1模糊控制器的基本结构
智能控制技术-第三课模糊控制2
相应输入(-6~6)对应不同集合的隶属度函数值（e=2.4，元素2）
µ NL NM NS ZE PS PM PL
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
1.0 0.8 0.4 0.1 0 0.2 0.7 1.0 0.7 0.2 0 0 0.2 0.7 1.0 0.9 0 0.5 1.0 0.5 0.9 1.0 0.7 0.2 0 0 0.2 0.7 1.0 0.7 0.2 0.1 0.4 0.8 1.0
如果A’=A
0.2 那么 0.2 B A R C 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1
0.4 0.6 0.8 0.4 0.6 0.8 0.4 0.6 0.6 0.4 0.4 0.4 0.2 0.2 0.2
0.4 0.6 0.8 0.4 0.6 0.8 0.4 0.6 0.6 0.4 0.4 0.4 0.2 0.2 0.2
1 0.8 0.6 0.4 0.2
0.2 0.4 0.6 0.8 1 B “高电压” 1 2 3 4 5
方法2. 采用积运算法，即为RP
1 0.8 0.6 0.4 0.2
其中，每个元素是按最大-最小的合成规则计算出来的。如，上 式中第一个元素是这样计算的：
（1 0.2） （0.8 0.2） （0.6 0.2） （0.4 0.2） （0.2 0.2） 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
如果A’=A B A R p 0.2 0.4 0.6 0.8 1
如果A’=A2 B A2 R p 0.2 0.4 0.6 0.8 1
先进控制技术
6.1.1 模糊控制的数学基础 6.1.2 模糊控制原理 6.1.3 模糊控制器设计
6.1.1 模糊控制的数学基础
1. 模糊集合 有许多概念，如大、小、冷、热等，都没有明确的内涵 和外延，只能用模糊集合来描述；叫做模糊集合。
3.自学习模糊控制策略和智能化系统的实现。
4.常规模糊控制系统稳态性能的改善。
5.把已经取得的研究成果应用到工程过程中，尽快把其转化 为生产力。因此，需加快实施简单实用的模糊集成芯片和模糊 控制装置，以及通用模糊控制系统的开发与应用。
6.2 神经网络控制技术
神经网络控制是一种基本上不依赖于精确数学模型的先 进控制方法，比较适用于那些具有不确定性或高度非线性的 控制对象，并具有较强的适应和学习功能。
人的手动控制策略是通过操作者的学习、试验及长期经验积 累而形成的，它通过人的自然语言来叙述，例如，用自定性的、 不精确的及模糊的条件语句来表达：若炉温偏高，则减少燃料： 若蓄水塔水位偏低，则加大进水流量；若燃烧废气中含氧量偏 向，则减小助燃风量等。
由于自然语言具有模糊性，所以，这种语言控制也被称为模 糊语言控制，简称模糊控制。
6.1.4 模糊控制的特点
模糊控制理论主要优点如下： 不需要精确数学模型 容易学习 使用方便 适应性强 控制程序简短 速度快 开发方便 可靠性高 性能优良
6.1.5 模糊控制的应用
近年来，模糊控制得到了广泛的应用。下面简单介绍一些模糊 控制的应用领域：
1)航天航空：模糊控制现在已应用于各种导航系统中。 2)工业过程控制：工业过程控制的需要是控制性术发展的主要 动力。 3)家用电器: 全自动洗衣机、电饭煲、空调等。 4)汽车和交通运输：防抱死刹车系统，基于模糊控制的无级变 速器，模糊发动机控制和自动驾驶控制系统等。 5)其控制场合： 电梯控制器、工业机器人、核反应控制、医疗仪器等。除控制 应用以外，还应用于图像识别、计算机图像处理、金融和其他专 家系统中。
智能控制考试题及答案
智能控制技术考试题及答案《智能控制技术》考试试题A《智能控制》课程考试试题A参考答案一、填空题(1) OPEN (2) 最有希望 (3) 置换 (4) 互补文字 (5) 知识库(6) 推理机 (7) 硬件 (8) 软件 (9) 智能 (10) 傅京孙(11) 萨里迪斯 (12) 蔡自兴 (13) 组织级 (14) 协调级(15) 执行级 (16) 递阶控制系统 (17) 专家控制系统(18) 模糊控制系统 (19) 神经控制系统 (20) 学习控制系统二、选择题1、D2、A3、C4、B5、D6、B7、A8、D9、A 10、D三、问答题1、答:传统控制理论在应用中面临的难题包括:(1) 传统控制系统的设计与分析是建立在精确的系统数学模型基础上的,而实际系统由于存在复杂性、非线性、时变性、不确定性和不完全性等,一般无法获得精确的数学模型。
(2) 研究这类系统时,必须提出并遵循一些比较苛刻的假设,而这些假设在应用中往往与实际不相吻合。
(3) 对于某些复杂的和包含不确定性的对象,根本无法以传统数学模型来表示,即无法解决建模问题。
(4) 为了提高性能,传统控制系统可能变得很复杂,从而增加了设备的初投资和维修费用,降低系统的可靠性。
传统控制理论在应用中面临的难题的解决,不仅需要发展控制理论与方法,而且需要开发与应用计算机科学与工程的最新成果。
人工智能的产生和发展正在为自动控制系统的智能化提供有力支持。
人工智能影响了许多具有不同背景的学科,它的发展已促进自动控制向着更高的水平──智能控制发展。
智能控制具有下列特点:(1) 同时具有以知识表示的非数学广义模型和以数学模型(含计算智能模型与算法)表示的混合控制过程,也往往是那些含有复杂性、不完全性、模糊性或不确定性以及不存在已知算法的过程,并以知识进行推理,以启发式策略和智能算法来引导求解过程。
(2) 智能控制的核心在高层控制,即组织级。
高层控制的任务在于对实际环境或过程进行组织,即决策和规划,实现广义问题求解。
模糊控制工具箱分析
一、模糊控制的产生在传统控制领域，对于明确系统有强而有力的控制能力，即被控系统的动态信息越详细，越能达到精确控制的目的。
然而，在多变量、非线性的复杂系统中，往往难以完全描述系统的动态信息。
此时，传统的控制理论则显得无能为力，而有经验的专家或工作人员仍能根据长期实践观察和操作经验进行有效控制。
据此引申，是否可将人的操作经验总结为若干条控制规则以避开复杂模型的建立过程？模糊控制最重要的特征是反应人们的经验及推理规则，而这些经验和推理规则是通过自然语言来表达的，如“水温上升过快，则关小燃气阀”。
在控制系统初期，由于对系统缺乏了解，控制效果可能不好，但若干次探索后终能实现预期的控制，这就是经验对模糊控制系统的重要性。
由于模糊控制实质上是用计算机去执行人的控制策略，因而可以避开复杂模型的建立，对人们关于某个控制问题的成功和失败经验加工，总结出知识，从中提炼出控制规则，实现复杂系统的控制。
PS：“模糊”是人类感知万物，获取知识，思维推理，决策实施的重要特征。
“模糊”比“清晰”所拥有的信息量更大，更符合客观世界。
二、模糊逻辑的理论基础模糊逻辑是指模仿人脑不确定性的概念判断和推理思维，对于定性的知识和经验，借助隶属度概念、模糊集合，来处理模糊关系。
模糊逻辑实质上是要对模糊性对象进行精确描述和处理。
模糊逻辑的目的是将一个输入空间映射到一个输出空间，主要要靠一系列的if－then规则。
这些规则包含变量和描述这些变量的形容词，被平行评估，因此它们的顺序不重要。
在进行模糊推理之前，先要定义好输入和输出变量以及描述它们的形容词。
模糊推理的流程如下图所示。
1）模糊集合普通情况下，元素a属于集合A（1）或不属于集合A（0），如下图所示，星期一和星期三都是工作日，而苹果和星星则不是。
这就是经典集合，完全包括或完全不包括某个元素。
而模糊集合没有明确的界限，把只取0和1二值的普通集合概念推广到在［0，1］区间上无穷多值的模糊集合概念，并用“隶属度”这一概念来精确刻画元素和模糊集合之间的关系。
WORD型模糊控制电子教案
WORD型模糊控制电子教案第一章：模糊控制基础1.1 模糊控制简介模糊控制的起源和发展模糊控制与传统控制的比较模糊控制的应用领域1.2 模糊集合与模糊逻辑模糊集合的定义和表示模糊逻辑的基本原理模糊推理与模糊判断1.3 模糊控制系统的结构与原理模糊控制系统的组成模糊控制器的结构与设计模糊控制算法的实现第二章：WORD型模糊控制器的结构与设计2.1 WORD型模糊控制器的概述WORD型模糊控制器的定义和特点WORD型模糊控制器的应用领域WORD型模糊控制器的设计要求2.2 WORD型模糊控制器的结构设计输入输出层的结构设计模糊化层的结构设计规则库的设计解模糊层的结构设计2.3 WORD型模糊控制器的参数设计模糊集合的划分与选择隶属度函数的设计模糊规则的设计与优化第三章：WORD型模糊控制器的仿真与优化3.1 WORD型模糊控制器的仿真方法模糊控制仿真系统的构建模糊控制仿真的基本步骤仿真结果的分析和评估3.2 WORD型模糊控制器的优化方法基于规则的优化方法基于隶属度函数的优化方法基于控制效果的优化方法3.3 WORD型模糊控制器的性能改进改进控制器的动态性能提高控制器的鲁棒性降低控制器的计算复杂度第四章：WORD型模糊控制器在电子系统中的应用4.1 WORD型模糊控制器在温度控制系统中的应用温度控制系统的原理与结构WORD型模糊控制器的设计与实现仿真结果与实际应用效果分析4.2 WORD型模糊控制器在速度控制系统中的应用速度控制系统的原理与结构WORD型模糊控制器的设计与实现仿真结果与实际应用效果分析4.3 WORD型模糊控制器在其他电子系统中的应用例如：电机控制系统、控制系统等第五章：WORD型模糊控制器的实验与验证5.1 WORD型模糊控制器的硬件实验平台实验硬件的选择与搭建实验系统的调试与验证5.2 WORD型模糊控制器的软件实验平台实验软件的选择与使用实验数据的采集与分析5.3 WORD型模糊控制器的实验结果与验证实验结果的对比与评估实验结果的实际应用价值第六章：WORD型模糊控制器的设计实例6.1 电机控制系统中的WORD型模糊控制器设计电机控制系统的原理与结构WORD型模糊控制器的设计与实现电机控制系统仿真与实际应用效果分析6.2 控制系统中的WORD型模糊控制器设计控制系统的原理与结构WORD型模糊控制器的设计与实现控制系统仿真与实际应用效果分析6.3 其它实例及WORD型模糊控制器的设计与应用如：风力发电控制系统、无人驾驶控制系统等第七章：WORD型模糊控制器的性能分析与评估7.1 WORD型模糊控制器的静态性能分析稳态误差分析静态特性曲线分析7.2 WORD型模糊控制器的动态性能分析动态响应特性分析过渡过程性能分析7.3 WORD型模糊控制器的性能评估指标控制效果评估指标系统稳定性评估指标计算复杂度评估指标第八章：WORD型模糊控制器的优化方法8.1 基于遗传算法的WORD型模糊控制器优化遗传算法的基本原理与实现遗传算法在WORD型模糊控制器优化中的应用优化结果分析与评估8.2 基于粒子群优化算法的WORD型模糊控制器优化粒子群优化算法的基本原理与实现粒子群优化算法在WORD型模糊控制器优化中的应用优化结果分析与评估8.3 基于神经网络的WORD型模糊控制器优化神经网络的基本原理与实现神经网络在WORD型模糊控制器优化中的应用优化结果分析与评估第九章：WORD型模糊控制器的实际应用与案例分析9.1 WORD型模糊控制器在工业领域的应用案例如：工业生产线自动控制系统、化学工业过程控制系统等9.2 WORD型模糊控制器在农业领域的应用案例如：农业自动化控制系统、智能灌溉系统等9.3 WORD型模糊控制器在日常生活领域的应用案例如：智能家居控制系统、智能交通控制系统等第十章：WORD型模糊控制器的未来发展趋势与展望10.1 WORD型模糊控制器技术的发展趋势新型模糊控制算法的研究与发展WORD型模糊控制器与其他控制技术的融合跨学科研究与创新应用10.2 WORD型模糊控制器在未来的应用前景应用于更多领域的智能化控制系统与、大数据等技术的结合为人类社会带来的福祉与贡献重点和难点解析一、模糊控制基础：理解模糊集合与模糊逻辑的基本概念，以及模糊控制系统的原理和结构。
模糊控制器
1．模糊控制器的输入、输出变量分别为偏差、偏差的变化率和控制量的增量。
实际论域e、ec、u[-30，30]，[-24，24]，[-36，36]。
对应的模糊语言变量E、EC、UC的论域均为{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}2．定义模糊子集及隶属函数对语言变量偏差E定义八个模糊集分别表示PL（正大），PM（正中），PS（正小），PZ（正零），NZ（负零），NS（负小），NM（负中），NL（负大）。
语言变量偏差的变化率EC定义七个模糊集，分别表示PL，PM，PS，Z，NS，NM，NL。
控制量的增量UC定义七个模糊集UC1，…，UC8，分别表示PL，PM，PS，Z，NS，NM，NL。
隶属度函数分别如下面3张表。
E i的隶属函数表ECi的隶属函数表UCi的隶属函数表模糊控制规则如下表试计算控制表。
计算结果如下；设已知输入为0x 和0y ，模糊化运算采用单点模糊集合，则相应的输入量模糊集合'A 和'B 分别为：()()⎩⎨⎧≠==⎩⎨⎧≠==000001,01''y y y y y x x x x x B A μμ通过模糊推理方法及性质，可求得输出量的模糊集合'C 为：()()()()[]()[]()[]561'561''561''561''561'''''=======→→=→⨯⨯=⨯=⨯=i i i iB iA i i i i i i i i i i C C C C A B C A A C B A B A B A B A C iR R首先根据书上的表2-8、2-9、2-10如上面三个表所示，建立三个矩阵A 、B 、C 分别对应三个表中的数据，为了便于计算表2-10的数据自行规定为：NB=1，NM=2，NS=3，NZ=4，PS=5，PM=6，PB=7。
模糊控制的基本原理和方法
NM
NM
NS
NS
NB
PS
PL
PM
NS
NS
NS
NS
NM
NB
de Z
PL
PM
PS
Z
Z
NS
NM
NB
NS
PL
PM
PS
PS
PS
PS
NM
NB
NM
NM
NB
NB
PL
PL
PL
PM
PM
PM
NM
NB
4. 隐含和推理方法的制定
• 隐含采用 ‘mamdani’方法: ‘max-min‘ • 推理方法， 即 ‘min‘ 方法 • 去模糊方法：面积中心法。 • 选择隶属函数的形式：三角型
c
8
NS ZE NM
g
9
ZE ZE NS
k
10
ZE PB PB
d
11
ZE PM PM
h
12
ZE PS PS
i
13
ZE
ZE
ZE 设置点
关于语言相平面方法调整规则
Ri : if误差e是Ai和误差导数e是Bi ,then控制规则为Ci可以写成： K3[u(k)] F[K1e(k), K2e(k)]
xi 和y的 论域 分别 为U i 和V， 用 模糊 隐含 表 示：
Ri ˆ Aij Ci 或Ri ˆ Ai (xi ) Bi ( y)
j
j
● 模糊控制系统的设计
1. 模糊化的策略 ▲ 采用单点模糊化
▲ 选择合适的模糊函数 ☆ 考虑噪声的概率密度函数。使W f 5 n
yr +
智能控制习题答案解析
第一章绪论1. 什么是智能、智能系统、智能控制？答：“智能”在美国Heritage词典定义为“获取和应用知识的能力”。
“智能系统”指具有一定智能行为的系统，是模拟和执行人类、动物或生物的某些功能的系统。
“智能控制”指在传统的控制理论中引入诸如逻辑、推理和启发式规则等因素，使之具有某种智能性；也是基于认知工程系统和现代计算机的强大功能，对不确定环境中的复杂对象进行的拟人化管理。
2．智能控制系统有哪几种类型，各自的特点是什么？答：智能控制系统的类型：集散控制系统、模糊控制系统、多级递阶控制系统、专家控制系统、人工神经网络控制系统、学习控制系统等。
各自的特点有：集散控制系统：以微处理器为基础，对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统。
该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一，人机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既实现了在管理、操作和显示三方面集中，又实现了在功能、负荷和危险性三方面的分散。
人工神经网络：它是一种模范动物神经网络行为特征，进行分布式并行信息处理的算法数学模型。
这种网络依靠系统的复杂程度，通过调整内部大量节点之间相互连接的关系，从而达到处理信息的目的。
专家控制系统：是一个智能计算机程序系统，其内部含有大量的某个领域专家水平的知识与经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的经验方法来处理该领域的高水平难题。
可以说是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。
多级递阶控制系统是将组成大系统的各子系统及其控制器按递阶的方式分级排列而形成的层次结构系统。
这种结构的特点是：1.上、下级是隶属关系，上级对下级有协调权，它的决策直接影响下级控制器的动作。
2.信息在上下级间垂直方向传递，向下的信息有优先权。
同级控制器并行工作，也可以有信息交换，但不是命令。
模糊控制器的设计知识讲解
模糊控制器的设计知识讲解模糊控制器的设计⼀、 PID 控制器的设计我们选定的被控对象的开环传递函数为327()(1)(3)G s s s =++，采⽤经典的PID 控制⽅法设计控制器时，由于被控对象为零型系统，因此我们必须加⼊积分环节保证其稳态误差为0。
⾸先，我们搭建simulink 模型，如图1。
图1simulink 仿真模型由于不知道Kp ，Kd ，Ki ，的值的⼤致范围，我们采⽤signal constraints 模块进⾏⾃整定，输⼊要求的指标，找到⼀组Kp，Kd ，Ki 的参数值，然后在其基础上根据经验进⾏调整。
当选定Kp=2，Kd=0.95，Ki=0.8时，可以得到⽐较好的响应曲线。
调节时间较短，同时超调量很⼩。
响应曲线如图2所⽰。
图2 PID 控制响应曲线将数据输出到⼯作空间，调节时间ts =2.04s ，超调量%0σ=。
可以看出，PID 控制器的调节作⽤已经相当好。
⼆、模糊控制器的设计1、模糊控制器的结构为：图3 模糊控制器的结构2、控制参数模糊化控制系统的输⼊为偏差e 和偏差的变化率ec ，输出为控制信号u 。
⾸先对他们进⾏模糊化处理。
量化因⼦的计算max min**max minx x k x x -=- ⽐例因⼦的计算**max minmax minu u k u u -=-其中，*max x ，*min x 为输⼊信号实际变化范围的最⼤最⼩值；max x ，min x 为输⼊信号论域的最⼤最⼩值。
*max u ，*min u 为控制输出信号实际变化范围的最⼤最⼩值，max u ，min u 输出信号论域的最⼤最⼩值。
相应的语⾔值为NB ，NM ，NS ，ZO ，PS ，PM ，PB 。
分别表⽰负⼤、负中、负⼩、零、正⼩、正中、正⼤。
3、确定各模糊变量的⾪属函数类型语⾔值的⾪属度函数就是语⾔值的语义规则，可分为连续式⾪属度函数和离散化的⾪属度函数。
本系统论域进⾏了离散化处理，所以选⽤离散量化的⾪属度函数。
模糊控简介及模糊控制器的设计要点
目录摘要........................................................................ (1)1模糊控制简介................................................................................ .. (1)模糊控制方法的研究现状 (2)模糊控制的特色...........................................................................2模糊控制的研究对象 (3)模糊控制的展望............................................................................32模糊控制器的结构与工作原理 (4)根本结构与构成............................................................................4一般模糊控制器各主要环节的功能 (4)隶属函数的确定原那么和根本确立方法 (5)模糊条件语句与模糊控制规那么 (6)模糊量的裁决方法 (6)模糊控制规那么的设计和模糊化方法 (8)解模糊化.......................................................................... (8)3模糊控制器的设计................................................................................94对于模糊(及智能)控制理论与技术展开的思虑 (11)参照文件.................................................................................. (12)摘要纲要：本文主要介绍了模糊控制系统的研究现状、特色，以及模糊控制器的结构与工作原理。
请简述模糊控制器的组成及各组成部分的用途。
模糊控制器是一种基于模糊逻辑理论的控制系统，它利用模糊集合的概念来描述模糊输入和输出，通过模糊规则和模糊推理实现对系统的控制。
模糊控制器的组成主要包括模糊化、模糊推理、解模糊和规则库四个部分，每个部分都有其独特的用途。
1. 模糊化模糊化是将系统的实际输入转化为模糊集合的过程。
在模糊控制系统中，输入往往是模糊的、不确定的，因此需要将这些模糊的输入转化为模糊集合。
模糊化的主要目的是将具体的输入转化为模糊语言值，如“很冷”、“冷”、“适中”、“热”、“很热”等，以便更好地描述系统的输入状态。
2. 模糊推理模糊推理是模糊控制器的核心部分，它用于根据模糊规则和模糊输入来得出模糊输出。
模糊推理的过程是基于一系列的模糊规则，这些规则描述了系统输入和输出之间的关系。
通过模糊推理，模糊控制器能够根据输入的模糊语言值，利用模糊规则进行推理，从而得出模糊输出的模糊语言值。
3. 解模糊解模糊是将模糊输出转化为具体的控制量的过程。
在模糊控制系统中，输出往往是模糊的语言值，需要通过解模糊将其转化为具体的控制量。
解模糊的方法有很多种，常见的方法包括最大隶属度法、加权平均法和中心平均法等。
解模糊的目的是将模糊输出转化为可以直接应用于控制系统的具体输出值。
4. 规则库规则库是模糊控制器中存储的一系列模糊规则的集合。
模糊规则描述了系统输入和输出之间的关系，它通常采用“如果…那么…”的形式来表示。
在模糊控制器中，规则库起着至关重要的作用，它包含了系统的专业知识和经验，是模糊控制器能够有效进行模糊推理的基础。
总体来说，模糊控制器的组成部分分别完成了模糊输入的转化、模糊推理的实现、模糊输出的转化和存储的模糊规则，这些部分相互协作，共同实现了对模糊、不确定系统的精确控制。
模糊控制器在工业控制、汽车控制、电力系统控制等领域有着广泛的应用，其独特的优势使其成为一种不可忽视的控制方法。
模糊控制器作为一种基于模糊逻辑理论的控制系统，在实际应用中具有诸多优势。
第三章、模糊控制系统
精确量(V0)
∴V0 = 5
当论域V中，其最大隶属度函数对应的输出值多于一个时， 简单取最大隶属度输出的平均即可：
即：当有（v1） µ 2）= L =µc (vJ ) 最大时 µ = （v
1 J 取v0 = ∑ v j J j =1
U 1 , U 2 , L ,U n ：输出论域上模糊子集
总的模糊关系： R( 其中：
e , de , u ) = U Ri
n
当ki 取µv (vi )时
重心法
模糊化计算的其它方法：左取大、右取大等。
第二节：模糊控制系统的设计 一、模糊控制器的结构设计 模糊控制器的结构设计包括：输入输出变量选择、模糊化 算法、模糊推理规则和精确化计算方法。 一维模糊控制器 被控对象 输入输出 (按模糊控制器输入变量个数) 变量 多输入多输出 单输入单输出 二维模糊控制器 多维模糊控制器
例：x分成三档(NB、ZE、PB)； y y分成两档(NB、PB)； 模糊分区形式：
PB NB 0 NB ZE
R1
R2 R4
R3
PB 24
问：在此分档情况下，最大规则数为多少？
x
2 规则库 用一系列模糊条件描述的模糊控制规则就构成模糊控制规则库。 建立 规则库 选择输入变量和输出变量 建立规则（完备性、交叉性、一致性）
完备性：对于任意给定的输入均有相应的控制规则起作用。 交叉性：控制器的输出值总由数条规则来决定。 一致性：规则中不存在相互矛盾的规则。
模糊控制规则建立方法 1）专家经验法： 通过对专家控制经验的咨询形成控制规则库。 实质：通过语言条件语句来模拟人类的控制行为。
1模糊控制器的基本结构和组成
则中的前提和结论均是模糊的概念，其中前提为应用领域
中的条件，结论则是这个工人所要采取的控制行动。对于 多输入多输出系统则有多个前提和多个结论，以2输入2输
出的控制系统为例，即是“如果x是A，y是B则z1是C ，z2
是D”的形式。
3、模糊控制中的几个基本运算操作
（1）模糊化运算 （2）句子连接运算
（3）合成运算
数据库
模糊分割的个数决定了最大可能的模糊规则的个数。 如对于两输入单输出的模糊系统，两个输入的模 糊分割数分别为3和7，则最大可能的规则数为 3×7＝21。可见模糊分割数越多，控制规则数也 越多，控制规则多对于控制结果的精度固然是好
事，但是要确定这么多的控制规则通是一件非
常困难的事情。
数据库
3）完备性 对于任意的输入，模糊控制器均能给出相应的输出， 这个性质称为完备性。模糊控制的完备性取决于数 据库或规则库。对于数据库方面的要求是：对于任 意的输入，若能找到一个模糊集合，使该输入对于
主要依靠经验和工程背景。
规则库
2）模糊控制规则的建立 模糊控制规则是模糊控制的核心。因此如何
建立模糊控制规则也就成为一个非常关键
的问题。通常情况下我们可以通过以下4种
方法来建立模糊控制规则，且这四种方法
可以相互结合使用的。
规则库
（1）基于专家的经验和控制工程知识 这种方法是通过总结人类专家的经验，并用
数据库
2)输入和输出空间的模糊分割 模糊控制规则中前提的语言变量构成模糊输入空间， 结论的语言变量构成模糊输出空间。每个语言变量
的取值为一组模糊语言的名称，它们构成了语言名
称的集合。每个模糊语言名称相应一个模糊集合。
对于每个语言变量，其取值的模糊集合具有相同的
模糊控制器的基本结构和组成
们反映了控制专家的经验和知识。
1、模糊控制器的组成
（3）模糊推理 模糊推理是模糊控制的核心，它具有模拟人的
基本模糊概念的推理能力。该推理过程是基 于模糊逻辑中的蕴含关系及推理规则来进行 的。
1、模糊控制器的组成
（4）清晰化 清晰化的作用是将模糊推理得到的控制量（模糊量）变换为实
规则库
（2）基于操作人员的实际控制过程 在许多人工控制的工业系统中，很难建立控制对象的模型，因
此用常规的控制方法来对其进行设计和仿真比较困难。而熟 练的操作人员却能成功地控制这样的系统。事实上操作人员 有意或无意地使用了一组if-then的模糊规则来进行控制，但 是他们往往并不能用语言明确地将它们表达出来，因此可以 通过记录操作人员实际控制过程时的输入和输出数据总结出 模糊控制的规则。
数据库
1）输入量变换 对于输入量的尺度变换可以是线性变换的也可以是非
线性变换的，论域可以是连续的也可以是离散的。 如果要求离散的论域，则需要将连续的论域离散化 或者量化。量化可以是均匀的也可以是非均匀的。 （P56,表2.6-2.7）
பைடு நூலகம் 数据库
2)输入和输出空间的模糊分割 模糊控制规则中前提的语言变量构成模糊输入空间，
数据库
3）完备性 对于任意的输入，模糊控制器均能给出相应的输出， 这个性质称为完备性。模糊控制的完备性取决于数 据库或规则库。对于数据库方面的要求是：对于任 意的输入，若能找到一个模糊集合，使该输入对于 该模糊集合的隶属度函数不小于 ，则称该模糊控 制器满足 完备性。
数据库
4）模糊集合的隶属度函数 （1）数值描述方法 对于论域为离散，且元素个数为有限时，模糊集合 的隶属度函数可以用向量或者表格的形式来表示。 （2）函数描述方法 对于论域为连续的情况，隶属度常常用函数的形式 来描述，最常见的有铃形函数、三角形函数等。
(完整word版)模拟控制器的设计实例——洗衣机的模糊控制
模拟控制器的设计实例——洗衣机的模糊控制传统的洗衣机都是人们用肉眼观看后，根据人的经验来调整洗衣时间和用水量，而模糊控制就是以人对被控对象的控制经验为依据而设计的控制器，这样就能实现控制器模拟人的思维方式来控制洗衣机。
以模糊洗衣机的设计为例其控制是一个开环的决策过程，模糊控制按以下步骤进行。
1.模糊控制器的结构选用单变量二维模糊控制器。
控制器的输入为衣物的污泥和油脂，输出为洗涤时间。
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]。
3.定义隶属函数选用如下隶属函数()()()()()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-=⎩⎨⎧-=-==50/5050/10050/50/50x x x x x x x μLDMD SD μμμ污泥1005010050500500≤<≤<≤≤≤≤x x x x采用三角形隶属函数可实现污泥的模糊化。
Matlab 实现污泥隶属度函数的设计，其仿真程序为0001.m Close all; N=2; x=0:0.1:100; for i=1:N+1 f(i)=100/N*(i-1); endu=trimf(x,[f(1),f(1),f(2)]); figure （1）；plot(x,u); for j=2:Nu=trimf(x,[f(j-1),f(j),f(j+1)]); hold on; plot(x,u); endu=trimf(x,[f(N),f(N+1),f(N+1)]); hold on; plot(x,u); xlabel(‘x ’);ylabel(‘Degree of membership ’); 污泥程序仿真结果：00.10.20.30.40.50.60.70.80.91xD e g r e e o f m e m b e r s h i p将油脂分为三个模糊集:NG （无油脂）MG （油脂中）LG(油脂多)，取值范围为[0，100] 选用如下隶属度函数()()()()()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-=⎩⎨⎧-=-==50/5050/10050/50/50y y y y y y y LGMG NG μμμμ油脂1005010050500500≤<≤<≤≤≤≤y y y y采用三角形隶属函数实现油脂的模糊化。
模糊控制原理简介
§6模糊控制原理简介§模糊控制系统现代控制理论已经在工业、国防、航天等许多领域获得了成功。
一般情况下，传统的闭环控制系统如 图所示，其原理是建立在精确的数学模型上。
但对于一些强藕合、多参数、非线性、时变性、大惯性、纯 滞后的复杂系统，建立它们的精确数学模型是很困难的，有些甚至是不可能的。
然而，在实际工作当中，一些有经验的操作人员却可以通过观察、推理和决策，用人工控制的方法较 好地控制那些复杂的对象。
模糊控制系统就是将人的经验总结成语言控制规则，运用模糊理论模拟人的推 理与决策，从而实现自动控制的控制系统。
模糊控制系统与传统的闭环控制系统不同之处，就是用模糊控 制器代替了模拟式控制器，其硬件结构框图如图所示。
§模糊控制器的设计模糊控制器本质上就是一个采用了模糊控制算法的计算机或芯片，其一般结构如图所示。
它由三个基 本部分构成：（1）将输入的确切值“模糊化”，成为可用模糊集合描述的变量； （2）应用语言规则进行模 糊推理；（3）对推理结果进行决策并反模糊化（也称为清晰化、解模糊），使之转化为确切的控制量。
有m 个输入一个输出的模糊控制器称为m 维模糊控制器。
由于一维模糊控制器所能获得的系统动态性能往往不能令人满意，三维及三维以上的模糊控制器结构复杂，推理运算时间长，因此典型的模糊控制 器是二维模糊控制器。
一般地，设计一个二维的模糊控制器，通常需要五个步骤：输出y（t ） 输出y（t ）图 图输出图确定输入变量与输出变量及其模糊状态; 输入变量的模糊化； 建立模糊控制规则；进行模糊推理； 输出变量的反模糊化。
确定输入变量与输出变量及其模糊状态 根据问题的背景，确定出输入变量E I 、E 2和输出变量u 。
输入、输出变量的模糊状态按照控制品质的要求可分为三类：控制品质要求较高的场合，变量的模糊状态取为负大（NB ）、负中（NM ）、负小（NS ）、零（ZO ）、正小（PS ）、正中（PM ）、正大（PB ）负大（NB ）、负中（NM ）、负小（NS ）、负零（NZ ）、正零（PZ ）、正小（PS ）、正中（PM ）、正大（PB ）; 控制品质要求一般的场合，变量的模糊状态取为负大（NB ）、负小（NS ）、零（ZO ）、正小（PS ）、正大（PB ）负大（NB ）、负小（NS ）、负零（NZ ）、正零（PZ ）、正小（PS 、正大（PB ）;控制品质要求较低的场合，变量的模糊状态取为负大（NB ）、零（ZO ）、正大（PB ）负大（NB ）、负零（NZ ）、正零（PZ ）、正大（PB ）。
课程设计(论文)-模糊控制器设计模板
模糊控制器设计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数字控制。
从线性控制与非线性控制的角度分类，模糊控制是一种非线性控制。
从控制器的智能性看，模糊控制属于智能控制的范畴，而且它已成为目前实现智能控制的一种重要而又有效的形式。
1模糊控制的基本思想在自动控制技术产生之前，人们在生产过程中只能采用手动控制方式。
手动控制过程首先是通过观测被控对象的输出，其次是根据观测结果做出决策，然后手动调整输入量，操作工人就是这样不断地完成从观测、决策到调整，实现对生产过程的手动调整输入量，操作工人就是这样不断地完成从观测、决策到调整，实现对生产过程的手动控制。
这三个步骤分别是由人的眼-脑-手来完成的。
后来，由于科学技术的进步，人们逐渐采用各种测量装置（如传感器）代替人眼，完成对被控制量的观测任务；利用各种控制器（如PID调节器）取代人脑的作用，实现比较、综合被控制量与给定量之间的偏差，控制器所给出的输出信号相当于手动控制过程中人脑的决策；使用各种执行机构（如电动机）对被控对象施加某种控制作用，这就起到了手动控制中手的调整作用。
上述由测量装置、控制器、被控对象及执行机构组成的自动测控系统，就是人们所熟知的常规负反馈控制系统。
常规控制首先要建立精确数学模型，但是对一些复杂的工业过程，建立精确的数学模型是非常困难的，或者是根本不可能的。
于是常规控制技术在这里就遇到了不可逾越的障碍。
但是，熟练的技术操作人员，通过感官系统进行现场观察，再根据自己的经验就能很容易地实现这类控制过程，于是就产生了一个问题，能否把人的操作经验总结为若干条控制规则，并设计一个装置去执行这些规则，从而对系统进行有效的控制呢?答案是肯定的。
这种装置就是模糊控制器。
与传统的PID控制相比，模糊控制有其明显的优越性。
由于模糊控制实质上是用计算机去执行操作人员的控制策略，因而可以避开复杂的数学模型。
对于非线性，大滞后及带有随机干扰的复杂工业对象，由于数学模型难以建立，因而传统的PID控制也就失效，而对这样的系统，设计一个模糊控制器，却没有多大困难。
计算机控制技术 第六章 模糊控制技术
(a11 b11 ) (a12 b21 )
(a11 b12 ) (a12 b22 )
4、模糊矩阵
已知 A 0.7 0.1 0.4
~
则
0.5 0.3 0.1 0.2 0.6 0.4 0.0 0.1 B ~ 0.0 0.3 0.6 0.3
相应的“隶属函数曲线图”如下：
H ( x)
~
H
~
20
25
30
40
45
温度（ ℃ ）
同样有：
“稍热”、“热”
LH
~
H
~
20 25 30 35 40 45 从上图可看出：
温度（ ℃ ）
① 同一论域(温度)中可定义多个模糊变量。
② 定义的方法和依据带有主观性（专家的经验）。
（2）模糊集合的表示方法
第六章 模糊控制技术
在日常生活中，人们通常用“较少”、“较多”、“小一 些”、“很小”等等模糊语言来进行控制。 比如：当我们拧开水阀向水桶放水时： * 桶里没有水或水较少时，应开大水阀；
* 桶里水较多时，水阀应拧小一些；
* 水桶快满时，应把阀门拧很小； * 水桶里的水满时，应迅速关掉水阀。
经典控制理论：PID、DDC
② 序对法
A {(u1 , x1 ), (u2 , x2 ),, (un , xn )}
~
如： “青年” {(0.018, 15） , (0.105, 20), , }
~
③ 向量法
A (u1 , u2 ,un )
~
如： “青年” (0.018, 0.105, )
~
④ 解析法
③ 典型的隶属函数 (a) 三角形 1
模糊控制系统
实现自动化管理。
03
工业过程控制
在化工、冶金等工业生产过程中，利用模糊逻辑控制器对温度、压力、
流量等工艺参数进行实时监测和控制，确保生产过程的稳定性和安全性。
THANKS
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模糊推理过程
根据输入的模糊集合和模糊规则库，通过模糊推理算法（如最大值、最小值、平均值等）得出输出模 糊集合。
推理过程基于模糊逻辑，如AND、OR、NOT等运算。
去模糊化过程
将输出模糊集合转换为实际的控制量。
去模糊化方法包括最大值、最小值、中心平均值等，根据实际需求选择合适的方法。
03
模糊控制系统的应用
智能照明系统
根据室内光线和人的活动情况，利用 模糊逻辑控制，自动调节照明亮度、 色温和方向，提供舒适的视觉环境。
模糊控制在机器人导航中的应用案例
1 2 3
移动机器人路径规划
利用模糊逻辑控制器，根据机器人当前位置和目 标位置，规划出安全、有效的路径，实现自主导 航。
避障控制
通过传感器采集周围环境信息，利用模糊逻辑控 制器判断障碍物的距离和方向，控制机器人灵活 避障。
跟随控制
通过模糊逻辑控制器，使机器人能够跟随目标物 体或人进行移动，保持适当的距离和方向。
模糊控制在工业自动化生产线等信息，利用模糊逻辑控制器进行分类和
分拣，提高生产效率和准确性。
02
智能仓储管理系统
通过模糊逻辑控制器，对仓库内的货物进行高效、准确的定位和调度，
应用领域的拓展
随着科技的发展和应用的拓展，如何将模糊控制系统应用于更广泛 的领域，满足更多的实际需求，仍是一个机遇和挑战。
05
案例分析
模糊控制在智能家居中的应用案例
智能空调系统
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第13章 模糊控制理论
13.1模糊控制器的基本结构
本章将介绍模糊控制(fuzzy control)的基本原理、结构分析、稳定性理论和设计方法。
模糊控制器的基本结构如图13.1所示。
图13.1中，t u 是SISO 被控对象的输入，t y 是被控对象的输出，t s 是参考输入，t t t y s e -=是误差。
图中虚线框内的就是模糊控制器(FC)，它根据误差信号t e 产生合适的控制作用t u ，输出给被控对象。
模糊控制器主要由模糊化接口、知识库、模糊推理机、解模糊接口四部分组成，各部分的作用概述如下。
1.模糊化(Fuzzification)
模糊化接口接受的输入只有误差信号t e ，由t e 再生成误差变化率t e
或误差的差分t e ∆，模糊化接口主要完成以下两项功能。
⑴论域变换：t e 和t e
都是非模糊的普通变量，它们的论域（即变化范围）是实数域上的一个连续闭区间，称为真实论域，分别用X 和Y 来代表。
在模糊控制器中，真实论域要变换到内部论域X '和Y '。
如果内部论域是离散的（有限个元素），模糊控制器称为“离散论域的模糊控制器”(D －FC)，如果内部论域是连续的（无穷多个元素），模糊控制器称为“连续论域的模糊控制器”(C －FC)。
对于D －FC ，X '，Y '＝{0±整数}；对于C —FC ，X '，Y '＝[－l ，1]。
无论是D －FC 还是
C －FC ，论域变换后t e ，t e
变成*t e ，*t e ，相当乘了一个比例因子（还可能有偏移）。
⑵模糊化：论域变换后*t e 和*t e
仍是非模糊的普通变量，对它们分别定义若干个模糊集合，如：“负大”(NL)、“负中”(NM)、“负小”(NS)、“零”(Z)、“正小”(PS)、“正中” (PM)、“正大”(PL)
，…，并在其
内部论域上规定各个模糊集合的隶属函数。
在t 时刻输入信号的值t e ，t e
经论域变换后得到*t e ，*t e ，再根据隶属函数的定义可以分别求出*t e ，*t e
对各模糊集合的隶属度，如)(*t NL e μ、)(*t NM e μ、…，这样就把普通变量的值变成了模糊变量（即语言变量）的值，完成了模糊化的工作。
注意在这里*t e ，*t e
既代表普通变量又代表模糊变量，作为普通变量时其值在论域X '，Y '中，是普通数值；作为模糊变量时其值在论域[0，1]中，是隶属度。
2.知识库（Knowledge base)
顾名思义，知识库中存贮着有关模糊控制器的一切知识，它们决定着模糊控制器的性能，是模糊控制器的核心。
知识库又分为两部分，分别介绍如下。
⑴数据库（data base ）
它虽然叫作数据库，但并不是计算机软件中数据库的概念。
它存贮着有关模糊化、模糊推理、解模糊的一切知识，如前面已经介绍的模糊化中的论域变换方法、输入变量各模糊集合的隶属函数定义等，以及将在下面介绍的模糊推理算法，解模糊算法，输出变量各模糊集合的隶属函数定义等。
⑵规则库（rule base ）
其中包含一组模糊控制规则，即以“IF …，THEN …”形式表示的模糊条件语句，如
其中，*e 和*e
就是前面所说的语言变量*t e 和*t e ，A l ，A 2，…，A n 是*e 的模糊集合，B 1，B 2，…，B n 是*e
的模糊集合，C l ，C 2，…，C n 是*u 的模糊集合。
在12.4节中已经讲过，每条控制规则是一个在积空间Z Y X '
⨯'⨯'中的模糊关系，X e '∈*，Y e
'∈ ，Z u '∈*，如果Z Y X ''',,皆为离散论域，还可以写出模糊关系矩阵R i ，i ＝1，2，…，n 。
规则库中的n 条
规则是并列的，它们之间是“或”的逻辑关系，因此整个规则集的模
糊关系为
n
i i R R 1==
3.模糊推理机（inference engine ）
由12.4节介绍的模糊推理方法我们知道，模糊控制应用的是广义
前向推理。
在t 时刻若输入量为*e 和*e
，X e '∈*，Y e '∈* ，若论域Z Y X ''',,都是离散的，*e 在X '上对应矢量A '，*e
在Y '上对应矢量B '，则推理结果是Z '上的矢量C '， R B A C )('⨯'='
对于连续论域的模糊控制器C －FC ，由于无法用矢量和矩阵表示，模糊推理方法将在13.3节中专门介绍。
4.解模糊（defuzzification ）
解模糊可以看作是模糊化的反过程，它要由模糊推理结果产生控制ul 的数值，作为 模糊控制器的输出。
解模糊接口主要完成以下两项工作。
⑴解模糊：对t u 也要由真实论域Z 变换到内部论域Z '，对Z u t '∈*定义若干个模糊集合，并规定各模糊集合的隶属函数。
模糊推理是在内部论域上进行的，因此得到的推理结果C '是Z '上的模糊矢量，其元
素为对*u 的某个模糊集合的隶属度。
对于某组输入*e ，*e
，一般会同时满足多条规则(称为激活)，因此会有多个推理结果i C '，i 为不同的模糊集合。
求 i C '，并用某种解模糊算法(如最大隶属度法)，即可求得此时的内部控制量*t u 。
⑵论域反变换：得到的Z u t '∈*，进行论域反变换即得到真正的输出Z u t '∈，它仍然是非模糊的普通变量。
以上已经大致介绍了模糊控制器的工作原理，其具体工作过程比较复杂，而且内部论域有离散和连续两种情况，工作过程又有很大差别，因此下面将以实例对D —FC 和C —FC 分别介绍其详细的工作原理和处理过程。