1、1第八章 智能控制理論與汽車控制智能控制的意義智能控制的意義1智能控制的產(chǎn)生和發(fā)展智能控制的產(chǎn)生和發(fā)展2智能控制的定義和特點(diǎn)智能控制的定義和特點(diǎn)3智能控制的主要形式智能控制的主要形式4模糊控制模糊控制5智能控制和汽車控制智能控制和汽車控制62智能控制在自動(dòng)化課程體系中的位置智能控制智能控制是一門控制理論課程，研究如何運(yùn)用人工智能的是一門控制理論課程，研究如何運(yùn)用人工智能的方法來(lái)方法來(lái)構(gòu)造控制系統(tǒng)和設(shè)計(jì)控制器構(gòu)造控制系統(tǒng)和設(shè)計(jì)控制器。與。與自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理和和現(xiàn)代控制原理現(xiàn)代控制原理一起構(gòu)成了自動(dòng)控制課程體系的理論基礎(chǔ)。一起構(gòu)成了自動(dòng)控制課程體系的理論基礎(chǔ)。v 智能控制智能控制在控制理論

2、中的位置在控制理論中的位置智能控制智能控制是目前控制理論的最高級(jí)形式，代表了控制理論是目前控制理論的最高級(jí)形式，代表了控制理論的發(fā)展趨勢(shì)，能有效地處理復(fù)雜的控制問(wèn)題。其相關(guān)技術(shù)可以的發(fā)展趨勢(shì)，能有效地處理復(fù)雜的控制問(wèn)題。其相關(guān)技術(shù)可以推廣應(yīng)用于控制之外的領(lǐng)域：金融、管理、土木、設(shè)計(jì)等等。推廣應(yīng)用于控制之外的領(lǐng)域：金融、管理、土木、設(shè)計(jì)等等。8.1 智能控制的意義智能控制是人工智能、控制論、系統(tǒng)論和信息論等多種學(xué)科的綜合與集成，是當(dāng)前的一個(gè)研究熱點(diǎn)。3智能控制的基本概念傳統(tǒng)控制理論難以解決的復(fù)雜系統(tǒng)的控制問(wèn)題：。但一些復(fù)雜的生產(chǎn)過(guò)程難以實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)控制，可以通過(guò)熟練的操作獲得滿意的控制效果。智能控

3、制原理的目標(biāo)：如何有效地將熟練的操作工、技術(shù)人員、專家的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和控制理論結(jié)合起來(lái)去解決系統(tǒng)的控制問(wèn)題。（采用人的智能）人工智能（ Artificial Intelligence）：研究如何應(yīng)用計(jì)算機(jī)的軟硬件來(lái)模擬人類某些智能行為的基本理論、方法和技術(shù)4v 產(chǎn)生的背景產(chǎn)生的背景經(jīng)典控制理論現(xiàn)代控制理論智能控制理論對(duì)由微分方程和差分方程描述的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行控制研究的是單變量常系數(shù)線性系統(tǒng)只適用于單輸入單輸出控制系統(tǒng)(SISO) 控制對(duì)象由單輸入單輸出系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)槎噍斎硕噍敵鱿到y(tǒng)；系統(tǒng)信息的獲得由借助傳感器轉(zhuǎn)變?yōu)榻柚鸂顟B(tài)模型；研究方法由積分變換轉(zhuǎn)向矩陣?yán)碚摗缀畏椒ǎ深l率方法轉(zhuǎn)向狀態(tài)空間的研究；由

4、機(jī)理建模向統(tǒng)計(jì)建模轉(zhuǎn)變，開(kāi)始采用參數(shù)估計(jì)和系統(tǒng)辨識(shí)理論適用大型、復(fù)雜、高維、非線性和不確定性嚴(yán)重的對(duì)象不依賴對(duì)象模型，適用于未知或不確定性嚴(yán)重的對(duì)象具有人類智能的特征能夠表達(dá)定性的知識(shí)或具有自學(xué)習(xí)能力8.2智能控制的產(chǎn)生和發(fā)展56v 智能控制的兩個(gè)發(fā)展方向智能控制的兩個(gè)發(fā)展方向 模擬人類的專家模擬人類的專家控制經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行控制經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行控制控制智能控制智能控制模擬人類的學(xué)習(xí)模擬人類的學(xué)習(xí)能力來(lái)進(jìn)行控制能力來(lái)進(jìn)行控制8.2智能控制的產(chǎn)生和發(fā)展7v 智能控制的三個(gè)發(fā)展階段智能控制的三個(gè)發(fā)展階段 現(xiàn)在現(xiàn)在發(fā)展期發(fā)展期形成期形成期萌芽期萌芽期1960196019701970198019808.2智能控制

5、的產(chǎn)生和發(fā)展81 1）萌芽期（）萌芽期（1960196019701970）n19601960年代初，年代初，F(xiàn).W.SmithsF.W.Smiths首先采用性能模式識(shí)別器來(lái)學(xué)習(xí)最優(yōu)控制方法首先采用性能模式識(shí)別器來(lái)學(xué)習(xí)最優(yōu)控制方法試圖用模式識(shí)別技術(shù)來(lái)解決復(fù)雜系統(tǒng)的控制問(wèn)題試圖用模式識(shí)別技術(shù)來(lái)解決復(fù)雜系統(tǒng)的控制問(wèn)題n19651965年，加利福尼亞大學(xué)的扎德年，加利福尼亞大學(xué)的扎德(L.A. Zadeh)(L.A. Zadeh)教授提出了模糊集合理論教授提出了模糊集合理論n19651965年，美國(guó)的年，美國(guó)的FeigenbaumFeigenbaum著手研制世界上第一個(gè)專家系統(tǒng)著手研制世界上第一個(gè)專家

6、系統(tǒng)n19651965年，普渡大學(xué)傅京孫教授將人工智能中的直覺(jué)推理方法用于學(xué)習(xí)控年，普渡大學(xué)傅京孫教授將人工智能中的直覺(jué)推理方法用于學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)。制系統(tǒng)。n19671967年，年，LeondesLeondes等人首先正式使用等人首先正式使用“智能控制智能控制”一詞，并把記憶、目一詞，并把記憶、目標(biāo)分解等一些簡(jiǎn)單的人工智能技術(shù)用于學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)處理不標(biāo)分解等一些簡(jiǎn)單的人工智能技術(shù)用于學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)處理不確定性問(wèn)題的能力。這標(biāo)志著智能控制的思想已經(jīng)萌芽。確定性問(wèn)題的能力。這標(biāo)志著智能控制的思想已經(jīng)萌芽。8.2智能控制的產(chǎn)生和發(fā)展模式識(shí)別（模式識(shí)別（Pattern Recogni

7、tionPattern Recognition）：通過(guò)計(jì)算機(jī)用數(shù)學(xué)技術(shù)方法來(lái)研究）：通過(guò)計(jì)算機(jī)用數(shù)學(xué)技術(shù)方法來(lái)研究模式模式( (環(huán)境與客體環(huán)境與客體) )的自動(dòng)處理和判讀的自動(dòng)處理和判讀, ,如視聽(tīng)覺(jué)信息如視聽(tīng)覺(jué)信息92 2）形成期（）形成期（1970197019801980）n19701970年代初，傅京孫等人從控制論的角度進(jìn)一步總結(jié)了人工智能技術(shù)與年代初，傅京孫等人從控制論的角度進(jìn)一步總結(jié)了人工智能技術(shù)與自適應(yīng)、自組織、自學(xué)習(xí)控制的關(guān)系，正式提出智自適應(yīng)、自組織、自學(xué)習(xí)控制的關(guān)系，正式提出智能控制是人工智能技術(shù)能控制是人工智能技術(shù)與控制理論的交叉與控制理論的交叉（二元結(jié)構(gòu)）（二元結(jié)構(gòu)），并

8、在核反應(yīng)堆、城市交通的控制中成功，并在核反應(yīng)堆、城市交通的控制中成功地應(yīng)用了智能控制系統(tǒng)。地應(yīng)用了智能控制系統(tǒng)。n19701970年代中期，智能控制在模糊控制的應(yīng)用上取得了重要的進(jìn)展。年代中期，智能控制在模糊控制的應(yīng)用上取得了重要的進(jìn)展。19741974年英國(guó)倫敦大學(xué)瑪麗皇后分校的年英國(guó)倫敦大學(xué)瑪麗皇后分校的E.H.MamdaniE.H.Mamdani教授把模糊理論用于控制領(lǐng)教授把模糊理論用于控制領(lǐng)域，把扎德教授提出的域，把扎德教授提出的IFIFTHENTHEN型模糊規(guī)則用于模糊推理，再把這種推型模糊規(guī)則用于模糊推理，再把這種推理用于蒸汽機(jī)的自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)中通過(guò)實(shí)驗(yàn)取得良好的結(jié)果。理用于蒸汽機(jī)的自動(dòng)

9、運(yùn)轉(zhuǎn)中通過(guò)實(shí)驗(yàn)取得良好的結(jié)果。n19771977年，薩里迪斯年，薩里迪斯(Saridis)(Saridis)提出了智能控制的提出了智能控制的三元結(jié)構(gòu)三元結(jié)構(gòu)定義，即把智定義，即把智能控制看作為人工智能、自動(dòng)控制和運(yùn)籌學(xué)的交叉。能控制看作為人工智能、自動(dòng)控制和運(yùn)籌學(xué)的交叉。n19701970年代后期起，把規(guī)則型模糊推理用于控制領(lǐng)域的研究頗為盛行。年代后期起，把規(guī)則型模糊推理用于控制領(lǐng)域的研究頗為盛行。19791979年，年，MandaniMandani又成功研制出自組織模糊控制器，使得模糊控制器具有又成功研制出自組織模糊控制器，使得模糊控制器具有了較高的智能。了較高的智能。103 3）發(fā)展期（）

10、發(fā)展期（19801980 ）n19821982年，年，F(xiàn)oxFox等人完成了一個(gè)稱為等人完成了一個(gè)稱為ISISISIS的加工車間調(diào)度的專家系統(tǒng)的加工車間調(diào)度的專家系統(tǒng)n19821982年，年，HopfieldHopfield引用能量函數(shù)的概念，使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的平衡穩(wěn)定狀態(tài)有了引用能量函數(shù)的概念，使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的平衡穩(wěn)定狀態(tài)有了明確的判據(jù)方法，并利用模擬電路的基本元件構(gòu)作了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的硬件模明確的判據(jù)方法，并利用模擬電路的基本元件構(gòu)作了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的硬件模型，為實(shí)現(xiàn)硬件奠定了基礎(chǔ)，使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究取得突破性進(jìn)展型，為實(shí)現(xiàn)硬件奠定了基礎(chǔ)，使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究取得突破性進(jìn)展n19851985年，年，IEEEI

11、EEE在紐約召開(kāi)了第一屆全球智能控制學(xué)術(shù)討論會(huì)，標(biāo)志著智能在紐約召開(kāi)了第一屆全球智能控制學(xué)術(shù)討論會(huì)，標(biāo)志著智能控制作為一個(gè)學(xué)科分支正式被學(xué)術(shù)界接受。控制作為一個(gè)學(xué)科分支正式被學(xué)術(shù)界接受。n19861986年，年，RumelhartRumelhart提出多層網(wǎng)絡(luò)的提出多層網(wǎng)絡(luò)的“遞推遞推”( (或稱或稱“反傳反傳”) )學(xué)習(xí)算法，學(xué)習(xí)算法，簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱BPBP算法，從實(shí)踐上證實(shí)了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的運(yùn)算能力，算法，從實(shí)踐上證實(shí)了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的運(yùn)算能力，BPBP算法是算法是最為引人注目，應(yīng)用最廣的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法之一最為引人注目，應(yīng)用最廣的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法之一n19871987年在費(fèi)城舉行的國(guó)際智能

12、控制會(huì)議上，提出了智能控制是自動(dòng)控制，年在費(fèi)城舉行的國(guó)際智能控制會(huì)議上，提出了智能控制是自動(dòng)控制，人工智能、運(yùn)疇學(xué)相結(jié)合或自動(dòng)控制、人工智能、運(yùn)疇學(xué)和信息論相結(jié)合的人工智能、運(yùn)疇學(xué)相結(jié)合或自動(dòng)控制、人工智能、運(yùn)疇學(xué)和信息論相結(jié)合的說(shuō)法。此后，每年舉行一次全球智能控制研討會(huì)，形成了智能控制的研究熱說(shuō)法。此后，每年舉行一次全球智能控制研討會(huì)，形成了智能控制的研究熱潮。潮。118.3 智能控制的定義和特點(diǎn)智能控制的定義IEEEIEEE定義：智能控制必須具有模擬人類學(xué)習(xí)和自適應(yīng)的能力。定義：智能控制必須具有模擬人類學(xué)習(xí)和自適應(yīng)的能力。一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)智能控制系統(tǒng)要具有對(duì)環(huán)境的敏感，進(jìn)行決策和控制的功能，

13、一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)智能控制系統(tǒng)要具有對(duì)環(huán)境的敏感，進(jìn)行決策和控制的功能，根據(jù)其性能要求的不同可以有各種人工智能的水平。根據(jù)其性能要求的不同可以有各種人工智能的水平。分析、組織數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)變換為機(jī)器理解的結(jié)構(gòu)化信息的能力；在復(fù)雜環(huán)境中選取優(yōu)化行為，使系統(tǒng)能在不確定情況下繼續(xù)工作的能力。具有辯識(shí)對(duì)象和事件、在客觀世界模型中獲取和表達(dá)知識(shí)、進(jìn)行思考和計(jì)劃未來(lái)行動(dòng)的能力。具有感知環(huán)境、作出決策和控制的能力。高級(jí)高級(jí)較高較高簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單128.3 智能控制的定義和特點(diǎn)智能控制的特點(diǎn)n應(yīng)能為復(fù)雜系統(tǒng)（如非線性、快時(shí)變、多變量、強(qiáng)耦合、不確定性等）應(yīng)能為復(fù)雜系統(tǒng)（如非線性、快時(shí)變、多變量、強(qiáng)耦合、不確定性等）進(jìn)行有

14、效的全局控制，并具有較強(qiáng)的容錯(cuò)能力；進(jìn)行有效的全局控制，并具有較強(qiáng)的容錯(cuò)能力；n是定性決策和定量控制相結(jié)合的多模態(tài)組合控制；是定性決策和定量控制相結(jié)合的多模態(tài)組合控制；n其基本目的是從系統(tǒng)的功能和整體優(yōu)化的角度來(lái)分析和綜合系統(tǒng)，以實(shí)其基本目的是從系統(tǒng)的功能和整體優(yōu)化的角度來(lái)分析和綜合系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的目標(biāo)，并應(yīng)具有自組織能力。現(xiàn)預(yù)定的目標(biāo)，并應(yīng)具有自組織能力。n是同時(shí)具有以知識(shí)表示的非數(shù)學(xué)廣義模型和以數(shù)學(xué)表示的數(shù)學(xué)模型的混是同時(shí)具有以知識(shí)表示的非數(shù)學(xué)廣義模型和以數(shù)學(xué)表示的數(shù)學(xué)模型的混合控制過(guò)程，系統(tǒng)在信息處理上，既有數(shù)學(xué)運(yùn)算，又有邏輯和知識(shí)推理合控制過(guò)程，系統(tǒng)在信息處理上，既有數(shù)學(xué)運(yùn)算，又有邏

15、輯和知識(shí)推理。138.4 智能控制的主要形式分級(jí)遞階分級(jí)遞階智能控制智能控制模糊控制模糊控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制仿人智能控制仿人智能控制專家控制專家控制各種方法的綜合集成各種方法的綜合集成148.4 智能控制的主要形式n以模糊系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)的模糊控制 人類最初對(duì)事物的認(rèn)識(shí)來(lái)看，都是定性的、模糊的和非精確的，因而將人類最初對(duì)事物的認(rèn)識(shí)來(lái)看，都是定性的、模糊的和非精確的，因而將模糊信息引入智能控制具有現(xiàn)實(shí)的意義。模糊邏輯在控制領(lǐng)域的應(yīng)用稱模糊信息引入智能控制具有現(xiàn)實(shí)的意義。模糊邏輯在控制領(lǐng)域的應(yīng)用稱為模糊控制。為模糊控制。 它的基本思想是把人類專家對(duì)特定的被控對(duì)象或過(guò)程的控制策略總結(jié)它的基本思

16、想是把人類專家對(duì)特定的被控對(duì)象或過(guò)程的控制策略總結(jié)成一系列以成一系列以“IF（條件）（條件）THEN（作用）（作用）”形式表示的控制規(guī)則，通過(guò)形式表示的控制規(guī)則，通過(guò)模糊推理得到控制作用集，作用于被控對(duì)象或過(guò)程。模糊推理得到控制作用集，作用于被控對(duì)象或過(guò)程。158.4 智能控制的主要形式n基于腦模型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用仿生學(xué)的觀點(diǎn)與方法來(lái)研究人腦和智能系統(tǒng)中的高人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用仿生學(xué)的觀點(diǎn)與方法來(lái)研究人腦和智能系統(tǒng)中的高級(jí)信息處理。級(jí)信息處理。168.4 智能控制的主要形式n基于知識(shí)工程的專家控制系統(tǒng)專家控制可定義為：具有模糊專家智能的功能，采用專家系統(tǒng)技術(shù)與控專家控制可定義為：具

17、有模糊專家智能的功能，采用專家系統(tǒng)技術(shù)與控制理論相結(jié)合的方法設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。制理論相結(jié)合的方法設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。專家系統(tǒng)專家系統(tǒng): :是一種模擬人類專家解決領(lǐng)域問(wèn)題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)是一種模擬人類專家解決領(lǐng)域問(wèn)題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)178.4 智能控制的主要形式n基于規(guī)則的仿人智能控制仿人智能控制的核心思想是在控制過(guò)程中，利用計(jì)算機(jī)模擬人的控制行為功仿人智能控制的核心思想是在控制過(guò)程中，利用計(jì)算機(jī)模擬人的控制行為功能，最大限度地識(shí)別和利用控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程提供的特征信息，進(jìn)行啟發(fā)和能，最大限度地識(shí)別和利用控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程提供的特征信息，進(jìn)行啟發(fā)和直覺(jué)推理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)缺乏精確模型的對(duì)象迸行有效的控制。其基本原

18、理是直覺(jué)推理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)缺乏精確模型的對(duì)象迸行有效的控制。其基本原理是模仿人的啟發(fā)式直覺(jué)推理邏輯，模仿人的啟發(fā)式直覺(jué)推理邏輯，即通過(guò)特征辯識(shí)判斷系統(tǒng)當(dāng)前所處的特怔狀即通過(guò)特征辯識(shí)判斷系統(tǒng)當(dāng)前所處的特怔狀態(tài)，確定控制的策略，進(jìn)行多模態(tài)控制。態(tài)，確定控制的策略，進(jìn)行多模態(tài)控制。188.4 智能控制的主要形式l組織級(jí)起主導(dǎo)作用，涉及知識(shí)的表示與處理，主要應(yīng)用人工智能；l協(xié)調(diào)級(jí)在組織級(jí)和執(zhí)行級(jí)間起連接作用，涉及決策方式及其表示，采用人工智能及運(yùn)籌學(xué)實(shí)現(xiàn)控制；l執(zhí)行級(jí)是底層，具有很高的控制精度，采用常規(guī)自動(dòng)控制。組織級(jí)協(xié)調(diào)級(jí)執(zhí)行級(jí)精 度智 能n 基于信息論的分級(jí)遞階智能控制基于信息論的分級(jí)遞階智能控制

19、三級(jí)分級(jí)遞階智能控制系統(tǒng)是由三級(jí)分級(jí)遞階智能控制系統(tǒng)是由GNSaridis于于1977年提出的。該年提出的。該系統(tǒng)由組織級(jí)、協(xié)調(diào)級(jí)和執(zhí)行級(jí)組成，遵循系統(tǒng)由組織級(jí)、協(xié)調(diào)級(jí)和執(zhí)行級(jí)組成，遵循“精度遞增伴隨智能遞減精度遞增伴隨智能遞減”的原則。的原則。19遞階控制及汽車應(yīng)用組織級(jí)協(xié)調(diào)級(jí)執(zhí)行級(jí)208.4 智能控制的主要形式n各種方法的綜合集成l模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制l模糊專家控制模糊專家控制l模糊模糊PIDPID控制控制l神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)魯棒控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)魯棒控制l神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制l 21智能控制的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)n智能控制的基礎(chǔ)理論和方法研究；智能控制的基礎(chǔ)理論和方法研究；n智能控

20、制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究；智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究；n知識(shí)系統(tǒng)和專家控制的研究；知識(shí)系統(tǒng)和專家控制的研究；n模糊控制系統(tǒng)的研究；模糊控制系統(tǒng)的研究；n神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究；n基于進(jìn)化理論的學(xué)習(xí)控制研究；基于進(jìn)化理論的學(xué)習(xí)控制研究；n模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的研究；模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的研究；n智能控制與其它控制方法結(jié)合的研究智能控制與其它控制方法結(jié)合的研究v目前的主要研究方向和內(nèi)容目前的主要研究方向和內(nèi)容22、什么叫模糊控制？ 所謂模糊控制，就是對(duì)難以用已有規(guī)律描述的復(fù)雜系統(tǒng)，采用自然語(yǔ)言（如大、中、小）加以敘述，借助定性的、不精確的及模糊的條件語(yǔ)句來(lái)表達(dá)， 模糊控制是一種基于語(yǔ)言語(yǔ)言的一種智

21、能控制 8.5 模糊控制232、為什么采用模糊控制？為什么采用模糊控制？ 傳統(tǒng)的自動(dòng)控制控制器的綜合設(shè)計(jì)都要建立在被控對(duì)象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型(即傳遞函數(shù)模型或狀態(tài)空間模型)的基礎(chǔ)上，但是在實(shí)際中，很多系統(tǒng)的影響因素很多，油氣混合過(guò)油氣混合過(guò)程、缸內(nèi)燃燒過(guò)程等程、缸內(nèi)燃燒過(guò)程等) ) ，很難找出精確的數(shù)學(xué)模型。這種情況下，模糊控制的誕生就顯得意義重大。因?yàn)槟：刂撇挥媒?shù)學(xué)模型不需要預(yù)先知道過(guò)程精確的數(shù)學(xué)模型不需要預(yù)先知道過(guò)程精確的數(shù)學(xué)模型。 要研制智能化的汽車，就離不開(kāi)模糊控制技術(shù) 如汽車空調(diào)：人體舒適度的模糊性和空調(diào)復(fù)雜系統(tǒng) 243、工作原理把由各種傳感器測(cè)出的精確量轉(zhuǎn)換成為適于模糊把由各種傳

22、感器測(cè)出的精確量轉(zhuǎn)換成為適于模糊運(yùn)算的模糊量運(yùn)算的模糊量, ,然后將這些量在模糊控制器中加以然后將這些量在模糊控制器中加以運(yùn)算運(yùn)算, , 最后再將運(yùn)算結(jié)果中的模糊量轉(zhuǎn)換為精確最后再將運(yùn)算結(jié)果中的模糊量轉(zhuǎn)換為精確量量, , 以便對(duì)各執(zhí)行器進(jìn)行具體的操作控制。以便對(duì)各執(zhí)行器進(jìn)行具體的操作控制。在模糊控制中在模糊控制中, , 存在著一個(gè)模糊量和精確量之間存在著一個(gè)模糊量和精確量之間相互轉(zhuǎn)化的問(wèn)題相互轉(zhuǎn)化的問(wèn)題 25 模糊控制原理圖模糊控制原理圖s:系統(tǒng)的設(shè)定值。x1, x2:模糊控制的輸入(精確量)。X1, X2:模糊量化處理后的模糊量。U:經(jīng)過(guò)模糊控制規(guī)則和近似推理后得出的模糊控制量。u:經(jīng)模糊判

23、決后得到的控制量(精確量)。y:對(duì)象的輸出。26也可以表示成 輸入量模糊化 建立模糊規(guī)則 進(jìn)行模糊推理 輸出量反模糊271) 普通集合的基本概念被討論的對(duì)象的全體稱作論域。論域常用大寫(xiě)字母U、X、Y、Z等來(lái)表示。論域中的每個(gè)對(duì)象稱為元素。元素常用小寫(xiě)字母a、b、x、y等來(lái)表示。給定一個(gè)論域，論域中具有某種相同屬性的元素的全體稱為集合。集合常用大寫(xiě)字母A、B、C等來(lái)表示，集合的元素可用列舉法（枚舉法）和描述法表示。 列舉法：將集合的元素一一列出， 如：A=a1，a2，a3，an。 描述法：通過(guò)對(duì)元素的定義來(lái)描述集合。 如：Axx0 and x/2=自然數(shù)4、模糊控制的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)模糊數(shù)學(xué)282）模糊

24、集合和隸屬度 在普通集合中，論域中的元素（如a）與集合（如A）之間的關(guān)系是屬于（aA），或者不屬于（a A），它所描述的是非此即彼的清晰概念。但在現(xiàn)實(shí)生活中并不是所有的事物都能用清晰的概念來(lái)描述，如:風(fēng)的強(qiáng)弱人的胖瘦年齡大小個(gè)子高低NoImage 在模糊數(shù)學(xué)中，稱沒(méi)有明確邊界（沒(méi)有清晰外延）的集合為模糊集合。常用大寫(xiě)字母下加波浪線的形式來(lái)表示，元素屬于模糊集 合 的 程 度 用 隸 屬 度 或 模 糊 度隸 屬 度 或 模 糊 度 來(lái) 表 示 。 用于計(jì)算隸屬度的函數(shù)稱為隸屬函數(shù)隸屬函數(shù)。29隸屬度隸屬度即論域元素屬于模糊集合的程度。用 來(lái)表示。隸屬度的值為0，1閉區(qū)間上的一個(gè)數(shù)，其值越大，表

25、示該元素屬于模糊集合的程度越高，反之則越低。計(jì)算隸屬度的函數(shù)稱為隸屬函數(shù)隸屬函數(shù)。用 表示。( )Ax( )Aix 隸屬度和隸屬函數(shù)的表示形式看起來(lái)很相似，但是它們的意義是完全不一樣的。 指論域中特定元素xi屬于A的隸屬度，而 中的x是一個(gè)變量，可表示論域中的任一元素。( )Aix( )Ax3012 ,nUx xx12(),(),(),AAAnAxxx1212()()()AAAnnxxxAxxx例：設(shè)論域U=鋼筆，衣服，臺(tái)燈，紙，他們屬于學(xué)習(xí)用品（集合）的隸屬度分別為:1， 0， 0.6， 0.8，則模糊集合學(xué)習(xí)用品可分別用向量表示法和扎德表示法表示如下：100.60.8學(xué)習(xí)用品 （）100.

26、60.8=學(xué)習(xí)用品鋼筆衣服臺(tái)燈紙10.60.8=學(xué)習(xí)用品鋼筆臺(tái)燈紙31如扎德給出的計(jì)算老年人模糊集合的隸屬函數(shù)為:其論域?yàn)?，200的連續(xù)區(qū)間，論域上任一元素的隸屬度，可通過(guò)隸屬函數(shù)求得。當(dāng)論域當(dāng)論域U為連續(xù)區(qū)域時(shí)為連續(xù)區(qū)域時(shí),模糊集合可用隸屬函數(shù)來(lái)表示201( )51 ()50Axx050 x50200 x當(dāng)論域當(dāng)論域U由無(wú)限個(gè)元素組成時(shí)由無(wú)限個(gè)元素組成時(shí)，可用扎德表示法表示AAxAx（ ）xU上式表示模糊集合 由論域U上無(wú)限多個(gè)元素與其相應(yīng)的隸屬度關(guān)系組成。324) 模糊集合的并、交、補(bǔ)運(yùn)算補(bǔ)集補(bǔ)集：將集合的每一個(gè)元素的隸屬度取反。 設(shè) 、 為論域U上的兩個(gè)模糊集合。則 與 的并集( )、

27、交集（ ）、補(bǔ)集（ ）也是論域上的模糊集合。BAAABABAB并集并集：將對(duì)應(yīng)的論域元素的隸屬度兩兩取大。交集交集：將對(duì)應(yīng)的論域元素的隸屬度兩兩取小。335） 模糊關(guān)系與模糊推理 關(guān)系是指對(duì)兩個(gè)普通集合的直積施加某種條件限制后得到的序偶集合。常用R表示。例：A=（1，3，5），B=（2，4，6）則直積集合為：AB =(1，2) (1，4) (1，6) (3，2) (3，4) (3，6) (5，2) (5，4) (5，6)對(duì)其施加ab的條件限制，則滿足條件的集合為：ABab=(3，2) (5，2) (5，4)對(duì)AB施加ab的條件限制后得到的新的集合定義為關(guān)系，記做R。則：Rab=(3，2) (5

28、，2) (5，4)。34關(guān)系R可以用矩陣形式來(lái)表示。一般形式為：11121120()1()nijijmmmnrrrxyRRrrxyRrrr ，（ ），其中，則對(duì)上例有：35模糊關(guān)系指對(duì)普通集合的直積施加某種模糊條件限制后得到的模糊集合。記作R表示。模糊關(guān)系可用扎德表示法、隸屬函數(shù)或矩陣形式來(lái)表示。當(dāng)論域元素有限時(shí)，模糊關(guān)系當(dāng)論域元素有限時(shí)，模糊關(guān)系R可用扎德表示法表示和模可用扎德表示法表示和模糊關(guān)系矩陣來(lái)表示。糊關(guān)系矩陣來(lái)表示。模糊關(guān)系例：設(shè)A和B為兩個(gè)不同論域上的普通集合，A=（1 2 3），B=（1 2 3 4 5），對(duì)AB施加 ab的模糊條件限制后得到一個(gè)模糊關(guān)系為：0.50.810.5

29、0.80.51314152 42 535R （， ）（， ）（， ）（ ， ）（ ， ）（ ， ）或000.50.810000.50.800000.5R36120()1001Rabababab，（）當(dāng)論域?yàn)檫B續(xù)區(qū)間時(shí)，模糊關(guān)系當(dāng)論域?yàn)檫B續(xù)區(qū)間時(shí)，模糊關(guān)系R可用隸屬函數(shù)來(lái)表示。可用隸屬函數(shù)來(lái)表示。376)并、交、補(bǔ)、合成運(yùn)算RS( )ijRr()ijSs1,2,im1,2,jnTRS并運(yùn)算：交運(yùn)算：補(bǔ)運(yùn)算：max( ,)()ijijijijijtr srsTRSmin( ,)()ijijijijijtr srsTR1ijijtr TR S設(shè)模糊關(guān)系 ， ，則 對(duì) 的合成定義為：( )ijm nR

30、r()jkn lSsSR()ikm lTt1()nikijjkjtrs 模糊關(guān)系矩陣的合成與普通矩陣的乘法運(yùn)算過(guò)程一樣，運(yùn)算符號(hào)不同。121231 1241 22 51 32 691215344563 1443 24 53 34 6192633 普通矩陣乘法運(yùn)算：38模糊集合的直積TA BAB三個(gè)模糊集合的直集定義為：()()LA B CA BCA BCL運(yùn)算表示將括號(hào)內(nèi)的矩陣按行寫(xiě)成mn維列向量的形式設(shè) 、 分別為不同論域上的模糊集合，則 對(duì) 的直積定義為：ABAB(0.50.70.3)A(0.80.2)B (0.90.4)C A B C0.50.50.20.70.80.20.70.20.3

31、0.30.2TA BAB0.50.50.40.20.20.20.70.70.4()0.90.40.20.20.20.30.30.30.20.20.2LA B CA BC397）模糊推理在程序設(shè)計(jì)中，經(jīng)常用到的三種條件語(yǔ)句if 條件 then 語(yǔ)句if 條件 then 語(yǔ)句1 else 語(yǔ)句2if 條件1 and 條件2 then 語(yǔ)句三種普通條件語(yǔ)句模糊條件語(yǔ)句簡(jiǎn)記形式if A then Bif A then B else Cif A and B then CZadeh推理結(jié)構(gòu)()()A BA E()()A BA C()LA B CA BC405、模糊控制系統(tǒng)舉例、模糊控制系統(tǒng)舉例41h圖 水

32、箱液位控制 42hhhe043變 化 等 級(jí)隸 屬 度-3-2-10123PB000000.51PS000010.50O000.510.500NS00.510000模糊集NB10.5000004445變 化 等 級(jí)隸 屬 度-4-3-2-101234PB00000000.51PS000000.510.50O0000.510.5000NS00.510.500000模糊集NB10.50000000464748若（IF）NBeNseOePSePBe則（THEN）NBuNsuOuPSuPBu)PB(PB)PS(PS)O(O)NS(NS)NB(NBRueueueueue49000000000000000

33、00000000000000000000000000000000000005 .05 .000000005 .00 .100000005 .01000005 .01NBNBue000000000000000000000000000000000000000005 . 00 . 15 . 00000005 . 05 . 05 . 00000000000000005 . 015 . 00000015 . 00NSNSue500000000000000000000000000000005 . 05 . 05 . 00000005 . 00 . 15 . 00000005 . 05 . 05 . 000

34、00000000000005 . 015 . 0000005 . 00 . 15 . 000OOue00000000005 . 05 . 05 . 00000005 . 00 . 15 . 00000000000000000000000000000000000000000005 . 00 . 15 . 00000005 . 00 . 10000PSPSue510 .15 .000000005 .05 .000000000000000000000000000000000000000000000000000000 .15 .000000000 .15 .000000PBPBue0 . 15 . 0

35、00000005 . 05 . 05 . 05 . 00000005 . 00 . 15 . 05 . 05 . 00000005 . 00 . 15 . 00000005 . 05 . 05 . 00 . 15 . 00000005 . 05 . 05 . 05 . 000000005 . 00 . 1R52ue R000005 . 00 . 1e53000005 . 05 . 05 . 010 . 15 . 000000005 . 05 . 05 . 05 . 00000005 . 00 . 15 . 05 . 05 . 00000005 . 00 . 15 . 00000005 . 05

36、 . 05 . 00 . 15 . 00000005 . 05 . 05 . 05 . 000000005 . 00 . 1000005 . 01Reu54403020100015 . 025 . 035 . 041u4u55VvVvdvvdvvvv)()(0101()()()mkvkkmvkkvvvv離 散56一、 模糊控制與汽車控制1、ABS防抱死系統(tǒng)工況的多變及輪胎的非線性工況的多變及輪胎的非線性2、汽車巡航系統(tǒng)外外界負(fù)荷的擾動(dòng)、汽車質(zhì)量和傳動(dòng)界負(fù)荷的擾動(dòng)、汽車質(zhì)量和傳動(dòng)系效率的不確定性、被控對(duì)象的強(qiáng)非線性系效率的不確定性、被控對(duì)象的強(qiáng)非線性3、汽車空調(diào)人體舒適感的模糊性和空調(diào)復(fù)雜結(jié)構(gòu)人

37、體舒適感的模糊性和空調(diào)復(fù)雜結(jié)構(gòu)4、半主動(dòng)懸架系統(tǒng)參數(shù)不穩(wěn)定性系統(tǒng)參數(shù)不穩(wěn)定性5 5、發(fā)動(dòng)機(jī)8.6 智能控制和汽車控制57二、模糊控制在汽車空調(diào)上的應(yīng)用對(duì)汽車空調(diào)系統(tǒng)的要求：技術(shù)性能和控制性能優(yōu)良，滿足人體舒適性的要求；節(jié)能自動(dòng)控制的應(yīng)用是達(dá)到這兩方面要求的一個(gè)重要途徑。經(jīng)典控制理論：經(jīng)典控制理論：建立數(shù)學(xué)模型現(xiàn)代控制理論：現(xiàn)代控制理論：狀態(tài)方程 空調(diào)器為典型的傳質(zhì)換熱系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)和內(nèi)部物理過(guò)程復(fù)雜，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型。汽車空調(diào)由于工作條件多變工作條件多變，用傳統(tǒng)的控制方法如:PID控制，難以獲得較好的控制效果。 對(duì)于環(huán)境干擾，希望尋求魯棒性好，能夠抑制非線性因素對(duì)控制器的影響58建立隸屬函數(shù)

38、：各參數(shù)對(duì)相應(yīng)子集的隸屬函數(shù)分別由不同的函數(shù)族決定。參數(shù)的相應(yīng)各參數(shù)對(duì)相應(yīng)子集的隸屬函數(shù)分別由不同的函數(shù)族決定。參數(shù)的相應(yīng)子集指該參數(shù)被人為地劃分成的等級(jí)所構(gòu)成的一組模糊集合。相應(yīng)子子集指該參數(shù)被人為地劃分成的等級(jí)所構(gòu)成的一組模糊集合。相應(yīng)子集的多少，由控制精度決定。集的多少，由控制精度決定。例如，參數(shù)例如，參數(shù)“溫差溫差”的相應(yīng)子集可以是的相應(yīng)子集可以是“正大，正小，負(fù)小，負(fù)大正大，正小，負(fù)小，負(fù)大”，也可以是，也可以是“正大，正中，正小，負(fù)小，負(fù)中，負(fù)大正大，正中，正小，負(fù)小，負(fù)中，負(fù)大”，后者比前者，后者比前者模糊子集多，因而控制精度更高（在其它條件相同的情況下）。溫度模糊子集多，因而控

39、制精度更高（在其它條件相同的情況下）。溫度偏差偏差x x 的相應(yīng)子集為：的相應(yīng)子集為： 正大：正大：u(u() =1-1/) =1-1/（1+0.5X1+0.5X2 2） (X0)(X0) 正中：正中：u (u ()=1/)=1/（1+1+（x-2x-2）2 2） (X0)(X0) 正小：正小：u (u ()=1/)=1/（1+(x-1)1+(x-1)2 2） (X0)(X0) 正很小：正很小：u (u ()=1/)=1/（1+0.5X1+0.5X2 2） (X0)(X0) 負(fù)很小：負(fù)很小：u (u ()=1/)=1/（1+0.5X1+0.5X2 2） (X0)(X0) 負(fù)小：負(fù)小：u (u ()=1/)=1/（1+(x+1)1+(x+1)2 2） (X0)(X0) 負(fù)中：負(fù)中：u (u ()=1/)=1/（1+(x+2)1+(x+2)2 2） (X0)(X0) 負(fù)大：負(fù)大：u (u ()= 1-1/)= 1