模糊控制课程
模糊控制教学大纲
模糊控制课程教学大纲课程名称：模糊控制课程编号：Q50322英文名称：Fuzzy Control 课程属性：专业任选课学时：32 学分： 2先修课程：经典集合论，过程控制系统适用专业：测控技术与仪器一、课程简介本课程是测控技术与仪器专业的主要专业课。
本课程的任务是通过本课程的学习，使学生掌握模糊控制系统设计的基本理论、基本方法和基本技能及其在测控自动化及其他领域中的应用，特别是模糊控制理论及高性能模糊控制器的研究方面还有许多理论与技术创新的内容，以达到实际应用与技术创新的目的。
本课程采用多媒体教学，帮助学生理解模糊数学以及掌握对模糊控制器的设计方法。
二、课程内容及学时分配第一单元：经典集合论，模糊集合，两个重要定理（建议学时数：6学时）本单元首先从经典集合论的局限性入手，介绍了模糊控制技术的产生背景与发展状况，主要论述了经典集合与模糊集合的基本概念，运算性质和基本定律，简要介绍了函数、隶属度、模糊集合的运算以及经典集合与模糊集合之间的关系及相互转换。
通过本单元学习，应熟悉模糊控制的概念；理解模糊集合的含义；掌握扩张定理与分解定理；了解模糊控制的性质、发展过程。
【学习目的和要求】1.知识掌握：掌握模糊集合及模糊控制的基础知识。
2.能力培养：培养智能控制创新思维及创新能力。
3.教学方法：多媒体结合工程实例教学，设问式教学方法。
【重点】模糊集合界定；隶书函数及隶属度的含义；两个重要定理其应用。
【难点】扩张定理与分解定理的理解。
第二单元：模糊关系及模糊语言（建议学时数：10学时）【学习目的和要求】1.知识掌握：掌握模糊关系、模糊语言以及模糊推理的概念、运算其应用。
2.能力培养：培养智能控制创新思维及创新能力。
3.教学方法：多媒体结合工程实例教学，设问式教学方法。
【重点】模糊关系、模糊语言以及模糊推理的概念、运算其应用。
【难点】模糊关系、模糊语言以及模糊推理之间的关系。
第三单元模糊控制器的设计（建议学时数：10学时）【学习目的和要求】1.知识掌握：熟悉模糊控制器的构成；熟悉不同类型模糊控制器的设计方法；掌握基本模糊控制器的设计实现，了解先进模糊控制器的设计步骤。
第二章模糊控制的理论基础精品PPT课件
模糊控制在最近的短短十多年来发展如此迅速，应主 要归结于模糊控制器的一些明显的特点：
(1) 无需知道被控对象的数学模型 模糊控制是以人对被控系统的
例如，对于一个炉温控制系统，人的控制规则是，若温 度高于某一设定值，操作者就减小给煤量，使之降温。 反之，若温度低于设定值，则加大给煤量，使之升温。 一个熟练的操作人员,凭借自己的经验和观察，经过大 脑的思维判断，给出控制量，可以手动操作达到较好的 控制效果。
以上过程包含了大量的模糊概念．如“高于”、“低于” 等等。而且操作者在观察温度的偏差时，偏差越大，给定的 变化也越大,设法使之变温越快。这里的“越高”、“越快” 也是模糊概念。因此，操作者的观察与思维判断过程，实际 上是一个模糊化及模糊计算的过程。
或者说B是A的一个子集，记为B A。
如果μB(u) =μA(u)，则称B=A。
模糊集合的运算与经典集合的运算相类似，只是利用集 合中的特征函数或隶属度函数来定义类似的操作。
设A、B为U中两个模糊子集，隶属函数分别为μB(u) 和 μA(u)，则模糊集合的并、交、补运算可以如下定义：
定义2-4 模糊并集运算
A＝{ (u, A (u)) u U}
μA(u)称为u对A的隶属度，它表示论域U中的元素u隶属
于其模糊子集A的程度，它在[0, 1]闭区间内可以连续取值
μA(u)=1, 表示u 完全属于A μA(u)=0, 表示u 完全不属于A 0<μA(u)<1, 表示u 部分属于A
显然,μA(u)越接近于1, 表示u从属于A的程度越大， 反之,μA(u)越接近于0, 表示u从属于A的程度越小。
模糊控制系统课件
（1）模糊化接口（Fuzzification）
所谓模糊化，就是通过传感器把被控对象的相关物理量 →电量，若传感器的输出量是连续的模拟量 A / D 数字量作 为计算机的输入测量值→标准化处理（即把其变化范围映射 到相应内部论域中，然后将内部论域中该输入数据转换成相 应语言变量的概念，并构成模糊集合）。
量化因子：K e
2n1 eH eL
， Kec
2n2 eH eL
，
比例因子：
Ku
uH uL 2m
注：误差和误差变化这两个变量的连续值与其论域中的离散值
并不是一一对应的。
（2）模糊推理机（Inference engine） 模糊推理机由知识库（数据库和规则库）与模糊
推理决策逻辑构成。这是基本部分。 ①知识库（Knowledge base）=数据库（Date base） +语言控制规则库（Rule base）
缺点：不同被控对象，控制规则不变，控制效果不好。
图4.3 简单模糊控制器的结构
⑵模糊自调整控制器----二维模糊控制器中加入修正因子
（规则自调整模糊控制器）
u e 1 e
低阶控制系统： >0.5 高阶控制系统： <0.5
当误差较大时，控制系统的主要任务是消除误差，加快响 应速度，这时对误差的加权应该大些；
的概念？ 3、常用的模糊控制器有哪些？ 4、二维FC的工作原理？优缺点？ 5、FC设计的两种实现方式及其特点？ 6、设计模糊控制器的步骤？
4.2模糊控制器的结构设计
4.2.1模糊控制器的结构设计 实质：模糊控制器输入语言变量及输出语言变量的选取和模糊控制器的不同
有关模糊控制的课程设计
有关模糊控制的课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握模糊控制的基本概念、原理和方法，培养学生运用模糊控制理论分析和解决实际问题的能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）掌握模糊集合的基本概念及其运算；（2）理解模糊控制系统的结构和工作原理；（3）熟悉模糊控制器的设计方法和应用领域。
2.技能目标：（1）能够运用模糊集合理论描述和处理不确定信息；（2）具备设计简单模糊控制系统的能力；（3）能够运用模糊控制方法解决实际问题。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生的创新意识和团队协作精神；（2）增强学生对模糊控制技术的兴趣和信心；（3）引导学生关注模糊控制在现实生活中的应用，提高学生的社会责任感。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.模糊集合理论：模糊集合的基本概念、运算及其性质；2.模糊控制系统：模糊控制系统的结构、工作原理及其分类；3.模糊控制器设计：模糊控制器的结构、设计方法及其优化；4.模糊控制应用：模糊控制在各个领域的应用实例。
教学大纲安排如下：第一周：模糊集合理论；第二周：模糊控制系统；第三周：模糊控制器设计；第四周：模糊控制应用。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式进行教学，包括：1.讲授法：讲解模糊控制的基本概念、原理和方法；2.案例分析法：分析模糊控制在家用电器、工业控制等领域的应用实例；3.实验法：设计并实现简单的模糊控制系统，验证模糊控制理论；4.讨论法：分组讨论模糊控制相关问题，培养学生的团队协作能力。
四、教学资源为了支持本课程的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：《模糊控制原理与应用》；2.参考书：国内外相关论文和专著；3.多媒体资料：课件、视频、动画等；4.实验设备：计算机、模糊控制实验平台等。
通过以上教学资源，为学生提供丰富多样的学习途径，提高学生的学习兴趣和效果。
五、教学评估为了全面、客观地评估学生的学习成果，本课程将采用以下评估方式：1.平时表现：通过课堂参与、提问、讨论等环节，评估学生的学习态度和积极性；2.作业：布置适量的作业，评估学生对模糊控制理论的理解和应用能力；3.实验报告：评估学生在实验过程中的操作能力、数据分析能力和问题解决能力；4.考试：期末进行闭卷考试，全面测试学生对本课程知识的掌握程度。
计算机控制系统第5章模糊控制课件
与其隶属
度 A(xi ) 之间的对应关系；“＋”也不表示“求和”，而是表示
模糊集合在论域上的整体。
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5
2．几种典型的隶属函数 （1）高斯型隶属函数
( xc)2
f (x; ,c) e 2 2
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6
（2）S形隶属函数
f
(x;
a,
c)
1
1 ea(xc)
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7
（3）梯形隶属函数
第一节 模糊控制系统
一、模糊控制系统的组成
模糊控制系统的结构与一般计算机控制系统基本相似， 通常由模糊控制器、输入输出接口、广义被控对象和测量装 置四个部分组成。
基本模糊控制器
给定值 +
e
-
输 入 量
化
模
糊 化
e~
处
理
模
糊 u~
推
理
反 模 糊 化 处
理
输 出 量
化
u
D/A
A/D
传感器
被控对象
执行机构
所谓论域就是被考虑客体所有元素的集合。在模糊控制系
统中，把模糊控制器的输入变量偏差 e 及其变化率 ec 的实际范
围称为这些变量的基本论域。基本论域内的量为精确量，需要 对它们进行量化处理。
在实际控制系统中，需要通过所谓量化因子进行量化处理， 实现论域变换。量化因子的定义为：
ke
2n be ae
kec
a,
b)
1 2( 2(b
x b
x
a a
)2 )2
ba
0
xa
a a
x b
a x
2
b
《模糊控制系统》PPT课件
是所期望的。这促使我们研究模糊系统作为万能
函数逼近器并拥有最小系统构成的必要条件，从
而使这些必要条件能用于指导模糊系统开发者设
计更紧凑的模糊控制器和模糊模型
• 必要条件设置了需要的输入模糊集、输出模糊集 和模糊规则，表明了模糊系统需要的输入模糊集
和模糊规则的数目依赖于被逼近函数的极值点的
数目和位置
精选ppt
“Fuzzy Sets”一文，首次提出了模糊集合的概念
• 1974年英国教授Mamdani首次将模糊集合理论应
用于加热器的控制，他将基于规则系统的想法与
模糊参数相结合来构造控制器，模仿人类操作者
的操作经验
• 1985年Takagi和Sugeno提出了另一类具有线性规
则后项的模糊控制器，称之为Takagi-Sugeno
(1988, Japan)
• Postsurgical patients
(1989, USA)
• Auto focus video camera
(1990, Japan)
• Washing machines
(1990, Japan)
• Air conditioners
(1990, Japan)
• Anti-shaking video camera
控制规律
• 各种类型的Mamdani和TS模糊系统在过去几年中
都被证明是万能逼近器，它们能一致逼近定义在
闭定义域D上的任意连续函数到任意高的逼近精
度。这些模糊系统有：加法模糊规则系统、模糊
输入—输出控制器、Sugeno模糊控制器的变型、
非独点模糊逻辑系统、一般Mamdani型模糊系统、
采用线性规则后项的TS型模糊系统、广义模糊系
模糊控制算法课程设计
模糊控制算法课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握模糊控制算法的基本原理和方法，培养学生运用模糊控制算法解决实际问题的能力。
具体分为以下三个层面：1.知识目标：通过本课程的学习，使学生了解模糊控制算法的基本概念、原理和特点，掌握模糊控制算法的数学模型和基本步骤，熟悉模糊控制算法的应用领域。
2.技能目标：培养学生运用模糊控制算法进行系统设计和分析的能力，使学生能够熟练使用相关软件工具进行模糊控制算法的仿真和实际应用。
3.情感态度价值观目标：培养学生对模糊控制算法的兴趣和热情，提高学生解决实际问题的责任感和使命感，培养学生的创新精神和团队合作意识。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.模糊控制算法的基本概念：包括模糊控制算法的定义、分类和特点，使学生了解模糊控制算法的基本框架。
2.模糊控制算法的数学模型：包括模糊集合、模糊逻辑、模糊规则和模糊控制器的建模，使学生掌握模糊控制算法的核心部分。
3.模糊控制算法的实现方法：包括模糊控制算法的原理、设计和优化方法，使学生能够运用模糊控制算法解决实际问题。
4.模糊控制算法的应用领域：包括工业控制、机器人、智能家居等领域的应用案例，使学生了解模糊控制算法在实际中的应用。
5.模糊控制算法的仿真和实际应用：通过软件工具进行模糊控制算法的仿真，以及实际应用案例的分析，培养学生运用模糊控制算法进行系统设计和分析的能力。
三、教学方法为了实现本课程的教学目标，将采用以下几种教学方法：1.讲授法：通过教师的讲解，使学生掌握模糊控制算法的基本概念和原理。
2.案例分析法：通过分析实际案例，使学生了解模糊控制算法在各个领域的应用。
3.讨论法：学生进行分组讨论，培养学生解决实际问题的能力和团队协作精神。
4.实验法：通过实际操作和仿真实验，使学生掌握模糊控制算法的设计和实现方法。
四、教学资源为了保证本课程的教学质量，将充分利用校内外教学资源，包括：1.教材：选用国内外优秀的教材，为学生提供系统的学习材料。
模糊控制教学大纲
模糊控制系统稳定性的实验验证
实验目的：验证模糊控制系统的稳 定性
实验方法：通过在系统中引入扰动， 观察系统的响应，分
添加标题
实验设备：模糊控制器、被控对象、 数据采集与分析系统
实验结果：通过实验数据，分析模 糊控制系统的稳定性，并验证理论 分析的正确性
模糊控制在工程实践中 的应用
模糊规则库：根据实际需求制定模糊规则，确定输入输出变量的模糊集合和隶属度函数
模糊推理：根据模糊规则进行推理，得到输出变量的模糊集合
反模糊化方法：将输出变量的模糊集合转换为实际输出值，常用的反模糊化方法有最大值、 最小值、中心平均值等
模糊控制系统的稳定性 分析
模糊控制系统稳定性分析的方法
模糊逻辑系统稳定性分析 模糊控制系统的鲁棒性分析 模糊控制系统的稳定性判据 模糊控制系统的稳定性分析方法
模糊化：将输入的精确量转化为 模糊量
规则库：基于模糊逻辑的推理系 统
模糊推理：根据规则库进行模糊 逻辑运算
反模糊化：将输出模糊量转化为 精确量
模糊控制的应用领域
工业控制：用于控制复杂的工业过程，如化工、电力、钢铁等 智能家居：用于智能家电、智能照明等，提高家居生活的便利性和舒适性 医疗领域：用于医疗设备的控制，如呼吸机、血压计等，提高医疗设备的自动化和智能化水平 交通领域：用于智能交通系统，如自动驾驶、智能信号灯等，提高交通效率和安全性
添加副标题
模糊控制教学大纲
汇报人：XX
目录
CONTENTS
01 添加目录标题 03 模糊控制系统的组
成
02 模糊控制的基本概 念
04 模糊控制器的设计 方法
05 模糊控制系统的稳 定性分析
06 模糊控制在工程实 践中的应用
人工智能控制技术课件：模糊控制
模糊集合
模糊控制是以模糊集合论作为数学基础。经典集合一般指具有某种属性的、确定的、
彼此间可以区别的事物的全体。事物的含义是广泛的,可以是具体元素也可以是抽象
概念。在经典集合论中,一个事物要么属于该集合,要么不属于该集合,两者必居其一,
没有模棱两可的情况。这表明经典集合论所表达概念的内涵和外延都必须是明确的。
1000
1000
9992
9820
的隶属度 1 =
= 1，其余为： 2 =
= 0.9992， 3 =
=
1000
1000
1000
9980
9910
0.982， 4 =
= 0.998， 5 =
= 0.991，整体模糊集可表示为：
1000
1000
1
0.9992
0.982
0.998
《人工智能控制技术》
模糊控制
模糊空基本原理
模糊控制是建立在模糊数学的基础上，模糊数学是研究和处理模糊性现
象的一种数学理论和方法。在生产实践、科学实验以及日常生活中，人
们经常会遇到模糊概念(或现象)。例如，大与小、轻与重、快与慢、动与
静、深与浅、美与丑等都包含着一定的模糊概念。随着科学技术的发展，
度是2 ，依此类推，式中“+”不是常规意义的加号，在模糊集中
一般表示“与”的关系。连续模糊集合的表达式为：A =
)( /其中“” 和“/”符号也不是一般意义的数学符号，
在模糊集中表示“构成”和“隶属”。
模糊集合
假设论域U = {管段1，管段2，管段3，管段4，管段5}，传感器采
1+|
智能控制课件-模糊控制
0 0 0 0
0 .5 1 .0
0 .5 1 .0
0 .5 1 .0 0 .5 0 .5 0 0
0 0 0 0 0 0 0 .5 0 0 .5 0 .5 0 .5 1 .0 0 0
15
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 合成（ 复合） 合成（复合）
0
0
0
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 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
自学习、自适应；模糊推理策略；模糊模型辨识；稳定性；硬件实现
3
3.2 模糊控制的基本原理
以模糊集理论 模糊集理论、 模糊集理论 、 模糊语言变量、 模糊语言变量、 模糊逻辑推理为基础，从行为上模 模糊逻辑推理 仿人的模糊推理和决策过程的一种智能控制方法。
3.2.1 模糊控制器的构成
模糊控制器（ Fuzzy Controller—FC ）也称模糊逻辑控制器（ Fuzzy Logic Controller—FLC）。采用模糊理论中模糊条件语句来描述，是一种 语言型控制器，也称模糊语言控制器（ Fuzzy Language Controller-FLC）。 语言型控制器
12
0 0 0 0 0 0 .5 0 0 .5 0 .5 0 .5 1 0 0 .5 1 .0 0 .5 NSe × NSu = 0 × [0 0.5 1 0.5 0 0 0 0 0] = 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
模糊控制原理课件
模糊推理机：根 据模糊规则进行 推理，得出模糊 输出
去模糊化器：将 模糊输出转换为 精确输出
模糊控制的应用领域
工业控制：用 于控制复杂或 非线性系统的 过程，如化工、 冶金和电力等。
智能家居：用 于控制家庭设 备的自动化系 统，如智能空 调、智能照明 和智能安防等。
医疗保健：用 于医疗设备的 控制，如医疗 机器人、康复 设备和诊断设
模糊控制在其他领域的应用案例
工业控制：用 于控制复杂或 非线性的系统， 如化工、冶金
和电力等。
智能交通：用 于控制交通信 号灯，提高交 通流畅度和安
全性。
医疗护理：用 于智能诊断和 机器人手术， 提高医疗效率
和精度。
农业科技：用 于智能灌溉和 温室控制，提 高农业生产效
率和品质。
Part Seven
备等。
交通领域：用 于控制交通工 具，如自动驾 驶汽车、无人 机和船舶等。
Part Three
模糊集合与模糊逻 辑
模糊集合的定义与运算
模糊集合：模糊集合是由模糊元素组成的集合， 元素属于集合的程度不再是传统意义上的0或1， 而是一个介于0和1之间的实数。
模糊集合的运算：模糊集合可以进行类似于普通 集合的运算，如交、并、补等，但运算结果不再 是传统意义上的集合，而是模糊集合。
模糊规则库：根 据实际需求和经 验，制定模糊规 则，建立模糊规 则库
模糊推理：根据 输入的模糊集合 和模糊规则库， 进行模糊推理， 得到输出模糊集 合
反模糊化方法： 将输出模糊集合 反模糊化，得到 精确的控制量
反模糊化方法的选择与优化
反模糊化方法：根据输入变量的数量和类型选择合适的反模糊化方法，如最大值、最小值、平 均值等。
模糊控制PPT课件
其他领域
如农业、医疗、环保等 领域的智能化控制。
模糊控制基本原理
01
02
03
04
模糊化
将输入变量的精确值转换为模 糊语言变量的过程，通过隶属
度函数实现。
模糊推理
根据模糊控制规则和当前输入 变量的模糊值，推导出输出变
量的模糊值。
去模糊化
将输出变量的模糊值转换为精 确值的过程，通过去隶属度函
数实现。
基于仿真实验的分析方法
通过搭建模糊控制系统的仿真模型，模拟系统的运行过程并观察其输出响应。根据输出响应的变化情况 来判断系统的稳定性。这种方法可以直观地展示系统的动态特性，但需要消耗较多的计算资源。
提高模糊控制系统稳定性措施
要点一
优化模糊控制规则
通过调整模糊控制规则中的参数和隶 属度函数形状，可以改善系统的控制 性能并提高稳定性。例如，增加控制 规则的数量、调整隶属度函数的分布 等。
借鉴物理退火过程，避免陷入局部最优解。
05
模糊控制系统稳定性分析
稳定性概念及判定方法介绍
稳定性概念
指系统受到扰动后，能够恢复到原来平衡状态的能力。对于模糊控制系统而言，稳定性是评价其性能的重要指标 之一。
判定方法
包括时域法、频域法和李雅普诺夫法等。其中，时域法通过观察系统状态随时间的变化来判断稳定性；频域法通 过分析系统频率响应特性来评估稳定性；李雅普诺夫法则是基于能量函数的概念，通过构造合适的李雅普诺夫函 数来判断系统的稳定性。
化工生产过程控制
采用模糊控制方法对化工生产过程 中的反应温度、压力、流量等参数 进行精确控制，确保生产安全和产 品质量。
智能交通系统领域应用案例
城市交通信号控制
运用模糊控制理论对城市交通信 号灯的配时方案进行优化设计， 提高道路通行效率和交通安全水
《模糊控制》课程理论教学设计方法
文件19《模糊控制》课程理论教学设计方法李士勇教授Harbin Institute of Technology2005.11文件19《模糊控制》课程理论教学设计方法教学设计说明模糊控制教学设计是以获得优化的教学效果为目的，以学习理论、教学理论、和传播理论为理论基础，运用系统方法分析教学问题、确定教学目标、建立解决教学问题的策略方案、试行解决方案、评价方案和修改方案的过程。
简单地说，所谓教学设计，就是为了达到一定的教学目的，对教什么（课程、内容等）和怎么教（组织、方法、传媒的使用等）进行设计。
本教学设计依据当前最新教学理论及其最新成就，对模糊控制多媒体课程进行教学设计，只有这样才能设计出科学的教学目标、教学程序、教学内容、教学策略和教学传媒体系，从而保证教学设计能获取优化教学效果。
建构在学习和教学理论基础上的模糊控制多媒体课程教学设计共涉及八项内容：学习需要的分析、学习内容的分析、学习者的分析、教学目标的设计、教学策略的设计、教学媒体的设计、教学过程的设计和教学设计的评价。
在教学设计中，为处理好教学手段与教学目的的关系、有利于解决教学中的主要问题，需要进行学习需要的分析工作。
学习需要是一个特定的概念，是指学习者学习的“目前状况与所期望达到的状况之间的差距”。
对于高等学校来说，这种期望具体体现在教学大纲中。
“模糊控制”是自动化专业的一门专业课，主要介绍模糊控制的基本理论，模糊控制系统的分析和设计方法。
目前，模糊控制技术在工业、农业、国防和科学技术各领域得到广泛应用，所以自动化专业的技术人员都应掌握这门专业技术。
从学习需要的类型来看，对模糊控制的学习需要主要涉及标准的需要和预期的需要。
学习需要的分析位于基于学习和教学理论教学设计中的虚线部分。
学习需要的分析，查明了教学过程中存在的问题及原因，为教学设计工作奠定了初步基础。
接下来就要分析和确定学习内容，即分析和确定学习者就学习和掌握哪些知识、技能和态度等。
模糊控制原理课件 PPT
3.1 模糊控制的基本原理
规则库
规则库的基本要求
规则数量合理 控制规则的增加可以增加控制的精度，但是会影响系统的实时 性；控制规则数量的减少会提高系统的运行速度，但是控制的 精度又会下降。所以，需要在控制精度和实时性之间进行权衡
模糊控制规则的生成方法归纳起来主要有以下几种：
根据专家经验或过程控制知识生成控制规则。这种方法通 过对控制专家的经验进行总结描述来生成特定领域的控制规 则原型，经过反复的实验和修正形成最终的规则库。
根据过程的模糊模型生成控制规则。这种方法通过用模糊 语言描述被控过程的输入输出关系来得到过程的模糊模型， 进而根据这种关系来得到控制器的控制规则。
模糊控制原理
孙健
第三章 模糊控制原理
模糊控制的基本原理 模糊控制系统的分类 模糊控制器设计 模糊控制的应用
第三章 模糊控制原理
3.1 模糊控制的基本原理
3.1.1 模糊基本思想
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。
反模糊化 u D/A
电磁阀
热水器水温模糊控制系统结构
3.1 模糊控制的基本原理
模糊控制原理框图
3.1 模糊控制的基本原理
3.1.2 模糊控制器的基本结构
模糊化 知识库 模糊推理 反模糊化
过过过
+ -
精
模
确 值
过
糊 值
过
过
过过过过
模 糊
过
精 确
值过 值
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11/12 学年第一学期模糊控制技术课程设计任务书指导教师：班级：地点：一教课程设计题目（范围）：蚕茧站烘烤炉温度模糊控制系统及MATLAB仿真一、课程设计目的课程设计的目的是培养学生综合运用模糊控制技术所学的基本理论、基本知识，分析与解决实际问题的能力。
通过课程设计，使学生基本具备检索中外文献的能力；独立思考，对方案进行论证、分析与比较的能力；初步掌握模糊控制系统的设计原则、设计方法、设计的主要内容及相关程序的编写的能力；使用计算机的能力、计算与绘图的能力；撰写设计说明书，表述研究结果及答辩的能力。
二、课程设计内容（包括技术指标）1、控制系统的总体方案设计，画出整个系统的原理框图。
2、系统硬件电路的设计：包括传感器的选择，控制电路的设计，键盘与显示电路的设计，报警电路的设计，A/D转换电路的设计，存储器、定时器等接口电路的设计等。
序号起止日期设计阶段内容名称1 第1天查阅资料2 第2天模糊控制系统总体结构的确定3 第3天硬件电路的设计4 第4天软件部分的设计及 Matlab仿真5 第5天答辩3、模糊控制推理过程阐述。
4、利用GUI建立FIS，得到输出曲面。
三、时间安排四、基本要求1、针对设计题目，综合所学知识进行调研、文献查询等，独立完成设计工作；2、撰写设计论文一份，要求A4幅面，正文采用5号宋体，字数不少于五千。
设计说明书要条理清晰、内容充实，内容包括以下几部分：①摘要；②目录；③各章节内容；④结论；⑤参考文献。
3、图纸采用计算机绘图，要求图形、符号、线条等符合国家标准；教研室审核主任签字：年月日教学院（系）审批院长签字：年月日五、领导审批摘要随着科学技术的快速发展，模糊控制将在各个领域的应用越来越广本次课程设计以嵌入式微处理器AT89S51为模糊控制器，结合温度传感器、液晶显示器、输出电路等组成一个基于模糊控制的温度控制系统。
温度传感器及有关电路将温度转化为电脉冲的脉宽，单片机将测得的脉冲宽度的值转化为与之对应的温度值。
与设定的温度相比较后，以温度偏差及其变化量为输入、加热量为输出，通过模糊控制算法，就可达到蚕茧站烘烤炉温度自动调节的目的。
对任意温度对应的脉宽还可进行自动测量，并加以显示。
关键词单片机模糊控制温度加热器Abstract：With the rapid development of science and technology, fuzzy control in various fields of application more widely this curriculum design in embedded microprocessor AT89S51 fuzzy controller, combining with the temperature sensor, liquid crystal display, the output circuit composed of a temperature control system based on fuzzy control. Temperature sensor circuit and the temperature into electric pulse width, SCM will be measured pulse width value into the corresponding temperature value. And set the temperature comparison, with the temperature error and its change rate as input, the heating output, through fuzzy control algorithm, it can achieve the cocoon baking furnace temperature automatic regulation aim. For any temperature corresponding to the pulse width can be measured automatically, and to display. Keywords：Single chip microcomputer Fuzzy control temperature heater目录1.概述 (1)2．总体设计 (1)3.系统硬件设计 (2)3.1 AT89S51最小系统设计 (2)3.2键盘电路的设计 (4)3.3显示电路的设计 (5)3.4温度采集电路设计 (7)3.5 D/A转换电路 (8)3.6 温度控制电路 (10)3.7 报警电路设计 (10)4．系统软件设计 (11)4.1系统软件流程图 (11)4.2 模糊控制算法 (12)总结 (16)参考文献 (17)附录 (18)附录1：程序清单 (18)附录2：仿真结果 (21)附录3：硬件原理图 (21)1.概述人工智能包括推理、学习和联想三大要素，它是采用非数学式子方法，把人们的思维过程模型化，并用计算机来模仿人的智能的学科。
许多科学家认为下一世纪生产力的飞跃寄托于人工智能技术，并认为人工智能的发展必将带来一次新的史无前例的技术革命，第五代计算机的研究充分体现了人类左脑的逻辑推理功能，而人工智能研究的下一步是模仿人类右脑的模糊处理功能。
人工智能将在逻辑推理计算机、模糊计算机和神经网络计算机这三者的基础上，由两个方面来实现，即：一是利用现有的计算机技术模拟人类的智能；二是利用一种全新的技术来实现信息处理的模糊化和网络化。
前者是实现人工智能必需的先决条件；后者是实现人工智能的根本途径。
【1】“模糊控制理论”是由美国学者加利福尼亚大学著名教授L.A.Zadeh于1965年首先提出，至今仅有20余年时间。
它以模糊数学为基础，用语言规则表示方法和先进的计算机技术，由模糊推理进行判决的一种高级控制策略。
它无疑是属于智能控制范畴，而且发展至今已成为人工智能领域中的一个重要分支。
其理论发展之迅速，应用领域之广泛，控制效益之显著，实为世人醒目关注。
特别是近一二年内，模糊控制与其他控制策略构成的集成控制，以及与神经网络相结合的模糊神经网络等得到迅速发展，更使诸多学者确信，它是一种全新的技术和高科技的发展方向。
【1】“模糊控制”是近代控制理论中一种基于语言规则与模糊推理的高级控制策略和新颖技术。
它是智能控制的一个重要分支，发展迅速，应用广泛，实效显著，引人关注。
模糊控制比传统的PID等控制方法，在强时变、大时滞、非线性系统中的控制效果有着明显的优势。
将模糊控制技术应用于家电产品在国外已是很普遍的现象。
单片机是家用电器常用的控制器件，把二者结合起来，可是控制器的性能指标达到最优的目的。
基于模糊控制技术的单片机控制的电热水器，是对传统的电热水器开关控制的改造，具有达到设定温度时间短、稳态温度波动小、反应灵敏、抗干扰能力强、节省电能等优点。
【1】2．总体设计蚕茧站烘烤炉温度自动调节器以AT89S51单片机为核心，有时钟电路、复位电路、键盘电路、温度采集电路、显示电路、控制信号隔离输出电路等几部分组成，结构框图如图2.1所示：（1） AT89S51单片机:是本控制器核心器件，模糊控制就是靠它控制软件来实现。
（2） 温度采集电路:将烘烤炉内的温度采集送给单片机进行控制。
（3） 温度设定电路:通过按键产生脉冲从INT1输入单片机来调节水温。
（4） 设定温度显示电路:单片机将设定的温度值通过动态扫描的方法输出，液晶上可直接显示设定温度。
（5） 报警电路:当出现故障时，单片机发出信号给报警电路，报警电路报警。
（6） 转换电路:传感器的模拟信号经过A/D 转换电路转换成数字电路送给单片机进行处理，同时将处理后的数字信号经D/A 转换电路送给加热器。
（7） 时钟电路:时钟电路是产生一定的脉冲控制单片机正常工作。
（8） 复位电路:通过按键进行复位，将单片机恢复到原始状态。
单单单单单单单单单单单单单单单单单单单单单D/A 单单单单单单单单单单单单单单单图2.1 系统原理框图本次设计首先通过温度采集电路采集烘烤炉内的温度，然后送给单片机控制，通过与设定温度进行比较，如果小于设定温度，则启动加热器，如果大于设定温度，则停止加热。
通过键盘来设定温度，并由显示电路显示，如有异常，则由报警电路报警。
3.系统硬件设计3.1 A T89S51最小系统设计AT89S51最小系统由CPU 、时钟电路和复位电路组成。
3.1.1时钟电路硬件设计时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。
常用的时钟电路有两种方式，一种是内部时钟方式，另一种是外部时钟方式。
本次设计采用的是内部时钟方式，如图3.1图 3.1 时钟电路AT89S51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。
这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，构成一个稳定的自激振荡器。
C1和C2的典型值通常选择为30pF。
电容大小会影响振荡器频率高低、振荡器的稳定性和起振的快速性。
晶振频率范围通常是1.2～12MHz。
晶体频率越高，单片机速度就越快。
速度快对存储器的速度要求就高，印制电路板的工艺要求也高，即线间的寄生电容要小。
晶体和电容应尽可能与单片机靠近，以减少寄生电容，保证振荡器稳定、可靠地工作。
为提高温度稳定性，采用温度稳定性能好的电容。
常选6MHz或12MHz的石英晶体。
随着集成电路制造工艺技术的发展，单片机的时钟频率也在逐步提高，已达33MHz。
本次设计使用11.0592MHz的石英晶体。
【2】3.1.2复位电路硬件设计单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。
该电路在最简单的复位电路下增加了手动复位按键，在接通电源瞬间，电容C1上的电压很小，复位下拉电阻上的电压接近电源电压，即RST为高电平，在电容充电的过程中RST端电压逐渐下降，当RST端的电压小于某一数值后，CPU脱离复位状态，由于电容C1足够大，可以保证RST高电平有效时间大于24个振荡周期，CPU能够可靠复位。
【2】本次设计采用的按键电平复位。
如图3.2。
图3.2 复位电路3.2键盘电路的设计键盘可以分为两类：非编码键盘和编码键盘。
非编码键盘是利用按键直接与单片机相连接而成，这种键盘通常使用在按键数量较少的场合。
使用这种键盘，系统功能通常比较简单，需要处理的任务较少，但是可以降低成本、简化电路设计。
常见的非编码键盘有两种结构：独立式键盘和矩阵式键盘。
独立式键盘：其特点是：一键一线，各键相互独立。