模糊控制器设计实例_1657191084.ppt
合集下载
模糊控制ppt课件
可编辑课件PPT
23
5. 建立模糊控制表 模糊控制规则可采用模糊规则表4-5来描述，共
49条模糊规则，各个模糊语句之间是或的关系，由第 一条语句所确定的控制规则可以计算出u1。同理，可 以由其余各条语句分别求出控制量u2,…,u49，则控制 量为模糊集合U可表示为
uu1u2 u49
可编辑课件PPT
规则模型化，然后运用推理便可对PID参数实现最佳
调整。
可编辑课件PPT
32
由于操作者经验不易精确描述，控制过程中各种 信号量以及评价指标不易定量表示，所以人们运用 模糊数学的基本理论和方法，把规则的条件、操作 用模糊集表示，并把这些模糊控制规则以及有关信 息(如初始PID参数等)作为知识存入计算机知识库中 ，然后计算机根据控制系统的实际响应情况，运用 模糊推理，即可自动实现对PID参数的最佳调整，这 就是模糊自适应PID控制，其结构如图4-15所示。
可编辑课件PPT
31
随着计算机技术的发展，人们利用人工智能的
方法将操作人员的调整经验作为知识存入计算机中
，根据现场实际情况，计算机能自动调整PID参数，
这样就出现了智能PID控制器。这种控制器把古典的
PID控制与先进的专家系统相结合，实现系统的最佳
控制。这种控制必须精确地确定对象模型，首先将
操作人员（专家）长期实践积累的经验知识用控制
糊控制的维数。
可编辑课件PPT
10
（1）一维模糊控制器 如图所示，一维模糊控制器的 输入变量往往选择为受控量和输入给定的偏差量E。由 于仅仅采用偏差值，很难反映过程的动态特性品质， 因此，所能获得的系统动态性能是不能令人满意的。 这种一维模糊控制器往往被用于一阶被控对象。
可编辑课件PPT
3-3模糊控制器设计PPT课件
2021/3/10
5
3.3.2 模糊控制器的基本结构（续）
2．知识库 它通常由数据库和模糊控制规则库两部分组成。
(1)数据库主要包括各语言变量的隶属函数，尺 度变换因子及模糊空间的分级数等。
(2)规则库包括了用模糊语言变量表示的一系列 控制规则。它们反映了控制专家的经验和知识。
3．模糊推理
模糊推理是模糊控制器的核心，它具有模拟人 的基于模糊概念的推理能力程是基于模糊逻辑 中的蕴含关系及推理规则来进行的。
第3章 模糊控制 （续）
2021/3/10
1
3.3 模 糊 控 制 器 的 结 构 、 原理及设计方法
2021/3/10
2
3.3 模糊控制器的结构、原理及设计方法
要实现一个实际的模糊控制系统，需要解决三个问 题；知识的表示、推理策略和知识获取。
模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊 逻辑推理为基础的一种计算机控制。
3.3.3 模糊控制的基本原理（续-10）
上式中
2021/3/10
19
3.3.3 模糊控制的基本原理（续-11）
上式中
2021/3/10
20
3.3.3 模糊控制的基本原理（续-12）
模糊控制器的输出变量是触发电压u的变化，该电
压直接控制电热炉的供电电压的高低。
2021/3/10
12
3.3.3 模糊控制的基本原理（续-4）
(2)输入变量及输出变量的模糊语言描述
描述输入变量及输出变量的语言值的模糊子集为 {负大，负小，0，正小，正大}
通常采用如下简记形式
NB=负大，NS=负小，O=零，PS=正小，PB=正大。 其中，N=Negative，P=Positive，B=Big，S=Small， O=Zero。
2 模糊控制器设计PPT课件
位置式模糊控制器相当于PD型(比例、微分)控 制器； 而速度型模糊控制器相当于PI型(比例、积分)控 制器。相对于位置型，速度型的模糊控制器设计 容易些。
16.07.2020
智能控制
13
下图是速度型模糊控制器的结构图(采样系统）。
图中
e(k)ry(k)
e(k) e(k) e(k 1 )
u(k)u(k) u(k 1 )
16.07.2020
智能控制
6
图 模糊控制原理框图
16.07.2020
智能控制
7
模糊控制器 （Fuzzy Controller—FC ）也称 为模糊逻辑控制器（Fuzzy Logic 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，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）。
16.07.2020
智能控制
12
B 直接型（常规的模糊控制器）
(1) 位置式 （输出不含积分环节）
r i:IF e ( k )iA s ia n e ( k )i d B s iTH u ( k )iE C s i N
是指ri 表示第i 条控制规则。 （2) 速度式（输出含积分环节）
r i:IF e ( k )iA s ia n e ( k )id B s iTH u ( k )E iC s i N
智能控制
25
（1）. 模糊化接口（Fuzzy 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， 因此它实际上是模糊控制器的输入接口。它的主要作用是将 真实的确定量输入转换为一个模糊量。把物理量的清晰值转 换成模糊语言变量的过程叫做清晰量的模糊化。
16.07.2020
智能控制
13
下图是速度型模糊控制器的结构图(采样系统）。
图中
e(k)ry(k)
e(k) e(k) e(k 1 )
u(k)u(k) u(k 1 )
16.07.2020
智能控制
6
图 模糊控制原理框图
16.07.2020
智能控制
7
模糊控制器 （Fuzzy Controller—FC ）也称 为模糊逻辑控制器（Fuzzy Logic 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，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）。
16.07.2020
智能控制
12
B 直接型（常规的模糊控制器）
(1) 位置式 （输出不含积分环节）
r i:IF e ( k )iA s ia n e ( k )i d B s iTH u ( k )iE C s i N
是指ri 表示第i 条控制规则。 （2) 速度式（输出含积分环节）
r i:IF e ( k )iA s ia n e ( k )id B s iTH u ( k )E iC s i N
智能控制
25
（1）. 模糊化接口（Fuzzy 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， 因此它实际上是模糊控制器的输入接口。它的主要作用是将 真实的确定量输入转换为一个模糊量。把物理量的清晰值转 换成模糊语言变量的过程叫做清晰量的模糊化。
《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
模糊控制器设计实例
模糊控制器在智能家居中的应用
总结词
提升家居舒适度
详细描述
智能家居系统中的温度、湿度、光照等环境因素的控制可以通过模糊控制器实 现。通过将传感器采集的环境参数进行模糊化处理，根据模糊逻辑规则进行推 理，实现对家居环境的智能调节，提升家居的舒适度。
模糊控制器在智能家居中的应用
总结词：节能环保
详细描述：在智能家居中，模糊控制器能够根据家庭成员的生活习惯和环境参数，智能调节家电的运 行状态，实现节能环保。例如，根据室内外温度和光照强度，模糊控制器可以智能调节空调和照明设 备的运行状态，减少能源的浪费。
进方向。
模糊控制器性能优化
算法优化
改进模糊控制器的核心算法，提高响 应速度和控制精度。
参数调整
根据实际应用需求，调整模糊控制器 的参数，以优化控制效果。
抗干扰设计
增强模糊控制器的抗干扰能力，提高 系统的稳定性和鲁棒性。
人机交互优化
改进用户界面和操作方式，提高模糊 控制器的易用性。
05
模糊控制器发展趋势与展望
高医疗设备的安全性和可靠性。
模糊控制器在医疗设备中的应用
总结词
辅助医生诊断
VS
详细描述
在医疗影像诊断中，模糊控制器可以对医 学影像数据进行处理和分析，辅助医生进 行疾病诊断。通过对医学影像数据进行模 糊化处理，提取病变特征，并根据模糊逻 辑规则进行推理，帮助医生快速准确地判 断病情。
04
模糊控制器性能评估
02
模糊控制器设计实例
模糊控制器实例选择
实例选择
选择一个适合的模糊控制器实例，例 如温度控制器、速度控制器等，需要 考虑控制对象的特性和控制要求。
实例分析
对所选实例进行详细分析，了解其输 入输出变量、控制规则等，为后续设 计提供基础。
模煳控制课件第四章 模糊控制器设计.ppt
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：
1)比例映射
比例映射将输出变量的量值从内部论域转 化成相应的实际论域。
2)解模糊
解模糊的主要功能是把经模糊推理所得到 的模糊控制量转化为精确的控制作用，解 模糊可以看作是模糊化的反过程，它从模 糊推理结果中产生数值，作为模糊控制器 的输出。
模糊控制器的设计主要考虑以下几项主要 内容：
① 确定模糊控制器的输入变量和输出变量 (即控制量)；
② 设计模糊控制器的控制规则；
③ 确立模糊化和解模糊的方法；
④ 选择模糊控制器的输入变量及输出变量的 论域，并确定模糊控制器的参数(如量化 因子、比例因子等)；
⑤ 编制模糊控制算法的应用程序。
4.1 模糊控制器的基本结构及主要类 型
3. 变结构模糊控制器
变结构模糊控制器是多个模糊控制器的软组合， 即集成多个简单模糊控制器软件，其参数和控 制规则各不相同，软件开关根据系统偏差情况 接通不同的模糊控制器，每个都针对系统不同 状态，在相应状态下发挥良好控制效果。
变结构模糊控制器将控制系统各个阶段的控制 作用综合在一起。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4. 模糊PID控制器
模糊控制技术
第4章 模糊控制器设计
模糊控制器时模糊控制系统的核心，是模 糊控制系统控制品质的主要保证。因此设 计和调整模糊控制器的工作在模糊控制系 统中是很重要的。
模糊控制并不需要精确的数学模型去描述 系统的动态过程，因此它的设计方法与常 规控制器的设计方法不同。
模糊控制器的设计一般是现在经验的基础 上确定各个相关参数及其控制规则，然后 在运行中反复调整，达到最佳控制效果。
除了上述主要模块外，模糊控制器从完整 和全面的角度出发，有时还包括以下几个 模块：
1)比例映射
比例映射将输出变量的量值从内部论域转 化成相应的实际论域。
2)解模糊
解模糊的主要功能是把经模糊推理所得到 的模糊控制量转化为精确的控制作用，解 模糊可以看作是模糊化的反过程，它从模 糊推理结果中产生数值，作为模糊控制器 的输出。
模糊控制器的设计主要考虑以下几项主要 内容：
① 确定模糊控制器的输入变量和输出变量 (即控制量)；
② 设计模糊控制器的控制规则；
③ 确立模糊化和解模糊的方法；
④ 选择模糊控制器的输入变量及输出变量的 论域，并确定模糊控制器的参数(如量化 因子、比例因子等)；
⑤ 编制模糊控制算法的应用程序。
4.1 模糊控制器的基本结构及主要类 型
3. 变结构模糊控制器
变结构模糊控制器是多个模糊控制器的软组合， 即集成多个简单模糊控制器软件，其参数和控 制规则各不相同，软件开关根据系统偏差情况 接通不同的模糊控制器，每个都针对系统不同 状态，在相应状态下发挥良好控制效果。
变结构模糊控制器将控制系统各个阶段的控制 作用综合在一起。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4. 模糊PID控制器
模糊控制技术
第4章 模糊控制器设计
模糊控制器时模糊控制系统的核心，是模 糊控制系统控制品质的主要保证。因此设 计和调整模糊控制器的工作在模糊控制系 统中是很重要的。
模糊控制并不需要精确的数学模型去描述 系统的动态过程，因此它的设计方法与常 规控制器的设计方法不同。
模糊控制器的设计一般是现在经验的基础 上确定各个相关参数及其控制规则，然后 在运行中反复调整，达到最佳控制效果。
除了上述主要模块外，模糊控制器从完整 和全面的角度出发，有时还包括以下几个 模块：
模糊控制PPT课件
应用。
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
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
相关主题