第4章模糊控制
模糊单片机控制电饭煲.(肖凡制作1588)
模糊单片机控制电饭煲摘要：介绍用新型HT46R47型单片机和模糊控制技术实现的电饭煲。
他具有电路简单、成本低廉、节省能源、安全可靠目前，市场上的电饭煲大部分采用固定功率的方式加热，能源利用率低、功能单一，难以满足人们的日益增长的生活需求。
开发功能齐全、成本低廉、节省能源、安全可靠的微电脑电饭煲，是非常有必要的。
系统选用以低成本、功耗小、性能良好的8位A／D型HT46R47单片机为控制核心的控制电路。
引脚如图1所示。
他的主要特性如下：·工作电压：fSYS＝4MHz：2．2～5．5V；·13位双向输入／输出口；·8位带溢出中断的可编程定时／计数器，具有7级预分频器；·石英晶体或RC振荡器；·看门狗定时器；·2048×14位的程序存储器PROM；·64×8位的数据存储器RAM；·在VDD＝5V且系统时钟为8MHz时，指令时钟为0．5μs；·四通道9位的A／D转换器；·指令执行时间皆为1或2个指令周期低电压复位功能。
关键词：单片机；模糊逻辑；电路设计；抗干扰；温度采样；电饭煲Fuzzy control electric cookerAbstract：Introduction of new type HT46R47single-chip microcomputer and fuzzy control technology to realize the electric rice cooker.He has the advantages of simple circuit,low cost,energy saving,safety and reliability.Single chip microcomputer;fuzzy logic;circuit design;interference;temperature sampling; electric cookerAt present,the market of electric cooker used most of fixed power heating,low energy efficiency,single function,difficult to meet people's growing demand for life. Development of complete function,low cost,energy saving,safe and reliable computer electric cooker,is very necessary.System selection with low cost,low power consumption,high performance8bit A/D HT46R47single-chip microcomputer to control the core control circuit.Pin as shown in figure1.His main characteristics are as follows:Working voltage,:fSYS=4MHz:2.2~5.5V;,13bidirectional input/output port;In8,with overflow interrupt the programmable timer/counter,with7prescaler; Quartz crystal oscillator,or RC;,the watchdog timer;"2048x14bit program memory PROM;"64x8bit data memory RAM;In VDD=5V and system clock for8MHz,0.5s instruction clock;In four,channel9bit A/D converter;Keywords：Single chip microcomputer fuzzy logic circuit design interference temperature sampling electric cooker目录模糊单片机控制电饭煲 (1)Fuzzy control electric cooker (2)前言 (4)第一章单片机的工作原理 (5)1.1特殊功能寄存器（SFR） (5)1.2程序状态字寄存器（PSW） (6)1.3MCS-51单片机存储结构 (7)第二章模糊电饭锅的工作原理 (8)2.1吸水阶段 (8)2.2加热阶段 (9)2.3沸腾阶段 (9)2.4焖饭阶段 (9)2.5膨胀阶段 (9)2.6保温阶段 (9)第三章电饭锅模糊控制器的设计 (10)3.1.模糊电饭锅的基本功能 (10)3.2模糊控制的硬件设置 (10)3.2.1.电源电路 (11)3.2.2.检测信号的电路 (11)3.2.3.显示电路 (12)3.2.4.加热控制电路 (12)3.3.模糊控制的软件设计 (12)3.3.1系统初始化 (12)3.3.2参数设定 (12)3.3.3.工艺推理及过程控制 (13)第四章模糊控制算法 (15)4.1模糊控制的基本原理 (15)4.2米量的模糊推理 (16)4.3加热功率的模糊推理 (18)4.4工艺过程控制 (20)参考文献 (22)致谢 (23)前言系统选用以低成本、功耗小、性能良好的220v8位A／D型HT46R47单片机为控制核心的控制电路。
模糊控制技术
ii) 连续形式 连续形式: 为人类年龄的集合, 令X = R+ 为人类年龄的集合 年龄在50岁左右 模糊集合 B = “年龄在 岁左右”则表示为 年龄在 岁左右”则表示为: B = { x , µ 老年人 ( x ) | x ∈ X }
式中：
µ 老年人
–在论城U上的模糊集合A，由隶属函µA(x)来表征， µA(x)在 在论城U上的模糊集合A 来表征， 在论城 [0．1]区间内连续取值。 µA(x)的大小反映了元素x 对于模 1]区间内连续取值。 区间内连续取值 糊集合的隶属程度。 糊集合的隶属程度。
8 计算机接口与控制技术 第4章 模糊控制技术简介
1 ( x) = 5 1+ ( )2 x − 50
式中的x表示50岁以上的年龄（ >50）， ），有计算可 式中的x表示50岁以上的年龄（即x >50），有计算可 50岁以上的年龄 得： 55） µ老年人（55）=0.5 60） µ老年人（60）=0.8 70） µ老年人（70）=0.94
12 计算机接口与控制技术 第4章 模糊控制技术简介
模糊集合的公式表示
∑ x ∈X µ A ( xi ) / xi X为离散对象集合 i A = µ (x ) / x X为连续空间（通常为实 轴） ∫ A i X
注意: 注意
∑ 和 ∫ 并非求和和积分符号 并非求和和积分符号.
13 计算机接口与控制技术 第4章 模糊控制技术简介
上述三个例子分别可写为 C = 0.8 /上海 上海+0.9 /北京 +0.7 /天津 +0.6 /西安 上海 北京 天津 西7/2+1.0/4+0.3/5+0.1/6
洗衣机模糊控制原理毕业论文
毕业论文洗衣机模糊控制原理中文摘要洗衣机自问世以来，经过一个多世纪的发展，现正呈现出全自动、多功能、大容量、高智能、省时节能的发展趋势。
近年来，电子技术、控制技术、信息技术的不断完善、成熟，为上述发展趋势提供了坚强的技术保障。
L·A·Zadeh教授最早提出了模糊集合理论，由此产生了模糊控制技术，其突出的优点是：不需要对被控对象建立精确的数学模型。
对于复杂的、非线性的、大滞后的、时变的系统来说，建立数学模型是非常困难的。
全自动滚筒洗衣干衣机的自动化、智能化控制正是一种难以建立精确数学模型的控制问题，采用模糊控制技术，可以很方便的控制洗衣干衣过程。
模糊控制全自动滚筒洗衣干衣机是通过模糊推理找出最佳洗涤烘干方案，以优化洗涤烘干时间、洗净程度、烘干效果，最终达到提高效率，简化操作，、节水节电省时的效果。
模糊控制全自动滚筒洗衣干衣机属于创新项目，填补国内空白，达到国际先进水平。
它的研制成功，必将大大推动我国乃至世界洗衣机行业的发展。
模糊控制是以模糊集理论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种智能控制方法，它是从行为上模仿人的模糊推理和决策过程的一种智能控制方法。
该方法首先将操作人员或专家经验编成模糊规则，然后将来自传感器的实时信号模糊化，将模糊化后的信号作为模糊规则的输入，完成模糊推理，将推理后得到的输出量加到执行器上。
关键词：洗衣干衣机、家用滚筒式、模糊控制技术、模糊控制器、模糊控制规则ABSTRACTIt has been developed for more than one century since the emergence of washing machine．Now the tendency to develop is fully- automatism，Multifunction，large capacity，high intelligence，time and energy saving．Recently，the tendency has been guaranteed substantially with the perfection and mature of electronic technology，control technology and information technology．Professor L·A·Zadeh first put forward the Theory of Fuzzy Set，from which the technology of Fuzzy Control arise．It is extraordinary virtue is：There is no definite need to establish the exact math model of the controlled object．It is very convenience to establish mathematical models to the systems with very complex，non．1inear，large—lag and timely change characteristic．And it is the very problem incontrol to establish the exact mathematical model in fully-automatic washing—drying machines automatism and optimize．It is very convenient to control the process of washing and drying to use the technology off contr01．The fuzzy control of the fully—automatism front loading washing· drying machine, is through the fuzzy inference to find the best plan of washing-drying，optimize the time of washing and drying，the degree of cleaning and the effect of drying SO to reach the intention of raising the efficiency，predigesting the operate and saving the water and electricity．Fuzzy control fully—- automatism front loading washing drying machine is an innovate project，which padded the blankness in the world and achieve international advanced level．The Success of the research will impel the development of the washing machine industry greatly．Key Words：washing—drying machine，household front loading，fuzzy control technology，fuzzy controller，fuzzy control rule .目录：第一章：简介1.绪言2.简单论述第二章：模糊控制理论和技术基础1. 模糊控制原理2. 模糊控制器的构成3. 模糊控制系统的工作原理4. 模糊控制系统分类5. 模糊控制器的设计6. 模糊控制器设计实例-洗衣机模糊控制第三章：程序实现1.模糊控制理论和技术基础总结2.程序设计及实现1 绪论第一章绪言国际相关产品的发展水平、现状及发展趋势：1965年，美国加里弗尼亚大学控制理论教授L·A·Zadeh(扎德)提出模糊集理论。
模糊控制毕业论文
模糊控制考核论文姓名：郑鑫学号：1409814011 班级：149641 题目:模糊控制的理论与发展概述摘要模糊控制理论是以模糊数学为基础,用语言规则表示方法和先进的计算机技术,由模糊推理进行决策的一种高级控制策。
模糊控制作为以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制，它已成为目前实现智能控制的一种重要而又有效的形式尤其是模糊控制和神经网络、遗传算法及混沌理论等新学科的融合，正在显示出其巨大的应用潜力。
实质上模糊控制是一种非线性控制，从属于智能控制的范畴。
模糊控制的一大特点是既具有系统化的理论，又有着大量实际应用背景。
本文简单介绍了模糊控制的概念及应用，详细介绍了模糊控制器的设计，其中包含模糊控制系统的原理、模糊控制器的分类及其设计元素。
关键词：模糊控制；模糊控制器；现状及展望Abstract Fuzzy control theory is based on fuzzy mathematics, using language rule representation and advanced computer technology, it is a high-level control strategy which can make decision by the fuzzy reasoning. Fuzzy control is a computer numerical contro which based fuzzy set theory, fuzzy linguistic variables and fuzzy logic, it has become the effective form of intelligent control especially in the form of fuzzy control and neural networks, genetic algorithms and chaos theory and other new integration of disciplines, which is showing its great potential. Fuzzy control is essentially a nonlinear control, and subordinates intelligent control areas. A major feature of fuzzy control is both a systematic theory and a large number of the application background.This article introduces simply the concept and application of fuzzy control and introduces detailly the design of the fuzzy controller. It contains the principles of fuzzy control system, the classification of fuzzy controller and its design elements.Key words: Fuzzy Control; Fuzzy Controller; Status and Prospects.引言传统的常规PID控制方式是根据被控制对象的数学模型建立，虽然它的控制精度可以很高，但对于多变量且具有强耦合性的时变系统表现出很大的误差。
4 自适应模糊控制-智能控制——理论基础、算法设计与应用-刘金琨-清华大学出版社
R x y B x i1i2 u
：如果
为 且 1
Ai1 1
2
为 Ai2 2
，则
为 i1i2
其中，i1 1, 2, , N1, i2 1, 2, , N2
将模糊集Bi1i2 的中心（用y i1i2 表示）选择为
y g e , e i1i2
i1
i2
1
2
（4.1）
步骤3：采用乘机推理机，单值模糊器和中心平
自适应模糊控制是指具有自适应学习算法的模糊逻辑系 统，其学习算法是依靠数据信息来调整模糊逻辑系统的参数。 一个自适应模糊控制器可以用一个单一的自适应模糊系统构 成，也可以用若干个自适应模糊系统构成。与传统的自适应 控制相比，自适应模糊控制的优越性在于它可以利用操作人 员提供的语言性模糊信息，而传统的自适应控制则不能。这 一点对具有高度不确定因素的系统尤其重要。
采用乘机推理机单值模糊器和中心平均解模糊器根据条规则来构造模糊系统42412模糊系统的逼近精度万能逼近定理表明模糊系统是除多项函数逼近器神经网络之外的一个新的万能逼近器
第4章 自适应模糊控制
模糊控制的突出优点是能够比较容易地将 人的控制经验溶入到控制器中，但若缺乏这样 的控制经验，很难设计出高水平的模糊控制器。 而且，由于模糊控制器采用了IF-THRN控制规 则，不便于控制参数的学习和调整，使得构造 具有自适应的模糊控制器较困难。
取控制律为
u
1 g(x)
f
x
y (n) m
ΚTe
(4.9)
将(4.9)代入(4.7),得到闭环控制系统的方程：
e(n) k e(n1) k e 0
1
n
(4.10)
由 的选取，可得 t 时 e(t) 0 ，即系统的输
自动化专业概论与职业发展第4章
推理机
数据库
规则库
输入
-+
PID控制器 误差
-
工业过程
输出
图4.16 由智能决策单元（IDU）来修正控制器
4.7 非线性系统及其控制
自动控制系统由各种环节（元件 组成，而环节或元件按其特性，可 分为线性元件和非线性元件。
输出（V）
0Hale Waihona Puke 输入（误差）（mV）图4.17 电子放大器的静特性图
输出（V）
第四章 基本控制方法
4.1 自动控制系统行为描述
uf uf
ur
0
t
图4.1 自动控制系统中被控制量的振荡
从图4.1上可以看出电炉炉膛温度
uf在t=0冷工件进入后，稍后温度开
始下降，接着就开始产生力图校正 误差的控制作用（图上曲线上的向 上箭头，表示电炉受到的新增电能 供应）。
当uf向上升并与ur的横线相交时uf =ur，△u=0，此时放大器输出为0， 电动机降速至停止转动。
⑵ 非线性系统的平衡运动状态 （即稳态，Steady State），除平衡 点外还可能有周期解；
⑶ 线性系统的输入为正弦函数时， 其输出的稳态过程也是同频率的正 弦函数，两者仅在相位和幅值上不 同。但非线性系统的输入为正弦函 数时，其输出为包含有高次谐波的 非正弦周期函数。
⑷ 复杂的非线性系统在一定条件 下还会产生突变、分岔和混沌等现 象。
扰动补偿
扰动测量
给定
输入+ 误差
给定环节
控制器
+
- 反馈信号
放大环节 执行环节
扰
动 输出
被控对象
反馈环节
图4.6 复合自动控制系统框图
4.3 比例积分微分控制
本科大作业模糊PID温控
模糊PID温度控制系统摘要温度控制在工业控制中一直是富有新意的课题，对十不同的控制对象，有着不同的控制方式和模式。
温度系统惯性大、滞后现象严重，难以建立精确的数学模型，给控制过程带来很大难题。
本文以电锅炉为研究对象，研究一种最佳的控制方案，以达到系统稳定、调节时间短目‘超调量小的性能指标。
本文对电锅炉可采用的控制方案进行了深入研究，首选的研究方案是PID控制。
温度PID控制器的原理，是将温度偏差的比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，PID控制的重点是参数的调节。
第二个研究方案是模糊控制，研究了模糊控制的机理，确定了电锅炉模糊控制器的结构。
通过对电锅炉温升特点的分析，建立了模糊控制规则表。
借助matlab中的Simulink和 Fuzzy工具箱，对电锅炉PID控制系统和模糊控制系统进行仿真分析。
结果表明当采用PID算法时，系统的超调量与调节时间，不能同时满足技术要求。
当采用模糊控制时，超调量与调节时间虽然同时满足技术要求，但系统出现了稳定误差。
因此本文将模糊控制的智能性与PID控制的通用性、可靠性相互结合，设计了一种参数自整定模糊PID控制器，采用模糊推理的方法实现PID参数Kp 、Ki和Kd的在线整定。
经仿真研究，参数自整定模糊PID控制效果达到了电锅炉温度控制系统的性能指标，是一种较为理想的智能性控制方案。
关键词温度控制;模糊PID控制;参数整定;仿真Abstract第一章绪论1.1 选题背景及其意义在工业生产过程中，控制对象各种各样，温度是生产过程和科学实验中普遍而且重要的物理参数之一。
在生产过程中，为了高效地进行生产，必须对它的主要参数，如温度、压力、流量等进行有效的控制。
温度控制在生产过程中占有相当大的比例，其关键在于测温和控温两方面。
温度测量是温度控制的基础，技术已经比较成熟。
由于控制对象越来越复杂，在温度控制方面，还存在着许多问题。
如何更好地提高控制性能，满足不同系统的控制要求，是目前科学研究领域的一个重要课题。
第4章 模糊T-S控制(3)
ρ2
P2 P + Q2 2
P Ai + AiT P − ZiC − (ZiC)T + Q2 P 2 2 2 <0 2 P − ρ I 2
(2.13)
首先，由式(2.13)求得P和 i，然后由式(2.12) 2 L 求得 P 和 Ki 。 1
20
二、一类非线性系统的模糊控制方法 一类非线性系统的模糊控制方法 一类非线性系统的模糊控制
2 n1 3 4 n2
(2.1)
其中x , x ∈R , x , x ∈R (n = 2(n1 + n2 ))是系统的状态向量,状 态是可量测的， u∈ Rm 是控制输入向量，y∈Rm 是系 统的可量测输出向量,C ∈R , f 2 , f 4 是光滑非线性函 数,d2 , d4是外部扰动,x =[x1T , x2T , x3T , x4T ]T ∈Rn , m = n1 + n2 ,d =[0, d ,0, d ] .
9
二、一类非线性系统的模糊控制方法 一类非线性系统的模糊控制方法 一类非线性系统的模糊控制
1.一类非线性系统的模糊H∞控制问题 问题描述:考虑如下的非线性系统
& x1 = x2 & x2 = f 2 (x, u) + d2 & x3 = x4 x4 = f 4 (x, u) + d4 &
证明 选取
Lyapunov
5
一、模糊T－S控制简介 模糊T 模糊
从而提出了基于模糊T-S模型的松弛二次稳定控制方 案。Liu等人推广了文[65]的二次稳定充分条件，进 一步降低保守性，提出了一种二次稳定控制方案[66 －67]。Park借助T-S模糊模型，提出一种在线参数估 计方法[68]并研究了参数不确定非线性系统的稳定性 问题[69]。文[70]给出了一种积分模糊模型的系统设 计方案。T-S模糊模型还被用来研究非线性关联系统 的跟踪控制问题[71]、非线性奇异系统的稳定性问题 [72]和带有执行器饱和的非线性系统的鲁棒控制问题 [73]。文[74-75]提出了时延系统的模糊模型，并讨 论了非线性时延系统的分析和综合问题。文[76]给出 了不确定模糊时延系统的二次稳定控制方法。文[77]
模煳控制第四章 模糊控制器设计
4. 模糊PID控制器 PID控制器对不同的控制对象要用不同的PID参
数，而且调整不方便，抗干扰能力差，超调量 差。 模糊控制器是一种语言控制，不依赖被控对象 的数学模型，设计方法简单、易于实现。能够 直接从操作者的经验归纳、优化得到，且适应 能力强、鲁棒性好。
整理ppt
模糊控制也有其局限性和不足，就是它的 控制作用只能按档处理，是一种非线性控 制，控制精度不高，存在静态余差，一般 在语言变量偏差趋于零时有振荡。
整理ppt
2. 模糊自调整控制器 模糊控制器性能的好坏直接影响到模糊控
制系统的控制特性，而模糊控制器的性能 又取决于控制规则的完善与否。 如果在简单模糊控制器的输入输出关系中 加入修正因子，便能对控制规则进行自动 调整，从而可对不同的被控对象获得相对 满意的控制效果。
整理ppt
在简单模糊控制器中，如果将误差e、误 差变化率Δe及控制量u的关系描述为：
整理ppt
在模糊推理机中，模糊推理决策逻辑是核 心，它能模仿人的模糊概念和运用模糊蕴 涵运算以及模糊逻辑推理规则对模糊控制 作用的推理进行决策。
整理ppt
(3) 解模糊接口(Defuzzification) 通过模糊推理得出的模糊输出量不能直接
去控制执行机构，在这确定的输出范围中， 还必须要确定一个最具有代表性的值作为 真正的输出控制量，这就是所谓解模糊判 决。 完成这部分功能的模块就称作解模糊接口， 它的主要功能包括：
整理ppt
4.1 模糊控制器的基本结构及主要类 型
4.1.1 模糊控制器的基本结构
模糊控制的基础是模糊集合理论和模糊逻 辑，是用模糊逻辑来模仿人的思维对那些 非线性、时变的复杂系统以及无法建立数 学模型的系统实现控制的。
现代水文学(新1版)第4章-水文不确定性理论
为单因素评价函数。称 f (x1, x2 ,, xm ) = f ((u1), (u2 ),, (um )) 是对U的综合评价，f为综合评价函数。
常用的综合评价函数有：加权平均、几何平均、单因素决定等。
4.3 模糊水文学基础
4.3.2 模糊水文学体系及内容介绍
主要内容8：水文模糊规划与优化
规划问题就是在约束条件下寻求目标的最优（最大或最小），也称优 化问题。它可以分为多种类型，比如确定性模型和不确定性模型、线性和 非线性模型、单目标模型和多目标模型等。
常用的线性规划模型形式：
求解模糊线性规划 模糊线性规划形式： 模型，需要根据模 糊数学方法先将模
主要内容7：水文模糊预测与决策
在许多预测和决策问题中，其目标、任务、对象和需要处理的信息
往往含有模糊性，针对这类问题所作的预测与决策就是模糊预测与决策。
模糊数学与一般预测方法相结合，形成多种预测方法，如：。
逻辑推理
预测
聚类分析
预测
回归预测
模糊时间
序列预测
决策一般包括多目标规划与多属性决策两类。
4.3 模糊水文学基础
4.2 随机水文学基础
4.2.2 随机水文学体系及内容介绍
主要内容2：水文序列分析方法
简单列举自相关系数、方差谱密度的计算式：
实测样本序列 x（t t=1，2，…，n）的自相关系数 rk（k=1，2，…，m）和方
差谱密度S w的估计值 Sˆw为
rk
= Cˆ k
ˆt ˆ t +k
Sˆw
=
1
(1 +
当前研究成果
《智能控制》_刘金琨_第4章
• R1: IF E is NB and EC is NB then U is PB • R2: IF E is NB and EC is NS then U is PM • 通常把if…部分称为“前提部，而then…部分称 为 “ 结论部 ” ，其基本结构可归纳为 If A and B then C, 其中 A 为论域 U 上的一个模糊子集， B 是论域 V 上 的一个模糊子集。根据人工控制经验，可离线组织 其控制决策表R, R是笛卡儿乘积集上的一个模糊子 集，则某一时刻其控制量由下式给出：
4.1.3、模糊控制系统的工作原理
以水位的模糊控制为例，如图 4-4 所示。设有一个 水箱，通过调节阀可向内注水和向外抽水。设计一个模 糊控制器，通过调节阀门将水位稳定在固定点附近。按 照日常的操作经验，可以得到基本的控制规则： “若水位高于O点，则向外排水，差值越大，排水越快” ； “若水位低于O点，则向内注水，差值越大，注水越快” 。 根据上述经验，按下列步骤设计模糊控制器：
•
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。
•
综上所述，模糊控制器实际上就是依靠微机 （或单片机）来构成的。它的绝大部分功能都是由 计算机程序来完成的。随着专用模糊芯片的研究和 开发，也可以由硬件逐步取代各组成单元的软件功 能。
0 0 0 0 0 0 PSe PSu 0 0 0 0 0 0 0.5 1.0 0.5 0 0 1.0 0 0 . 5 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0
模糊控制第四章
2.控制规则库
在模糊控制中，模糊控制规则集称为模糊控制规则库。 它体现了专用型的控制策略和控制目的。在前面的电风扇 温度控制中，5条条件语言组成的控制规则集就是该模糊 控制系统的控制策略。 三、决策功能
决策功能是模糊控制器中的中心功能。这种决策是模
模糊决策，它模拟人类的决策能力。模糊决策基于模糊概 念和模糊控制，而模糊控制采用模糊蕴含和推理实现。
2.反模糊化——把模糊控制器推断出的模糊控制量转 换成精确控制量。 根据模糊控制器的功能，其结构如图4-2所示。从图 中可以看出由模糊化接口、反模糊化接口、知识库和决策 逻辑组成。
精确量 模糊化 接口 决策逻辑 反模糊化 接口 精确量
知识库 KB
知识库存储模糊控制器中的模糊量以及模糊控制规则。 知识库向模糊化接口提供模糊量的隶属函数形态，从而使 模糊化接口在接收到外部的精确量输入之后，能够将其转 化成相对应的模糊量及隶属度。知识库也向反模糊化接口 提供模糊量的隶属函数形态，反模糊化接口则根据输出的
模糊控制器相结合对系统实行控制。一般的线性控制器是 PI控制器。
复合模糊控制器通常由普通控制器和PI控制器组成。 模糊控制器可对系统实现非线性的智能控制，PI控制器可 克服在偏差趋于零时刻模糊控制器可能产生的振荡及静态 误差。复合模糊控制系统的结构如图4-4所示。
从图中可看出：这种系统采用了复合模糊控制器，而 复合模糊控制器由一个模糊控制器及一个比例积分数字控 制器组成。
这样就产生了模糊控制器。 模糊控制器对被控对象的控制采用的是人类的模糊控 制意念。这种模糊控制意念是以模糊控制语句来描述的。 在模糊控制的语句中，含有人类对环境的模糊检测和对被 控对象的模糊命令。 对于一个用电风扇进行温度调节的系统，很容易采用 如下意念： 如果环境温度高，则风扇转速调到最快； 如果环境温度较高，则风扇转速调到较快； 如果环境温度稍高，则风扇转速调到中速； 如果环境温度微高，则风扇转速调到低速； 如果环境温度合适，则风扇停止转动； 这一系列意念就是模糊控制规则，只不过是用模糊控 制语句表达而已。这些模糊控制语句可以用条件语句的形
模糊控制基础知识
1965年美国自动控制理论专家L．A． Zadeh首次提出了模糊集合理论，
1974年英国E．H．Mamdani首先将模糊控制应用于锅炉和蒸汽机的自动控 制。目前，模糊控制(Fuzzy Control)作为90年代的高新技术，得到非常广泛 的应用，被公认为简单而有效的控制技术。
模糊控制是以模糊集合论模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的 微机数字控制。它是模拟人的思维，构造一种非线性控制，以满足 复杂的，不确定的过程控制的需要。
A
i 1 5
论域 X 是离散的，则A可表示为
A ( xi )
xi
0 0 0.6 0.8 1 1 2 3 4 5
(2) 模糊集合的运算 A B A ( x) B ( x) ① 等集： ② 子集： A B A ( x) B ( x) A A ( x) 0 ③ 空集： ④ 并集： C A B c ( x) A ( x) B ( x) max[ A ( x), B ( x)] ⑤ 交集： c ( x) A ( x) B ( x) min[ A ( x), B ( x)] C A B ⑥ 补集： B A B ( x) 1 A ( x)
用模糊关系矩阵表示：
RAB ( A B) ( A E)
一些常见的模糊规则的关系矩阵的表达式： •如果x为A，则y为B, 否则y为C， A X , B Y , C Y •如果x为A，y为B, 则z为C
R ( A B) ( A C) ：
A X , B Y ,C Z
计算机控制技术
第 4章 计算机控制系统的控制算法
Ex5 设X为横轴，Y为纵轴，直积 X Y即整个平面。模糊关系“x远远大于y” 的隶属函数确定为
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
图 模糊控制原理框图
模糊控制器( 模糊控制器 ( Fuzzy Controller—FC) Controller—FC ) 也 称 为 模 糊 逻 辑 控 制 器 ( Fuzzy Logic Controller—FLC) Controller—FLC),由于所采用的模糊控制规 则是由模糊理论中模糊条件语句来描述的, 则是由模糊理论中模糊条件语句来描述的 , 因此模糊控制器是一种语言型控制器, 因此模糊控制器是一种语言型控制器 , 故也 称 为 模 糊 语 言 控 制 器 ( Fuzzy Language Controller—FLC) Controller—FLC).
控制量u为调节阀门开度的变化, 控制量u为调节阀门开度的变化,将其分为五级 :负大 ( NB), 负小( NS),零 ( O), 正小( 负大(NB) 负小(NS) 正小( PS ) , 正大 ( PB ) ,并将 u 的变化范围分为九个等 PS) 正大(PB) 并将u 级 : -4 , -3 , -2 , -1 , 0 , +1 , +2 , +3 , +4 . 得到 控制量模糊划分如下表 控制量模糊划分如下表. 下表.
×
推理结果的获得, 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, 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, 糊矢量,不能直接用来作为控制量,还必须作一次 转换,求出,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. 把输出端具有转换功能作用的部分称为解模糊接口. 综上所述 , 模糊控制器实际上就是依靠微 机 或单片机)来构成的. (或单片机)来构成的.它的绝大部分功能都是由 计算机程序来完成的. 计算机程序来完成的.随着专用模糊芯片的研究和 开发, 开发,也可以由硬件逐步取代各组成单元的软件功 能.
返回
[3] 模糊控制规则的描述 根据日常的经验,设计以下模糊控制规则: 根据日常的经验,设计以下模糊控制规则: (1)"若e负大,则u正大" 负大, 正大" (2)"若e负小,则u正小" 负小, 正小" (3)"若e为0,则u为0" (4)"若e正小,则u负小" 正小, 负小" (5)"若e正大,则u负大" 正大, 负大"
4.1.2 模糊控制器的构成 模糊控制器的组成框图如图所示. 模糊控制器的组成框图如图所示.
图
模糊控制器的组成框图
[1]. 模糊化接口(Fuzzy interface) 模糊化接口( interface) 模糊控制器的输入必须通过模糊化才能用于控 制输出的求解, 制输出的求解,因此它实际上是模糊控制器的输入 接口. 接口.它的主要作用是将真实的确定量输入转换为 一个模糊矢量. 对于一个模糊输入变量e 一个模糊矢量 . 对于一个模糊输入变量 e , 其模糊 子集通常可以作如下方式划分: 子集通常可以作如下方式划分:
将偏差e的变化范围量化为七个等级: 将偏差e的变化范围量化为七个等级:-3,-2,-1 +1,+2,+3.得到如下水位变化模糊表. ,0,+1,+2,+3.得到如下水位变化模糊表.
表 水位变化划分表
输入变量 隶 属 度 -3 PB 模 糊 集 PS O NS NB 0 0 0 0 1 -2 0 0 0 0.5 0.5 -1 0 0 0.5 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0.5 0 0 2 0.5 0.5 0 0 0 3 1 0 0 0 0
4.3.2 模糊控制器的 模糊控制器的Matlab仿真 4.7.2 仿真实例 仿真 4.8 模糊控制的应用 4.4 模糊控制器设计实例 4.5 模糊自适应整定PID控制 模糊自适应整定PID控制 PID 4.9 模糊控制发展概况
4.1 模糊控制的基本原理 4.1.1 模糊控制原理 模糊控制是以模糊集理论, 模糊控制是以模糊集理论 , 模糊语言变量和 模糊逻辑推理为基础的一种智能控制方法. 模糊逻辑推理为基础的一种智能控制方法.它是从 行为上模仿人的模糊推理和决策过程的一种智能控 制方法. 制方法.该方法首先将操作人员或专家经验编成模 糊规则,然后将来自传感器的实时信号模糊化, 糊规则,然后将来自传感器的实时信号模糊化,将 模糊化后的信号作为模糊规则的输入, 模糊化后的信号作为模糊规则的输入,完成模糊推 理,将推理后得到的输出量加到执行器上. 将推理后得到的输出量加到执行器上.
[3]. 推理与解模糊接口( Inference and Defuzzy. 推理与解模糊接口 ( interface) ) 推理是模糊控制器中,根据输入模糊量, 推理是模糊控制器中,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, 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, 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. 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 近似推理, 本的有 近似推理 推理两类.正向推理常被用于模糊控制中, 推理两类.正向推理常被用于模糊控制中,而逆向 推理一般用于知识工程学领域的专家系统中. 推理一般用于知识工程学领域的专家系统中.
4.1.3 模糊控制系统的工作原理
以水位的模糊控制为例, 下图所示 以水位的模糊控制为例 , 如 下图 所示 . 设有一 所示. 个水箱, 通过调节阀可向内注水和向外抽水. 个水箱 , 通过调节阀可向内注水和向外抽水 . 设计 一个模糊控制器, 一个模糊控制器 , 通过调节阀门将水位稳定在固定 点附近. 按照日常的操作经验, 点附近 . 按照日常的操作经验 , 可以得到基本的控 制规则: 制规则: " 若水位高于 O 点 , 则向外排水 , 差值越大 , 若水位高于O 则向外排水, 差值越大, 排水越快" 排水越快"; " 若水位低于 O 点 , 则向内注水 , 差值越大 , 若水位低于O 则向内注水, 差值越大, 注水越快" 注水越快". 设计模糊控制器: 根据上述经验,按下列步骤设计模糊控制器 根据上述经验,按下列步骤设计模糊控制器:
表 控制量变化划分表
控制变量 隶 属 度 -4 PB 模 糊 集 PS O NS NB 0 0 0 0 1 -3 0 0 0 0.5 0.5 -2 0 0 0 1 0 -1 0 0 0.5 0.5 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0.5 0.5 0 0 2 0 1 0 0 0 3 0.5 0.5 0 0 0 4 1 0 0 0 0
第4章 模糊控制
4.1 模糊控制的基本原理 4.1.1 模糊控制原理 4.1.2 模糊控制器的构成 4.1.3 模糊控制系统的工作原理 4.1.4 模糊控制器结构 4.2 模糊控制系统分类 4.3 模糊控制器的设计 4.3.1 模糊控制器的设计步骤 4.6 Sugeno模糊模型 模糊模型 4.6.1 Sugeno模糊模型 模糊模型 4.6.2 Sugeno模糊模型的设计 模糊模型的设计 4 .7 基于 基于Sugeno模糊模型的 模糊模型的 倒立摆模糊控制 4.7.1倒立摆模型的局部线性化 倒立摆模型的局部线性化
R1: IF E is NB and EC is NB then U is PB R2: IF E is NB and EC is NS then U is PM 通常把if…部分称为"前提部分,而then…部 部分称为"前提部分, 通常把 部分称为 部 分称为" 结论部分" 其基本结构可归纳为If 分称为 " 结论部分 " , 其基本结构可归纳为 A and B then C,其中 为论域 上的一个模糊子集, 其中A为论域 上的一个模糊子集, 其中 为论域U上的一个模糊子集 B是论域 上的一个模糊子集.根据人工控制经验, 是论域V上的一个模糊子集 根据人工控制经验, 是论域 上的一个模糊子集. 可离线组织其控制决策表R, R是笛卡儿乘积集上 可离线组织其控制决策表 是笛卡儿乘积集上 的一个模糊子集, 的一个模糊子集 , 则某一时刻其控制量由下式给 出:
(2)规则库(Rule Base—RB) 模糊控制器的规 )规则库( ) 则司基于专家知识或手动操作人员长期积累的经验, 则司基于专家知识或手动操作人员长期积累的经验, 它是按人的直觉推理的一种语言表示形式.模糊规 它是按人的直觉推理的一种语言表示形式. 则通常有一系列的关系词连接而成, 则通常有一系列的关系词连接而成 , 如 if-then, , else,also,end,or等, 关系词必须经过 " 翻译 " , , , 等 关系词必须经过"翻译" 才能将模糊规则数值化.最常用的关系词为if-then, 才能将模糊规则数值化.最常用的关系词为if-then, also, 对于多变量模糊控制系统 , 还有 , 对于多变量模糊控制系统, 还有and等 . 例 等 某模糊控制系统输入变量为(误差) 如,某模糊控制系统输入变量为(误差)和(误差 变化) 它们对应的语言变量为E和 , 变化),它们对应的语言变量为 和EC,可给出一 组模糊规则: 组模糊规则:
( 1 ) ={ 负大 , 负小 , 零 , 正小 , 正大 }={NB, NS, ={负大 负小, 负大, 正小, 正大}={NB, ZO, PS, PB} ( 2 ) ={ 负大 , 负中 , 负小 , 零 , 正小 , 正中 , 正 ={负大 负中, 负小, 负大, 正小, 正中, 大}={NB, NM, NS, ZO, PS, PM, PB} ( 3 ) ={ 大 , 负中 , 负小 , 零负 , 零正 , 正小 , 正 ={大 负中, 负小, 零负, 零正, 正小, 正大}={NB, 中,正大}={NB, NM, NS, NZ, PZ, PS, PM, PB}
用三角型隶属度函数表示如图所示. 用三角型隶属度函数表示如图所示.