应用有了一牛飞速戻

4、星的历史.模糊控制的基本原理申叫模糊控制理ifttFuwycontroltheory)简单的说就是用类似人类的经验法则，以吓-THF?J形式柴表示专家或操作人员判斷的控虧演箕法.因此.模糊控制的基本思想就是利用计舜机来实现人的控制经验.乩邺林结构包括模糊化过程、模糊规则库、模糊椎理与餅模詣化等四个主要祁分.模糊控制J8大的忧点是不需建立般控刑象的菇确数学榄型，它对存在II吻性.不确定性的系统轩别仔效果.以卜便是毎个部分的荷堆说明.JI也本廉理如田5I所示：图5-1模制控制彩的莖卞煉理图Fig5-1Baskpnnciplcoffu/zycontroller、模柵化过程将牯确量转化为模糊址的过程称

5、为模糊化，即先测得实际系统信号.再使用隶属函数将此信号转换成模糊计筲可以接受的模棚E,以供模绷推理便用。此部分是将一明确的量测值馍期化。首先，需做出多数选择，即确定系统嘟些信弓为输入参数与输出参数，再针对这些信号作论域分割的匸作.至于该选取多少个模糊集合来分割参数空间.一股而言,选择越多的模糊集介时，则制定的规则越枯细，控制误差也就越小，但会造成规则更杂化及数屋庞大.致使模糊推论的时间太长，因此，没有一定的标准.(2) 、模糊推理模糊推理即决策逻辑，是僕糊控制器的核心部分，是利用模様推论來模仿人类的判断及决策能力，并得到控制输出的依据.此步猱主要利用WTHEN的形式，去推论出-组描述操控法則的

6、语言控制规则.一般较常用的模糊推论规則形式如下：ifxisAandyisBthenzisC其中，“xisAandyisB”称为前提部，“thenzisC”称为结论部，x、y为输入的模糊參数，z为输出的模糊参数，A、B为前提部输入參数的语言参数项，C为结论部输出参数的语言参数项.(3) 、解模糊化过稅解模糊化長将模槪计笋所得的模糊输出，经山解模糊化转化成明确值，再经由比例映射得到实际明确的物理显，以供实际操作之用.解模糊化的方式由很多冲，较常用的包捋重心法、高度法与面积法等，在此叙述圮常用的巫心法.它杲以各规则推论的结果乘以所对应的隶屈度，在除以隶属度的总和即为控制量CC°=z-

7、71;!(4)、知识库主要足由负料库与控制规则库组成资料捉供阵语言参数的相关定义，包括语言参数论域、输岀入空间的模糊分割与隶屈函数答在设计时则必须考虑输入参数的观测值范田与操作量范圉而控制規則库则是利用语言变化的条件式控制規则來农示一顶控制策略,一般以IF,THEN的陈述方式來表示：控制规则阵通常由数个或数卜个控制规则构成.由此可知.模糊控制算法可概括为以下四个步骤：(a) 确定模糊控制赛的输入变蚤和输出变5L(b) 将输入变乩的荊确值变为模糊量(c) 根拒输入虽：(模糊值)和模糊控制规則，按模糊推理合成模糊控制規则计算控制S(模糊量).(d) 礬模糊化，由上述得到的控制变虽(模糊虽)计算精确

8、的控制星.模糊控制的优缺点传统的白动控制系统，包括经典控制理论和现代控制理论，它们的个共同点是控制器的设计都耍建立在被控对象准确的数学模型的基础上个，但在实际工业生产中，很多系统的影响因索很多十分复杂，很难获得准确的数学模型，这些系统的自动控制难以实现.对这类系统的控制，模鞫控制的诞生钱显得意义重大因为模糊控制不强求建立数学模型.根据实际系统的输入输出数据，参考现场操作人员的运行经验,就町对系统进行实时控制.模糊控制获得巨大成功的主要原因在于它有如下一些突出特点：(1) 模糊控制足一种基于規则的控制，它自接采用语言型控制规则，其依据是现场操作人员的的控制经验或相关专家的知识，在设计中不潘災建立

9、被控对象的精确的数学模空，因而使得控制机理和策略易于接受和理解，设计简单，便于应用.(2) 由工业过程的定性认识出发，比较容易建立语古控制规则，因而模糊控制对那些数学横型难以获取，动态特性不易学握或变化非常显著的对線非常适用(3) 基于模型的控制算法及系统设计方法，由于出发点和性能指标的不同，容易导致较人差异：但一个系统的语言控制规则却只仔相对独立性，利用这些控制规律间的模筋连接，容易找到折中的选择，使控制效果优于常规控制器。(4) 模糊控制是基于启发性知识及语喜决策规则设计的，这有利于模拟人工控制的过程和方法，增强控制系统的适应能力，使之具有一定的智能水平.(5) 模糊控制系统的鲁棒性强，干

10、扰和参数变化对控制效果的影响被大大减弱，尢其适合于非线性、时变及纯滞后系统的控制.因此,模糊控制的控制爲法是基丁护F条控制规则，劇;I遊简捷，所以其适合干偉汽乍这类部分参数经常变化以及耍丫I：不同道略条件卜冇驶的II纟E杵、时变动态系统所以本文考世外环控制采用模糊控制方法.悠而模糊控制器也存在一定的缺陷，主要衣现在：(DM/4不太高.这主耍是山于検制控制茨的於化等级YiPKifn造成的，通过增加虽化尊级数目虽町提高祐度，但査询衣将过于庞大，须占用较大空间，使运刃时间増加.实际上，如果模柵控制器不引入枳分控制，原則上总存在误圣的.(2) 自适应能力冇限由于磺化因子和比例因子是固定的.为对仪参数随

11、坏境的变迁而变化时.它不能对自己的控制规则进行有效的网整.从而使比良好的性能禅不到充分的发挥(3) 易产生按荡现線，如果査询衣拘這小合理，或审化因子相比例因子选丼不些.都会导致系统振蕩.5.2外环糊控制器的设计如上所述.外坏釆用模糊控制的优孙明显.樸糊控制是基于模糊规则，因此不需要梢确的数学模塑.与传统的控制方法相比，选择这种控制方法更具优势，而且它只需棍掘对彖状态龙询模糊控制衣，故计算负担轻.模糊控制所具有的较强的鲁棒性，更能适应汽车的时变特点，这对实际车体的控制是很有总义的.因为实际车体的参数是厨乘客的数址和轮胎压力等因素而时变的|列5.2.1模糊控制器的输入最与输出量的确定任四分之一汽车

12、悬架系统中.控制的目标是车身的上F扳动址越小越好，通过分析，这里我们选择三个输入变址：车身绝对速度玄、簧载质址与菲資质员的相对速度名-九以及车身纵向加速度云：输出变戢则为理想的主动控制力。采用这三个量作为输入变E:的原因是：(1) 车身的速度、相对速度和车身加速度是宜接反映年身状念的参数，因此在控制上会育较好的效果.(2) 车身的加速度可由加速度传感器测得，再通过枳分便可得年身速度，因此，测呈简单且容易。然后确定这些语肓变量的变化范用，设花身绝对速度和相对速度的变化范围为为卜1.81.8，车身加速度的变化范囲为卜3.23.2并且蚩化因子都取为15.2.2模糊控制规则的设计控制规则的设计是设计模

13、糊控制器的关键，一般包括三个设计内容：选择描述输入、输出变蜀的谒言变虽.定义备语言变蜀的隶属度函数.最后建立模細控制器的挣制规则。K选择描还输入输岀变址的语L变晁选择较多的词汇描述输入、输出变股可以使制定观则方便.但是控制规则相应变得复朵.选择词汇过少，使得描述变呈变再'祖植，导致控制器的杵能变坏.一般情况下是选择七个或八个，但也可以根觅系统情况选择三个或五个语言变京本研究中用到的模棚语言变显为：NV、NB、NM、NS、ZE、PS、PM、PB、PV其中.NV(NcgativcVery)表示非常犬的负值NB(NegativeBig)表示大的负值NM(NegativcMedium)表示中等

14、的负值NS(NegativeSmall)表示小的负值ZE(AlmostZero)表尔零的值PS(PositiveSmall)表示小的正值PM(PositiveMedium)表示中等的正值PB(PositiveBig)表示大的正值PV(PositiveVery)表示非常大的正值2、定义语宫变最的隶属函数在模刪控制设it中，隶属函数的作用是用來将实际系统所菱得的信号转化成模糊值,因此隶届函数的制定，将直按影响系统判断反馈值的大小。隶属函数曲线有正态分布曲线,梯形曲线，三角形曲线等.本文选用三角形的隶属函数來简化计算的复朵性，并且，三角形隶属曲数曲线便能够较好的满足般控制系统的控制椿度这里我们把输入

15、车身速度和相对速度变豆的楔湖语言变撬划分为五个语言变启.卜图5-2便给出了输入与输出变员的(c)车身垂直加速反的隶属函数(c)车身垂直加速反的隶属函数(d)主动力的隶凤曲数图5-2输入耳输岀变童的隶風函数Fig5-2Themembershipfunctionsofinputandoutputvariables图5-2输入耳输岀变童的隶風函数Fig5-2Themembershipfunctionsofinputandoutputvariables3、枚初控制烧则的建立F面说明建立模糊控制规则衣的肚木思想，汗先考虑当去0且艺X)时，衣示车身迷度与加速度方向都向上.则车貝此时正向上作加連运动侧作动器

16、应当施加一个反方向的力，再甘相对速度的大小利方向.米爪终决定作动器的出力：当£=0且ZX)时.农示车身梢向上加速运动，则可根据相对速度的大小和方向來决定作动器历施加的力的大小和方向:当沐0且云X)时，则车身此时if向下作械速运动，则作动器应施加-个向上的力，再恨犯相对速度的大小和方向，来展终决定作动器的出力；当NX)且云=0时，則车号此时正以某一連度向上运动，则作动器应诞加-个向下的力.再恨抵相对速度的大小和方向，来银终决定出力的大小；当Z-0fl2=0时，则车身无向上或向下的运动，可根州相对速度的大小和方向來决定出力.当0时.可按同样的方法來推断"则共有75条控制规则，n

17、叙述如下：Rule(I):IFzjisPMandNisPandi,-z»isPMTHENFaisNsRule(2):IFZxisPMandz»isPandi»-z.isPSTHENFaisNM仮次可以写出这75条规則.这里我们将上述的75条观則用表51的模糊控制规则奁询农來衷示.茨5-1模制控制规则农Tab5-1FuzzycontrolruletableZsZfZfZuFa1PMpPMNS2PMpPSNM3PMpZENB4PMpNSNB5PMpNMNV6PSpPMNS7PSpPSNS8PSpZENM9PSpNSNB10PSpNMNV11ZEpPMPM12ZEpPS

18、PS13ZEpZEZE14ZEpNSNS15ZEpNMNM16NSpPMPB17NSVPSPB18NSPZEPM19NSPNSPS20NSPNMZE21NMPPMPB22NMPPSPM23NMPZEPM24NMPNSPS25NMPNMPS26PMZEPMNS27PMZEPSNS28PMZEZENM29PMZENSNM30PMZENMNB31PSZEPMZE32PSZEPSNS33PSZEZENM34PSZENSNM35PSZENMNB36ZEZEPMPM37ZEZEPSPS38ZEZEZEZE39ZEZENSNS40ZEZENMNM41NSZEPMPB42NSZEPSPM43NSZEZEPM44NSZENSPS45NSZENMZE46NMZEPMPV47NMZEPSPB48NMZEZEPM49NMZENSPS50NMZENMPM51PMN111ZK52PMNl>SNS53PMNZENM54PMNNSNM55HI