1、1智能控制技術中國計量學院自動化教研室謝 敏 2智能控制技術第第3 3章章 模糊控制系統模糊控制系統3.1 模糊控制系統的組成原理；3.2 模糊控制系統的設計；3.3 模糊控制系統的分析與設計實例。33.2 模糊控制系統的設計一、模糊控制器的結構設計根據輸入輸出變量劃分為：1、單輸入單輸出模糊控制結構如：加熱爐的溫度控制一維模糊控制器二維模糊控制器2、多輸入多輸出模糊控制結構3.2模糊控制系統的設計4一、模糊控制器的結構設計一維模糊控制器控制器的輸入輸出語言變量只有一個。典型輸入為誤差e，輸出為控制量u。3.2模糊控制系統的設計期望值R_偏差E測量值Z測量變送器模糊控制器執行器被控對象干擾D控

2、制量U輸出Y5一、模糊控制器的結構設計一維模糊控制器規則：R1: if e is E1, then u is U1; R2: if e is E2, then u is U2; Rn: if e is En, then u is Un.模糊關系：3.2模糊控制系統的設計niiiUEueR1),(6一、模糊控制器的結構設計二維模糊控制器控制器的輸入變量有兩個，輸出變量為一個。典型輸入為誤差e和誤差變化量de ，輸出為控制量u。3.2模糊控制系統的設計期望值R_偏差E測量值Z測量變送器模糊控制器執行器被控對象干擾D控制量U輸出Yd/dt7一、模糊控制器的結構設計二維模糊控制器規則：R1: if e

3、 is E1 and de is DE1, then u is U1; R2: if e is E2 and de is DE2, then u is U2; Rn: if e is En and de is DEn, then u is Un.模糊關系：3.2模糊控制系統的設計niiiiUDEEueR1)(),(8二、模糊控制器的設計原則模糊控制系統是利用人的直覺和經驗設計的控制系統，不需要系統的數學模型，還沒有成熟而統一的設計方法。1、定義輸入輸出變量 如：加熱爐溫度控制系統，輸入為系統的溫度，輸出為加熱量（如電壓）。3.2模糊控制系統的設計9二、模糊控制器的設計原則2、定義變量的模糊化條

4、件 （1）確定變量的論域和量化等級由于實際系統的輸入輸出范圍總是有限制的，可以據此確定其論域。如變量為電壓，則其論域為0，220。把該論域離散化，如在-6，6之間變化把變量分為12個等級。3.2模糊控制系統的設計10二、模糊控制器的設計原則 （2）選擇描述輸入輸出變量的語言值由于人們總習慣于將事物分為三個等級，如老、中、青；大、中、小等，因此一般把描述輸入輸出的語言值按正負對稱加上零，分為七個取值：負大，負中，負小，零，正小，正中，正大NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB3.2模糊控制系統的設計11二、模糊控制器的設計原則（3）定義各語言變量語言值在各自論域上的隸屬度函數。a). 隸屬度函

5、數曲線較尖，則分辨率高，靈敏度高； 隸屬度函數曲線較緩，則穩定性好。3.2模糊控制系統的設計e0A(e)B(e)12二、模糊控制器的設計原則選取原則：e大的區域，選取低分辨率的隸屬度函數；e小的區域，選取高分辨率的隸屬度函數；e接近0時，選取高分辨率的隸屬度函數；3.2模糊控制系統的設計e0A(e)B(e)13二、模糊控制器的設計原則b). 較小，控制靈敏度高； 較大，魯棒性好； 一般取 = 0.5。3.2模糊控制系統的設計e0A(e)B(e)e0A(e)B(e)14二、模糊控制器的設計原則3、設計規則庫規則數： N=nout*(nin(nlevel-1)+1)。 4、設計模糊推理可由軟、硬件

6、實現。5、精確化方法一定要選取有代表性的值。3.2模糊控制系統的設計153.3 模糊控制器的設計舉例以加熱爐溫度控制系統為例：由于模糊關系矩陣是一個高階矩陣，多次合成計算使輸出使系統實時性變差，在實際應用中通常采用查表法。3.3 模糊控制器的設計舉例_模糊控制表Ku被控對象TKeKeTdeDEEUu163.3 模糊控制器的設計舉例查表法的基本思想是事先計算好模糊規則表，存放在計算機內存中。當控制器工作時，根據采樣得到的誤差和誤差變化的量化值，查表找出當前時刻的輸出量的量化值，乘以比例因子得到實際輸出控制量。3.3 模糊控制器的設計舉例_模糊控制表Ku被控對象TKeKeTdeDEEUu173.3

7、 模糊控制器的設計舉例設計步驟：1、確定模糊控制器的輸入輸出變量結構：二維模糊控制器輸入變量：誤差 e = T Td ，誤差變化de輸出變量：加熱裝置供電電壓u 3.3 模糊控制器的設計舉例_模糊控制表Ku被控對象TKeKeTdeDEEUu183.3 模糊控制器的設計舉例2、確定輸入輸出變量的論域和量化等級、量化因子設變量的論域為：e-50,50 de-150,150 u-64,64 取變量的量化等級都為9級，即：e,de,u = -4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4 3.3 模糊控制器的設計舉例193.3 模糊控制器的設計舉例量化因子：2n/(uH-uL)，輸入變量乘以量化因子從原論域

8、轉換到模糊論域。 Ke = 4/50=2/25； Kde = 4/150=2/75 誤差e=40的量化值？比例因子： (uH-uL)/2n，輸出變量乘以比例因子轉換回原論域的值。 Ku = 64/4=16 3.3 模糊控制器的設計舉例TDE_模糊控制表Ku被控對象KdeKed/dtTdeEUu203.3 模糊控制器的設計舉例3、定義輸入輸出變量的模糊子集首先定義各變量的語言值：NB，NS，ZE，PS，PB；在量化論域上定義各語言值的隸屬度函數。3.3 模糊控制器的設計舉例-4-3-2-101234PB00000000.351PS000000.410.40ZE0000.210.2000NS00.

9、410.400000NB10.350000000213.3 模糊控制器的設計舉例4、模糊控制規則的確定為使系統輸出的動態特性最佳，根據操作經驗而總結的一條條模糊條件語句。3.3 模糊控制器的設計舉例Tdt012345223.3 模糊控制器的設計舉例（1）誤差e = T Td 為負大時，全功率加熱。L1: If E=NB and DE=PB , then U=PB ; L2: If E=NB and DE=PS , then U=PB ;L3: If E=NB and DE=ZE , then U=PB ;L4: If E=NB and DE=NS , then U=PB ;Tdt0_ede+_

10、+_+_123453.3 模糊控制器的設計舉例233.3 模糊控制器的設計舉例（2）誤差e = T Td 為負小或接近0時，防超調為主。L5: If E=NS and DE=ZE , then U=PS ; L6: If E=NS and DE=PS , then U=ZE ;L7: If E=NS and DE=PB , then U=NS ;L11: If E=NS and DE=NS , then U=PS ;L12: If E=NS and DE=NB , then U=PB ;Tdt0_ede+_+_+_123453.3 模糊控制器的設計舉例243.3 模糊控制器的設計舉例（3）誤差

11、e = T Td 為0時，保持穩定為主。L8: If E=ZE and DE=ZE , then U=ZE ; L9: If E=ZE and DE=PS , then U=NS ;L10: If E=ZE and DE=PB , then U=NB ;L13: If E=ZE and DE=NS , then U=PS ;L14: If E=ZE and DE=NB , then U=PB ;Tdt0_ede+_+_+_123453.3 模糊控制器的設計舉例253.3 模糊控制器的設計舉例（4）誤差e = T Td 為正或接近0時，同理可得其余規則。If E=PB and DE=PS , t

12、hen U=? ; If E=PS and DE=PS , then U=? ;If E=ZE and DE=PB , then U=? ;If E=ZE and DE=ZE , then U=? ;Tdt0_ede+_+_+_123453.3 模糊控制器的設計舉例263.3 模糊控制器的設計舉例5、求模糊控制表由于變量的離散量化域是有限的，可對于輸入輸出變量的每種組合，計算出模糊控制器的輸出值，保存在控制表中。目的：可提高在線應用時的響應速度。實際控制量取值為控制器輸出值乘以比例因子。3.3 模糊控制器的設計舉例273.3 模糊控制器的設計舉例例：前述的加熱爐溫度控制系統，設E的量化值為1，

13、DE的量化值為-2，求模糊控制器的輸出值。3.3 模糊控制器的設計舉例283.3 模糊控制器的設計舉例5、求模糊控制表對于輸入輸出變量的每種組合，都可按上述方法計算出模糊控制器的輸出值，保存在控制表中。6、把量化值乘以比例因子，轉化為實際控制值。 3.3 模糊控制器的設計舉例293.3 模糊控制器的設計舉例小費問題模糊推理系統設計一個雙輸入、單輸出的小費問題（基于美國的小費習慣）。給定一個0至10之間的數表示飯店的服務質量（10表示非常好），另一個0至10之間的數表示飯店的食品質量（10表示非常好），小費應給多少？ 3.3 模糊控制器的設計舉例303.3 模糊控制器的設計舉例小費問題模糊推理系統設計小費黃金規則