模糊控制与模糊策略共77页
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1.0 很慢 慢 较慢 中等 较快 快 很快 语言值集合T(X)
(x)
算法规则M
0 30 50
70 90 105 120
论域U / km h1
模糊控制的基本原理
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。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。 操作人员或专家的控制经验是如何转化为数字控制器的 ？
[0,1]上的取值的隶属函数F来表示，即：
F ：U [0,1] u F （映射）
模糊控制的基本原理
F (u)=1：u完全属于F； F (u)= 0：u完全不属于F； 0< F (u)<1：u部分属于F。
U中的模糊集F可以用元素u和它的隶属度 来表示：
F={(u ,F (u) )| uU}
模糊控制的基本原理
表示。
uU表示元素（个体）u在集合论域 （全体） U内。
模糊控制的基本原理
集合表示法(经典集合)：
(1)列举法：将集合的元素全部列出的方法。 (2)定义法：用集合中元素的共性来描述集合的方法。
(3)归纳法：通过一个递推公式来描述一个集合的方法。 (4)特征函数表示法：利用经典集合论非此即彼的明晰性 来表示集合。因为某一集合中的元素要么属于这个集合， 要么就不属于这个集合。
模糊控制的基本原理
模糊集合
天气冷热
雨的大小
风的强弱
人的胖瘦
年龄大小
个子高低
模糊控制的基本原理
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
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规则模型化，然后运用推理便可对PID参数实现最佳
调整。
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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。
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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。
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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。
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模糊控制与模糊策略讲义课件(ppt 78页)
若uj在第i 种意见vi中排第k位，设第k位的权重 为ak，则令Bi(uj)= ak(n – k )，称
m
B(uj) Bi(uj)
i1
为uj的加权Borda数。
名次
一
二
三
四
五
六
权重
0.35
0.25
0.18
0.11
0.07
0.04
B(u1)=7, B(u2)=5.75, B(u3)=1.98, B(u4)=1.91, B(u5)=0.51, B(u6)=0.75.
得到模糊控制量 。u~
❖ 模糊控制量清晰化，对对象进行一步控制，等到
第二次采样。
2/7/2020
^_^
6
❖ 范例：某电热炉用于对金属零件的热处理，要求保持炉 温600度恒定不变。
根据人工经验，控制规则可用语言描述如下。
若炉温低于600度则升压，低得越多升压越高；
若炉温高于600度则降压，高得越多降压越低；
+(0.5/0)+(0.5/1)+(0/2)+(0/3) 对上式控制量的模糊子集按照隶属度最大 原则，取控制量为-1级，即当炉温偏高时，应 降一点电压。
2/7/2020
^_^
13
模糊控制器设计的基本方法
❖ 1. 模糊控制器的结构设计 确定模糊控制器的输入、输出变量
（1）人机系统中的信息量：误差、误差变化、 误差变化的变化，以及人控制动作的输出量 （2）模糊控制器的输入、输出变量
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^_^
35
❖ 5.论域、量化因子、比例因子的选择
基本论域、模糊子集的论域、模糊语言 词集的总数（7、8）
Ke=n/xe；Kc=m/xc；量化因子一般远 大于1。Ku=yu/l，比例因子。
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。
2024/8/6
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
2024/8/6
6
（2）S形隶属函数
f
(x;
a,
c)
1
1 ea(xc)
2024/8/6
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
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
模糊逻辑中的模糊控制与模糊决策
模糊逻辑中的模糊控制与模糊决策模糊逻辑作为一种重要的数学工具和推理方式，在控制理论和决策科学领域有着广泛的应用。
模糊控制和模糊决策正是基于模糊逻辑的特点，能够处理和解决现实世界中的不确定性和模糊性问题。
本文将详细介绍模糊逻辑中的模糊控制与模糊决策的基本原理、方法和应用，旨在帮助读者更好地理解和应用模糊逻辑。
一、模糊控制的基本原理模糊控制是一种基于模糊规则的控制方法，它能够处理输入和输出之间模糊的关系，并且能够根据给定的模糊规则进行推理和决策，实现对系统的控制。
在模糊控制中，输入量和输出量都可以是模糊的，而模糊规则是基于专家知识和经验建立的。
模糊控制的基本原理是将输入的模糊信息转化为清晰的操作指令，从而实现对系统的控制。
模糊控制系统通常由模糊化、模糊推理和去模糊化三个部分组成。
首先，模糊化将输入的实际数据转化为模糊的隶属度函数，以描述输入的不确定性和模糊性；然后，模糊推理根据事先设定好的模糊规则，对输入的模糊信息进行推理和决策，产生模糊的输出结果；最后，去模糊化将模糊的输出结果转化为清晰的操作指令，以实现对系统的控制。
二、模糊控制的应用领域模糊控制广泛应用于工业自动化、交通运输、医疗诊断等领域。
以工业自动化为例，模糊控制可以对复杂的工业流程进行控制和优化，提高生产效率和产品质量。
在交通运输领域，模糊控制可以对交通信号灯进行优化控制，减少交通拥堵和事故发生的可能性。
而在医疗诊断领域，模糊控制可以对医疗设备进行控制和调节，辅助医生进行诊断和治疗。
三、模糊决策的基本原理模糊决策是一种基于模糊集合和模糊规则的决策方法，它能够处理决策问题中存在的不确定性和模糊性。
与传统的决策方法相比，模糊决策能够更好地应对模糊信息和不完备信息的情况，提高决策的准确性和可靠性。
在模糊决策中，问题的输入和输出都可以是模糊的，而决策的依据是基于一组事先设定好的模糊规则。
通过对输入的模糊信息进行模糊推理和决策，可以得到模糊的输出结果，再通过适当的方法进行去模糊化，得到最终的决策结果。
模糊控制算法【共37张PPT】
电子膨胀阀控制压缩机吸入气体的过热度。
执行器和控制量之间有交互的影响, 增加了 控制的复杂性。
汽车空调模糊控制框图
模糊控制规则：（根据人工经验设定）
根据温差和温差变化率设定等级，推导压缩机排量 、膨胀阀开度和风机转速的等级。
(1) 如果温差“正大”, 温差变化率“负很小”, 认为机器制冷力严重不足。运行状态设 置为: 压缩机排量为“最大”, 膨胀阀开度为“最大”, 风机转速为“最大”。
温度进行模糊修正
2、根据设定温度和实测温度，用模糊控制原则推论控制输出
3、根据室外温度、乘车满员率对控制输出进行热负荷模糊修正。 4、根据车门启闭情况，对控制输出进行修正
控制过程：
、 1 根据温度传感器和湿度传感器测定的温度湿度，以人体舒适感为基 础，对车厢
温度进行模糊修正
2、根据设定温度和实测温度，用模糊控制原则推论控制输出 3、根据室外温度、乘车满员率对控制输出进行热负荷模糊修正。 4、根据车门启闭情况，对控制输出进行修正
模糊控制算法
1、定义：通过对现实对象的分析，处理数据并构 建模糊型数学模型。用隶属关系将数据元素集合灵 活成模糊集合，确定隶属函数，进行模糊统计多 依据经验和人的心理过程，它往往是通过心理 测量来进行的，它研究的是事物本身的模糊性 。
“模糊”，是指客观事物彼此间的差异在中间 过渡时，界限不明显，呈现出的“亦此亦 彼”性。
模糊语言集的组成： T（E）
T（E）={负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}
用模糊语言变量E 来描述偏差，
或用符号表示
负大NB（Negative Big）、 负中NM（Negative Medium）、 负小NS（Negative Small）、 零ZE（Zero）、
执行器和控制量之间有交互的影响, 增加了 控制的复杂性。
汽车空调模糊控制框图
模糊控制规则：（根据人工经验设定）
根据温差和温差变化率设定等级，推导压缩机排量 、膨胀阀开度和风机转速的等级。
(1) 如果温差“正大”, 温差变化率“负很小”, 认为机器制冷力严重不足。运行状态设 置为: 压缩机排量为“最大”, 膨胀阀开度为“最大”, 风机转速为“最大”。
温度进行模糊修正
2、根据设定温度和实测温度，用模糊控制原则推论控制输出
3、根据室外温度、乘车满员率对控制输出进行热负荷模糊修正。 4、根据车门启闭情况，对控制输出进行修正
控制过程：
、 1 根据温度传感器和湿度传感器测定的温度湿度，以人体舒适感为基 础，对车厢
温度进行模糊修正
2、根据设定温度和实测温度，用模糊控制原则推论控制输出 3、根据室外温度、乘车满员率对控制输出进行热负荷模糊修正。 4、根据车门启闭情况，对控制输出进行修正
模糊控制算法
1、定义：通过对现实对象的分析，处理数据并构 建模糊型数学模型。用隶属关系将数据元素集合灵 活成模糊集合，确定隶属函数，进行模糊统计多 依据经验和人的心理过程，它往往是通过心理 测量来进行的，它研究的是事物本身的模糊性 。
“模糊”，是指客观事物彼此间的差异在中间 过渡时，界限不明显，呈现出的“亦此亦 彼”性。
模糊语言集的组成： T（E）
T（E）={负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}
用模糊语言变量E 来描述偏差，
或用符号表示
负大NB（Negative Big）、 负中NM（Negative Medium）、 负小NS（Negative Small）、 零ZE（Zero）、
智能控制系统 模糊控制PPT课件
给定
+
-
Fuzzy化 接 口
知识库
推理决策
精确化接 口
被控对象
第1页/共167页
• 模糊控制器采用数字计算机。它具有三个重要功能： • 1、模糊化过程、数据库两块：把系统的偏差从数字量转化为模糊量； • 2、规则库、推理决策完成：对模糊量由给定的规则进行模糊推理； • 3、精确化接口：把推理结果的模糊输出量转化为实际系统能够接受的精确数字量或模拟量。
4、多输入多规则推理 • 多输入，多规则。就是对于一个控制系统，它的控
制规则有多个。比如 • IF A1 AND B1…，THEN C1 • IF A2 AND B2…，THEN C2 • …… • IF An AND Bn…，THEN Cn
• 以二输入多规则为例。 • 如果A1且B1，那么C1 • 否则如果A2且B2，那么C2 •… • 否则如果An且Bn，第那26页么/共C1n67页
第22页/共167页
• 三、推理决策逻辑 • 推理决策逻辑是利用知识库的信息模拟人类的推理决策过程，给出适合的控制量。（它是模糊控制的核
心）。
第23页/共167页
• 第二章P34 • 四、模糊逻辑推理讲过。 • 1、近似条件推理 • 前提1：如果x是A,则y是B • 前提2：如果x是A‘ • 结论： • Y是B’=A’
0.4 (3) 0.4 (1) 1 (3)
v0
0.4 0.4 1
2.5556
第36页/共167页
• 3、加权平均法
m
viki
v0
i 1 m
ki
i 1
• ki视情况而定。如果，那么加权平均法就变为 重心法。
第37页/共167页
• 面积重心法对于不同的隶属度函数形状会有不同的推理输出结果。最大隶属度函数法对隶属度函数的形状 要求不高。
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
5.计算机控制系统中的控制策略(模糊控制)
主 要 步 骤
将精确的输入变量转化为模糊量； 将精确的输入变量转化为模糊量；
由模糊输入变量与模糊控制规则, 由模糊输入变量与模糊控制规则, 根据模糊推 理合成规则计算出模糊的控制量； 理合成规则计算出模糊的控制量；
由模糊控制量计算处理得到精确的控制量并输 出到执行机构上。 出到执行机构上。
• 基于操作者经验, 无需建立精 基于操作者经验, 确的数学模型； 确的数学模型； • 具有较强的鲁棒性, 被控对象 具有较强的鲁棒性,
第四章 计算机控制系统中 的控制策略
（模糊控制系统） 模糊控制系统）
主讲人：李东升
主要内容
提出的背景 预备知识 基本原理 模糊控制的设计 模糊控制的改进
第一节 预备知识
理论基础
模 糊 控 制 提 出 的 背 景
• 美国 美国Zadeh教授在1965年提 教授在 教授 年提 出的模糊数学 实际应用 • 1974年英国的 年英国的Mamdani首先 年英国的 首先 将模糊控制器用于蒸汽机的 控制
“若A且B则C (if A And B then C)” 即 R=(A×C)·(B×C)
或
“若A则若B则C(if A C)” 即 R=A×(B×C)=A×B×C And if B then
步骤3 建立模糊控制器的控制规则， 步骤3：建立模糊控制器的控制规则，得到
模 糊 控 制 系 统 的 设 计
xi zi
• 补集
µ
c A
( x) = 1− µA ( x)
普通关系
模 糊 关 系 及 其 运 算
设X, Y是论域, 由X和Y的元素的任意搭配 得一个新的集合, 记作
X × Y = {( x, y ) x ∈ X , y ∈ Y }