第二讲模糊系统介绍及糊控集合(1)

1、模糊系统及模糊控制,东华大学自动化系 任正云 2011年4月,主要内容,1. 绪论,2. 模糊集合,3.模糊推理系统,4.模糊控制,5.模糊控制的应用,在过去30年中，模糊控制是智能控制的一个十分活跃的研究与应用领域。Zadeh于1965年提出的模糊集合成为处理现实世界各类物体的方法。此后，对模糊集合和模糊控制的理论研究和实际应用获得广泛开展。,模糊逻辑的起源,1960年柏克莱加州大学电子工程系扎德（L.A.Zadeh）教授，提出“模糊”的概念。 1965年发表关于模糊集合理论的论文。 1966年马里诺斯（P.N.Marinos）发表关于模糊逻辑的研究报告。 以后，扎德（L.A.Zadeh）又

2、提出关于模糊语言变量的概念。 1974年扎德（L.A.Zadeh）进行有关模糊逻辑推理的研究。,模糊逻辑的发展和现状,实现了第一个试验性的蒸汽机控制； 热交换器模糊逻辑控制试验； 转炉炼钢模糊逻辑控制试验； 温度模糊逻辑控制； 十字路口交通控制； 污、废水处理等。,欧洲工业控制方面的应用研究,列车的运行和停车模糊逻辑控制，节能1114%； 汽车速度模糊逻辑控制（加速平滑、上下坡稳定）； 港口集装箱起重机的小车行走和卷扬机的运行控制； 家电模糊逻辑控制（电饭煲、洗衣机、微波炉、空调、电冰箱等）。,八十年代日本情况,在模糊理论和应用方面的研究起步较慢，但发展较快： 1976年 起步 1979年 模

3、糊控制器的研究 1980年 模糊控制器的算法研究 1981年 模糊语言和模糊文法的研究,中国研究情况,1982年 磨床研磨表面光洁度模糊控制、开关式液压位置伺服系统模糊控制研究 1984年提出语义推理的自学习方法 1986年单片微机比例因子模糊逻辑控 制器 1987年我国第一台模糊逻辑推理机,1990年起： 工业控制模糊逻辑控制器：玻璃窑炉、水泥回转窑、PVC树脂聚合过程、功率因数补偿等。 自然科学基金重大项目： “模糊信息处理与机器智能” “模糊逻辑控制计算机系统”等。,目前 模糊逻辑控制技术在工业控制、家电领域有很好发展 开展模糊信息处理方面的基础研究和理论研究 开发专用模糊控制电路和模糊

4、推理芯片等。,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,1）基本模糊控制,3）智能模糊控制,4）三个阶段比较,12,模糊控制发展的三个阶段,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。,什么是模糊控制和基本思想?,基本思想: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

5、推理、模糊判决等运算，求出控制量，实现对被控对象的控制。,模糊控制是一类应用模糊集合理论的控制方法。模糊控制的价值可从两个方面来考虑。一方面，模糊控制提出一种新的机制用于实现基于知识（规则）甚至语义描述的控制规律。另一方面，模糊控制为非线性控制器提出一个比较容易的设计方法，尤其是当受控装置（对象或过程）含有不确定性而且很难用常规非线性控制理论处理时，更是有效。,传统的自动控制控制器的综合设计都要建立在被控对象准确的数学模型(即传递函数模型或状态空间模型)的基础上，但是在实际中，很多系统的影响因素很多，油气混合过程、缸内燃烧过程等) ，很难找出精确的数学模型。这种情况下，模糊控制的诞生就显得意义

6、重大。因为模糊控制不用建立数学模型不需要预先知道过程精确的数学模型。,模糊控制的特点,是一种反映人类智慧思维的智能控制。模糊控制采用人类思维中的模糊量，如：“高”、“中”、“大”、“小”等，使得控制机理和控制策略易于理解和接受，设计简单，便于维护和推广。,构造容易。用单片机、PLC等来构造模糊控制系统，其结构与一般数字控制系统无异，而且随着模糊控制系统软硬件的发展，模糊控制系统的设计变得越来越简单，成本也越来越低。,系统鲁棒性强，尤其适用于非线性、时变、滞后系统的控制。,然而，模糊控制的精度受到量化等级的制约；另外，对于普通的模糊控制而言，它类似于比例微分的控制方式，还有一个非零的稳态误差，属

7、于有差调节。如果将PID控制技术和它结合起来，取长补短，发挥两者的优势就能取得更好的控制效果。,模糊控制的缺点,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,模糊控制的发展趋势,模糊控制仍然是一个充满争议的领域。由于它的发展历史还不长，理论上的系统性和完善性，技术上的成熟性和规范性都还是不够的，有待人们的进一步提高。目前，国内外众多专家围绕着这些问题展开了广泛的研究，取得了一定的阶段性成果。未来模糊控制的发展大致有以下几个方向： (