常用的几种模糊控制器

关于常用的几种模糊控制器模糊控制在工程应用中的困惑模糊控制利用隶属度函数和模糊合成法则等思想，巧妙地综合了人们的直觉经验。从而在其他经典控制理论和现代控制理论不太奏效的场合，能够实现较满意的控制。模糊控制必须具有较完善的控制规则，但模糊控制综合定量知识的能力较差。一张较理想的模糊控制表必须通过反复精心整定才能投入使用。对于某些复杂的工业过程，有时难以总结出较完整的经验。量化因子和比例因子的选择也影响着整个系统的品质，并且当对象动态特性发生变化，或者受到随机干扰的影响都会影响模糊控制的效果。以上问题都将导致模糊控制器存在一些缺陷。

第2页,共29页，2024年2月25日，星期天1精度较低

这主要是由于模糊控制表的级别有限而造成，通过增加量化等级数目虽可提高精度，但查询表将过于庞大。须占用较大空间．使运算时间增加。实际上如果模糊控制器中不引入积分机制，原则上总是存在误差的。因为它本身就是根据误差的大小和变化来实现控制的

第3页,共29页，2024年2月25日，星期天2自适应能力有限由于简单模糊控制器中查询表一旦整定下来后，就不再改变，量化因子和比例因子也是如此。这样当对象参数随着环境的变迁发生漂移时，它不能对自己的控制规则进行有效的调整，从而使其良好性能得不到充分发挥。第4页,共29页，2024年2月25日，星期天3容易产生震荡现象

如果查询表构造不合理或量化因子和比例因子选择不当，都会导致振荡。在仿真过程中，特别是系统进入误差的零档级时产生高频振荡现象更为普遍。

第5页,共29页，2024年2月25日，星期天常用的几种模糊控制器模糊控制与PID控制结合带有修正因子的自寻优模糊控制器语言变量基本论域量化曲线自调整控制器设计自适应模糊控制第6页,共29页，2024年2月25日，星期天模糊控制与PID控制结合第7页,共29页，2024年2月25日，星期天为什么要将模糊控制与PID控制结合使用？常规PID(比例、积分、微分)控制是过程控制中应用最广泛最基本的一种控制方式，它具有简单、稳定性好、可靠性高的特点。而PID控制对大部分工业控制对象，特别是对于线性定常系统的控制是非常有效的，通常都能取得较为满意的控制效果。PID控制的控制品质取决于PID控制器各个参数的整定，但常规PID控制器不能在线整定参数。而且对于非线性、时变的复杂系统和模型不清的系统，就不能很好地加以控制。第8页,共29页，2024年2月25日，星期天为什么要将模糊控制与PID控制结合使用？简单模糊控制器由于不具有积分环节，因而在模糊控制的系统中很难完全消除稳态误差，而且在变量分级不够多的情况下，常常在平衡点附近会有小的振荡现象。但是模糊控制系统对复杂的和模型不清的对象却能有效地加以控制，所以把模糊控制和PID控制结合起来，就可以组成兼有两者优点的模糊PID控制方法。第9页,共29页，2024年2月25日，星期天Fuzzy-PID复合控制Fuzzy—PID复合控制方法的出发点主要是因为模糊控制器本身消除系统稳态误差的性能比较差，难以达到较高的控制精度和较好的跟踪性能。要提高模糊控制器的精度和跟踪性能，就必须对语言变量取更多的语言值，但同时增加了推理规则的数量和增大了计算量，不能满足实时控制的要求。第10页,共29页，2024年2月25日，星期天Fuzzy-PID复合控制PI调节器的积分作用从理论上可使系统的稳态误差控制为零，有着很好的消除稳态误差的作用。当误差在某一个阈值以外时，可采用PI控制，以提高系统的响应速度和稳态性能；当误差在阈值以内时，采用模糊控制可以提高系统的阻尼性能，减小超调，获得更好的瞬态性能。这种模糊控制与PI控制相结合的控制方式称为模糊-PI双模控制，其结构如下图所示。第11页,共29页，2024年2月25日，星期天Fuzzy-PID复合控制第12页,共29页，2024年2月25日，星期天模糊-I复合控制该系统的控制作用是模糊控制器的控制作用和I调节器控制作用的和，这相当于一个具有变参数的比例微分控制作用和不变参数的积分控制作用的PID调节器。对这种形式的控制方案实验研究表明，它比单个的模糊控制器和单个的PID调节器均有更好的控制性能。第13页,共29页，2024年2月25日，星期天模糊自整定参数PID控制利用模糊控制规则，并根据不同的误差情况，在线自整定(自校正、自调整)PID控制器的参数，可组成模糊自整定参数PID控制。第14页,共29页，2024年2月25日，星期天参数Kp、Ki和Kd的自整定要求当误差较大时，应取较大的Kp和较小的Kd，以使系统有较短的响应时间，同时为了避免响应出现较大的超调．应对积分作用加以限制，通常是去掉积分作用，即取Ki＝0；当误差中等时，应取较小的Kp，以使系统具有较小的超调，Kd和Ki的取值要适当；当误差较小时，应取较大的Kp和Ki，以使系统具有较好的稳态性能，同时为避免系统在设定值附近出现振荡，Kd的取值要适当。第15页,共29页，2024年2月25日，星期天带有修正因子的自寻优

模糊控制器第16页,共29页，2024年2月25日，星期天带有修正因子的自寻优模糊控制器修正因子α控制规则：寻优指标函数寻优规则：优选修正因子使指标函数达到最小第17页,共29页，2024年2月25日，星期天自寻优模糊控制器示例第18页,共29页，2024年2月25日，星期天第19页,共29页，2024年2月25日，星期天控制系统单位阶跃响应修正因子的自寻优方法可以应用于被控过程模型不精确且控制规则不完善的系统。应用中可选择一个初始控制规则，然后再依一定指标函数优化修正因子，最终得到在该指标下的一组优化控制规则。当被控过程参数发生变化时，也可通过在线自调整，获得适应于变化参数后的优化控制规则。第20页,共29页，2024年2月25日，星期天语言变量基本论域量化曲线

自调整控制器设计第21页,共29页，2024年2月25日，星期天语言变量基本论域量化曲线

自调整控制器设计量化曲线y＝f(x)是指语言变量y在其基本论域[—L，+L]内的数量值yi(i=1，2，…，l)和其论域元素xj(j＝0,l，…，m)之间的函数关系曲线。量化曲线y＝f(x)的形状是可以选择的，不一定是线性的。第22页,共29页，2024年2月25日，星期天非线性量化曲线第23页,共29页，2024年2月25日，星期天非线性的量化曲线的作用控制器在E较大时对过程粗调，在E较小时对过程细调，从而达到防止出现过大的超调和要求的控制精度，表明改变量化曲线形状具有改变控制器规则的功能。因此非线性的量化曲线设计通常被采用。改变量化曲线形状由于不直接改变控制规则，故具有较好的实时性和自学习功能。第24页,共29页，2024年2月25日，星期天自适应模糊控制第25页,共29页，2024年2月25日，星期天自适应模糊控制自适应模糊控制就是它能自动地对模糊控制规则进行修改、改进和完善，以提高控制系统的性能。已经知道，模糊控制器控制质量的好坏主要取决于模糊控制规则的设定，对于不太复杂而难于建立数学模型的系统，在专家力所能及的情况下，可以利用专家的知识和经验制定模糊控制规则。但是不同的专家对同一个被控系统所具有的经验并不相同，通过总结归纳操作人员和领域专家的经验来建立模糊控制器的规则很难完美无缺，一下子就能满足控制要求，况且如果对于那些非线性、大时滞、高阶、时变的复杂被控对象，以及环境的不断变化或者严重的随机干扰，根本达不到满意控制效果。在这种情况下，自适应模糊控制器有着更好的控制性能。第26页,共29页，2024年2月25日，星期天其思想是通过性能测量环节测量实际输出特性与希望特性的误差，以确定输出响应的校正量。控制量校正环节将输出响应的校正量转换为对控制量的校正量。控制规则修正环节修改模糊控制器的控制规则，这样也就实现了对控制量的校正。第27页,共29页，2024年2月25日，星期天总结关于模糊控制器性能改进的其它设计方法的研究与