智能控制(3)

1、按信号的时变特性分类 恒值模糊控制系统/随动模糊控制系统 2、按模糊控制的线性特性分类 线性模糊控制系统/非线性模糊控制系统 线性度定义
v vmax k , , u 2 mumax
k k0 ，线性模糊系统 k k0 ，非线性模糊系统
3、按静态误差是否存在分类 有差模糊控制系统/无差模糊控制系统 4、按系统输出变量的多少分类 单变量模糊控制系统/多变量模糊控制系统
2、定义输入、输出模糊集
将污泥分为3个模糊集：SD（污泥少），MD（污泥中），LD（污泥多），取 值范围为[0，100]。 将油脂分为3个模糊集：NG（油脂少），MG（油脂中），LG（油脂多），取 值范围为[0，100]。 将洗涤时间分为5个模糊集：VS（很短）， S（短）， M（中等），L（长）， VL（很长），取值范围为[0，60]。
X idiShijian
VS ( z ) (10 z ) /10, z /10, ( z) S (25 z ) /15, ( z 10) /15, M ( z ) (40 z ) /15, ( z 25) /15, L ( z) (60 z ) / 20, VL ( z ) ( z 40) / 20,
400 G ( s) 2 s 500 s
位置指令信号为
r (t ) 0.5sin(10t )
演示程序Chap4_2.m和Chap4_3.mdl
第4章 模糊控制 18
4.4 模糊控制应用实例
洗衣机洗涤时间的模糊控制系统，其控制是一个开环的决策过程。 1、确定模糊控制器的结构
选用两输入、单输出模糊控制器，控制器的输入为衣物的污泥和油脂，输出为 洗涤时间。
Rule 4：IF (x is LD) and (y is LG) THEN (z is VL)
第4章 模糊控制 22
4.4 模糊控制应用实例
6、模糊推理
（3）规则前提推理
规则1前提的可信度为：min（4/5，3/5）=3/5
规则2前提的可信度为：min（4/5，2/5）=2/5 规则3前提的可信度为：min（1/5，3/5）=1/5 规则4前提的可信度为：min（1/5，2/5）=1/5
智能控制
自动化科学与工程学院，叶涛
地址：北校区3号楼206室
E-mail: yetao@
课时安排(32学时,每周4学时)
周次 1 讲课内容 绪论、专家控制 章节编号 第1章、第2章
2
3
模糊控制的理论基础
模糊控制
第3章
第4章
4
5 6 7 8
神经网络的理论基础
典型神经网络 神经网络控制 遗传算法及其应用 课程考试
3、定义隶属度函数
采用三角形隶属度函数。 演示程序Chap4_4.m和Chap4_5.m 第4章 模糊控制 19
4.4 模糊控制应用实例
污泥
SD ( x) (50 x ) / 50, x / 50, MD ( x) (100 x) / 50, LD ( x) ( x 50) / 50, 0 x 50 0 x 50 50 x 100 50 x 100
5、建立模糊控制规则表
第4章 模糊控制 21
4.4 模糊控制应用实例
6、模糊推理
（1）规则匹配
（2）规则触发
Rule 1：IF (x is MD) and (y is MG) THEN (z is M) Rule 2：IF (x is MD) and (y is LG) THEN (z is L) Rule 3：IF (x is LD) and (y is MG) THEN (z is L)
第4章 模糊控制 24
4.4 模糊控制应用实例
7、反模糊化
第4章 模糊控制 11
4.1 模糊控制的基本原理
4.1.3 模糊控制系统的工作原理（水箱液位控制）
4、求模糊关系
模糊控制规则是一个多条语句，它可表示为U×V上的模糊子集，即模糊关系R：
R (NBe NBu) (NSe NSu) (ZOe ZOu) (PSe PSu) (PBe PBu)
m
V
(vk )

k 1
V
(vk )
k
i 1
m
i
第4章 模糊控制 16
4.3 模糊控制器的设计
4.3.2 模糊控制器的Matlab仿真
1、模糊控制器的设计 按照步骤设计模糊控制器得到模糊控制响应表
第4章 模糊控制 17
4.3 模糊控制器的设计
4.3.2 模糊控制器的Matlab仿真
2、模糊控制位置跟踪 被控对象为
第பைடு நூலகம்章 模糊控制 14
4.3 模糊控制器的设计
4.3.1 模糊控制器的设计步骤
1、确定模糊控制器的结构
2、定义输入量、输出量的模糊集和论域划分等级 3、定义输入、输出隶属函数 4、设计模糊控制规则 5、建立模糊控制规则表
第4章 模糊控制 15
4.3 模糊控制器的设计
4.3.1 模糊控制器的设计步骤 6、进行模糊推理 7、反模糊化
4.1.2 模糊控制器的组成
模糊控制器由模糊化接口、知识库、推理机和解模糊接口等模块组成， 如下图所示
精确量—>模糊量
模糊量—>模糊量
模糊量—>精确量
第4章 模糊控制
5
4.1 模糊控制的基本原理
4.1.2 模糊控制器的组成 1、模糊化接口（Fuzzy Interface）
模糊化接口的主要作用是将真实的确定量输入转换为一个模糊矢量。
（1）E={负大，负小，零，正小，正大} = {NB, NS, ZO, PS, PB} （2）E={负大，负中，负小，零，正小，正中，正大} = {NB, NM, NS, ZO, PS, PM, PB} （3）E={负大，负中，负小，零负，零正，正小，正中，正大} = {NB, NM, NS, NZ, PZ, PS, PM, PB}
第4章 模糊控制
8
4.1 模糊控制的基本原理
4.1.3 模糊控制系统的工作原理（水箱液位控制）
1、确定观测量（输入）和控制量（输出）
模糊控制器输入量为设定水位对于当前水位的液位差e，控制量u为 调节阀门开度。
e h h0 h
排水时u为负（阀门开大） 注水时u为正（阀门关小） u
第4章 模糊控制
C ( A B)T2 R
规则库是用来存放全部模糊控制规则的，在推理时为“推理机”提供控制 规则。规则条数和模糊变量的模糊子集划分有关，划分越细，规则条数越多， 但并不代表规则库的准确度越高，规则库的“准确性”主要与专家知识的准确 度有关。
第4章 模糊控制
7
4.1 模糊控制的基本原理
4.1.2 模糊控制器的组成 3、推理机（Fuzzy Inference）
其中，规则内的模糊集运算取交集，规则间的模糊集运算取并集。 5、模糊决策 模糊控制器的输出为误差向量和模糊关系的合成：
U E R
6、控制量的反模糊化 控制器的输出为一模糊矢量
U
1 0.5 0.5 0.5 0 0 0 0 0 4 3 2 1 0 1 2 3 4
第4章、第6章
第7章 第9章 第10章
考核方法：平时成绩占30%（考勤10% ，2个作业20%），期末成绩占70% 课时安排
2
内容提要
第4章 模糊控制 4.1 模糊控制的基本原理 4.2 模糊控制系统分类 4.3 模糊控制器的设计 4.4 模糊控制应用实例
内容提要
3
4.1 模糊控制的基本原理
4.1.1 模糊控制原理 定义：① 以模糊集合理论、模糊语言变量及模糊推理为基础的一类智 能控制方法，它从行为上模仿人的模糊推理和决策过程。
推理是模糊控制器根据输入模糊量，由模糊控制规则完成模糊推理来求解 模糊关系方程，并获得模糊控制量的功能部分。在模糊控制中，考虑到推理时 间，通常采用运算较简单的推理方法。最基本的有Zadeh近似推理，它包含有正 向推理和逆向推理两类。
4、解模糊接口（Defuzzy Interface）
推理结果的获得，表示模糊控制的规则推理功能已经完成。但是，至此所 获得的结果仍是一个模糊矢量，不能直接用来作为控制量，还必须作一次转换， 求得清晰的数值控制量输出，即为解模糊。通常把输出端具有转换功能作用的 部分称为解模糊接口。
0 z 10 0 z 10 10 x 25 10 z 25 25 z 40 25 z 40 40 z 60 40 z 60
第4章 模糊控制 20
4.4 模糊控制应用实例
4、设计模糊控制规则
根据人的操作经验设计模糊规则，模糊规则设计的标准为：“污泥越多， 油脂越多，洗涤时间越长”；“污泥适中，油脂适中，洗涤时间适中”；“污 泥越少，油脂越少，洗涤时间越短”。
油脂
NG ( y ) (50 y ) / 50, y / 50, MG ( y ) (100 y ) / 50, LG ( y ) ( y 50) / 50,
0 y 50 0 y 50 50 y 100 50 y 100
（1）最大隶属度法
v0 arg max V (v), v V
（2）重心法
1 N v0 vi , vi arg max(V (v )) N i 1 vV
v0
（3）加权平均法

V
vV (v)dv
V
V (v)dv
v0 vi ki
i 1 m
v0
v
k k 1 m
第4章 模糊控制
6
4.1 模糊控制的基本原理