模糊控制理论

模糊控制理论与应用一、什么是模糊控制二、模糊控制的特点三、模糊控制器的基本结构四、模糊控制器的设计步骤五、模糊控制的应用在汽车驾驶学校，教员通过简单的口头传授将汽车开入车库的技能教会学员。“先把方向盘向左打，前进、停车，然后再调整方向盘、后退，如不成功就再来一次”模糊控制算法一、什么是模糊控制一、什么是模糊控制世界上许多东西是不能用精确的数学模型来表达的。人的语言中就有大量的诸如“大概”、“差不多”、“稍高”、“偏低”之类的词语。在控制工程中，有些复杂被控对象（或过程）的特性难以用一般物理及化学的已有规律来描述，以致不可能为其建立数学模型。很多控制在人类手动操作下能更有效地达到预期效果。模糊控制的核心就是利用模糊集合理论，把人的控制策略的自然语言转化为计算机能够接受的算法语言所描述的控制算法.一、什么是模糊控制它以模糊数学为基础，用语言规则表示方法和先进的微机技术，由模糊推理进行决策的一种高级控制策略。它属于智能控制范畴，而且发展至今已成为人工智能领域中的一个重要分支。二、模糊控制的特点●模糊控制是一种基于规则的控制。它直接采用语言型控制规则，出发点是现场操作人员的控制经验或相关专家的知识，因而使得控制机理和策略易于接受与理解。模糊控制适用于那些数学模型难以获取、动态特性不易掌握或变化非常显著的对象。●控制规律可以不断丰富和完善，加之客服了人类机体本身的不足，使得模糊控制优于熟练工人的收工控制。二、模糊控制的特点●模糊控制系统的鲁棒性(robustness)强，干扰和参数变化对控制效果的影响被大大减弱，尤其适合于非线性、时变及纯滞后系统的控制。●操作时可省去系统参数调节。●解决复杂系统的控制问题。●随着模糊控制系统开发软硬件的发展，模糊控制系统的设计，维修和保养变得越来越简单，成本也越来越低。三、模糊控制器的基本结构计算语差e及误差变化率c模糊化ecEC模糊控制算法模糊判决U被控对象u被控量Y变送器RY－模糊控制器模糊控制器由模糊化、模糊控制算法和模糊判决这三个环节组成。隶属函数

——定义模糊集合的方法隶属函数是一个从论域∪到闭区间［0，1］的一个映射：论域∪中的元素x越接近A，则hA（x）的取值越接近1，表示x属于A的程度越大；反之，hA（x）的取值就越接近于0。四、模糊控制器的设计步骤1.模糊化确定各变量的模糊语言取值及相应的隶属函数，即进行模糊化。模糊语言值通常选取3、5或7个，例如取{负，零，正}，{负大，负小，零，正小，正大}，或{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}等。NBNMNSZPSPMPB然后对所选取的模糊集定义其隶属函数0uNBNMNS1PBPMPSZ0四、模糊控制器的设计步骤隶属函数取法示意一个非模糊值的模糊化就是根据输入语言变量的定义确定相应于每个语言值的隶属度四、模糊控制器的设计步骤2.模糊控制算法（合成算法）这是指规则的归纳和规则库的建立，是从实际控制经验过渡到模糊控制器的中心环节。控制规则通常由一组if-then结构的模糊条件语句构成，例如：ifE=NBandC=NB，thenΔU=PB……等；或总结为模糊控制规则表，可直接由E和C查询相应的控制量U。将操作者在控制过程中的实际操作经验（或称手动控制策略）加以总结而得到的一条条模糊条件语句的集合，并由计算机来实现之。以炉温控制为例。设：误差E为炉温实际值T与给定值R之差，即E=T－R；炉温的变化率为C，即当E为负大（E=NB）且C也为负大（C=NB）时，即温度太低且急速下降，操作者应大幅度地提高输入给炉体的能量，因此控制量U的增量ΔU应为正大（PB）。反之，若E为正大（E=PB），且C也为正大（C=PB），即炉温已大大超过给定值，且有继续快速上升的趋势，操作者当然应大幅度减少输入给炉中的能量，所以ΔU应为负大（ΔU=NB

）。CΔUENBNMNS0PSPMPBNBPBPBPBPBPM00NMPBPBPBPBPM00NSPMPMPMPM0NSNS0PMPMPS0NSNMNMPSPSPS0NMNMNMNMPM00NMNBNBNBNBPB00NMNBNBNBNB

上述的模糊控制规则表，可通过下面的一组模糊条件语句来由计算机实现：ifE=NBandC=NBorNMorNSor0thenΔU=PBifE=NMandC=NBorNMorNSor0thenΔU=PBifE=PBandC=0orPSorPMorPBthenΔU=NB

模糊控制规则表与模糊条件语句组是完全等价的。它便是模糊控制的核心。该规则表或条件语句组总结得是否符合该被控对象的客观规律，是模糊控制成功的关键。四、模糊控制器的设计步骤3.模糊判决（去模糊化）（一）加权平均法突出主要信息，同时也兼顾其他信息（二）面积重心法（三）最大隶属度法选取隶属度最大的论域元素作为判决结果，加到被控对象上。只突出主要因素，缺乏全面考虑，但是应用方便五、模糊控制的应用1.航天航空模糊逻辑现已应用于各种导航系统，如美国航空和宇航局（NASA）正在开发一种用于将引导航天飞机和空间站相连的自动系统。

2.工业过程控制工业过程控制的需要是控制技术发展的主要动力，现在的许多控制理论都是为工业过程控制而发展的。最早的实用工业过程模糊控制是丹麦F.L.Smith公司研制的水泥窑模糊逻辑计算机控制系统，它已作为商品投放市场，是模糊控制在工业过程中成功应用的范例之一。

3.家用电器由于模糊逻辑能以极小的代价提高产品的性能，使它在家用电器中得到了广泛的应用。在日本，几乎所有家用电器制造厂商都使用模糊技术。松下和日立公司已生产了能按洗的衣服量、脏物的类型和数量来自动选择适当的洗衣周期和洗衣粉用量的全自动洗衣机。4.汽车和交通运输汽车中使用了大量单片机，其中有些已使用模糊逻