被控对象测量.ppt

被被 控控 对对 象象测测 量量r +r +_ _e ed/dtd/dtdedey yu u模糊模糊控制器控制器数字数字PIDPID模拟模拟PIDPID模糊模糊控制系统结构图控制系统结构图第三章 基本模糊控制器的设计精确量的精确量的 模糊化模糊化模糊控模糊控 制算法制算法解模糊解模糊被被 控控 对对 象象测测 量量r +r +_ _e e模糊控制器模糊控制器E Ey yU Uu uECEC将输入的精确将输入的精确 量转换成模糊量转换成模糊 集合的形式集合的形式d/dtd/dte e包括模糊控包括模糊控 制规则和模制规则和模 糊推理将输出模糊将输出模糊 集合转换成精集合转换成精 确的控制量确的控制量模糊控制器结构的选择主要包括：模糊控制器结构的选择主要包括：1) 1) 选择模糊控制器输入输出变量个数选择模糊控制器输入输出变量个数2) 2) 选择模糊控制器输入输出语言变量选择模糊控制器输入输出语言变量3) 3) 选择控制策略选择控制策略3.1 3.1 模糊控制器结构选择模糊控制器结构选择双输入双输入 双输出双输出单输入单输入 单输出单输出双输入双输入 单输出单输出多输入多输入 多输出多输出选择模糊控制器输入输出变量个数。

选择模糊控制器输入输出变量个数总之，模糊控制器输入输出个数总之，模糊控制器输入输出个数是根据手动控制的经验进行选择的是根据手动控制的经验进行选择的 手动控制时手动控制时 根据一个参数进行控制则为单输入；根据一个参数进行控制则为单输入； 根据两个参数进行控制则为双输入；根据两个参数进行控制则为双输入； 根据多个参数进行控制则为多输入根据多个参数进行控制则为多输入同理：同理：对一个对象进行控制为单输出；对一个对象进行控制为单输出；对多个对象进行控制为多输出对多个对象进行控制为多输出语言变量：语言变量：模糊控制中将模糊控制器的输入、输出变量称为语言变量模糊控制中将模糊控制器的输入、输出变量称为语言变量以双输入单输出为例：以双输入单输出为例：双输入双输入 单输出单输出e eu u当输入为当输入为e e、、∑e∑e的时候，系统具有的时候，系统具有PIPI控制特性控制特性当输入为当输入为e e、、e e的时候，系统具有的时候，系统具有PDPD控制特性控制特性e e（（∑e∑e））选择模糊控制器输入输出语言变量选择模糊控制器输入输出语言变量选择模糊控制策略（即条件语句形式）选择模糊控制策略（即条件语句形式）根据手动控制的经验选择控制策略。

控制根据手动控制的经验选择控制策略控制策略一旦确定，所有的控制规则均用同一种控策略一旦确定，所有的控制规则均用同一种控 制策略来描述制策略来描述6精确量 转换成 模糊集合论域元素3.2 精确量的模糊化为实现精确量的模糊化，需做以下准备工作：确定论域上模糊集合的个数建立语言变量模糊集合隶属度表基本论域 转换成 模糊集合论域什么是基本论域？在模糊控制器中，习惯上每个语言变量都有一个允许 的变化范围，这一范围被称为语言变量的基本论域以双输入单输出模糊控制器为例对于温度控制系统，当控制目标为60±3℃时， ±3℃为误差允许的变化范围习惯表示为60±3℃ 基本论域表示形式为[-3，3] 一般形式习惯表示为60±e 基本论域表示形式为 [-e，e]若控制量电压范围为±5∨，则控制量的基本论域为[ -5，5]，一般形式为[-u，u]同理：误差变化率e的基本论域为[-e，e]通常的做法是将基本论域分成2n等份，如上例中，取 n=3，分割点的个数为为2n+1=7，将这7个分割点作为模 糊集合论域元素，模糊集合论域为X={-3，-2，-1，0，1， 2，3}误差变化率和控制量的转换方式类似。

精确量转换成模糊集合论域元素模糊集合论域如 X={-3，-2，-1，0，1，2，3}2 -1102 3-3仍以误差为例基本论域为[-3，3]，将其在数轴上 表示出来，即为-3到3之间的一段连续区间误差基本论域和模糊集合论域如下：-2 -1102 3-3{-3，-2，-1，0，1，2，3}基本论域长度：2e模糊集合论域长度：2n设第i次采样时测得的误差为ei，将其转换成模糊集 合论域元素xi，则：即式中n、e已知的， 故n/e可事先计算出来，定义其为误差 e的量化因子误差e的量化因子为：同理可推出：误差变化率e的量化因子和控制量u的比例 因子分别为：各量化因子和比例因子中的n可能各不相同设基本论域为[-3, +3]-3-3-2-2-1-10 01 12 23 3大大中中小小零零负大负大负中负中负小负小确定论域上模糊集合的个数为了体现人们对客观事物的认识，我们将基本论域划分 成若干等级，并为其起名，如：大、中、小、零、负小、 负中、负大等.为了体现人们对客观事物的认识，我们将基本论域划分为了体现人们对客观事物的认识，我们将基本论域划分成若干等级，并为其起名，如：大、中、小、零、负小、负成若干等级，并为其起名，如：大、中、小、零、负小、负 中、负大等；同时规定：模糊集合论域上的模糊集合数与基中、负大等；同时规定：模糊集合论域上的模糊集合数与基 本论域上的等级数相同，模糊集合取名也与等级名相同。

本论域上的等级数相同，模糊集合取名也与等级名相同正大正大正中正中正小正小零零负小负小负中负中负大负大等级等级模糊集合模糊集合PBPBPMPMPSPS0 0NSNS NMNMNBNB-3-3-2-2-1-10 01 12 23 3正大正大正小正小零零负小负小负大负大-3-3负中负中-2-2-1-10 01 12 23 3正较大正较大正较小正较小零零负较小负较小负大负大正中正中正小正小正大正大负小负小 负较大负较大-3-3-2-2-1-10 01 12 23 3正大正大正小正小零零负中负中负小负小负大负大正中正中基本论域中等级的划分不是唯一的，一般参考控制精度划如：基本论域中等级的划分不是唯一的，一般参考控制精度划如：总之，模糊集合的个数由基本论域上的等级数决定的总之，模糊集合的个数由基本论域上的等级数决定的0 0 0 0 0 0 0 0 0 00. 20. 710 0 0 0 0 0 0 00. 20. 710. 70. 20 0 0 0 0 00. 10. 710. 70. 10 00 0 0 00. 10. 710. 70. 10 0 0 00 00. 10. 710. 70. 10 0 0 0 0 00. 20. 710. 70. 20 0 0 0 0 0 0 010. 70. 20 0 0 0 0 0 0 0 0 06 5 4 3 2 1 0－ 1－ 2－ 3－ 4－ 5－ 6xiNBNMNS0PSPMPB E建立语言变量模糊集合隶属度表Exi -6-5-4-3-2-10123456 PB00000000000.20.71 PM000000000.20.710.70.2 PS0000000.10.710.70.100000000.10.710.70.10000NS000.10.710.70.1000000 NM0.20.710.70.200000000 NB10.70.2000000000建立语言变量模糊集合隶属度表建立语言变量模糊集合隶属度表表表3-1 3-1 语言变量语言变量e e模糊子集隶属度表模糊子集隶属度表ECyi -6-5-4-3-2-10123456 PB00000000000.20.71 PM000000000.20.810.80.2 PS00000000.810.80.2000000000.510.500000NS000.20.810.80000000 NM0.20.810.80.200000000 NB10.70.2000000000表3-2 语言变量e模糊子集隶属度表Uzi -6-5-4-3-2-10123456 PB00000000000.20.71 PM000000000.20.810.80.2 PS0000000.10.810.80.1000000000.510.500000NS000.10.810.80.1000000 NM0.20.810.80.200000000 NB10.70.2000000000表表3-3 3-3 语言变量语言变量u u模糊子集隶属度表模糊子集隶属度表①确定语言变量模糊集合论域元素和模糊子集数，计算量化 因子；②建立语言变量模糊子集隶属度表;④根据语言变量赋值表，找到与 ni列上最大隶属度对应的模 糊子集，该模糊子集即为输入语言变量的模糊化。

精确量 模糊集合转换的主要步骤如下：③由语言变量的测量值和量化因子求模糊集合论域元素ni ( 以误差为例，设所测系统误差为ei，量化因子为ke，则 ）;例：已知语言变量误差在某时刻的测量值ei和量化因子ke的乘 语言变量模糊子集隶属度表如下表所示，试对误差测量值ei进行模糊化Exi -6-5-4-3-2-10123456 PB00000000000.20.71 PM000000000.20.710.70.2 PS0000000.10.710.70.100000000.10.710.70.10000NS000.10.710.70.1000000 NM0.20.710.70.200000000 NB10.70.2000000000在表中找到xi为4的论域元素，该元素所在列上的隶属度分别为： 0.2,1,0.1,0,0,0,0，其中隶属度最大的值为1，1所对应的模糊集合为PMPM 即为误差测量值ei的模糊化结果用模糊条件语句形式描述的操作人员手动控制经验3.3模糊控制规则和模糊推理什么是模糊控制规则？模糊控制器EECU双输入单输出模糊控制器以双输入单输出模糊控制器为例，介绍模糊控制器控制规则的组成。

采用的模糊控制策略为： if A and B then C对锅炉水位控制系统有如下控制经验：语言表示：当水位很高且在快速上升，则将阀门关至最小；当水位很低且在快速下降，则将阀门开至最大由上分析可见：一条控制规则，就是一条手动控制经验 ；一套完整的控制规则，则是所有控制经验的归纳总结控制规则表示：if E = PB and EC = PB then U = NB；if E = NB and EC = NB then U = PB在模糊条件语句中，语言变量的大小要用模糊集合来描述设误差、误差变化率和控制量模糊集合分别为：EECUPBPS0NSNBPBPMPS0NSNMNB～～～～～～PBPMPS0NSNMNB～～～～～～～ ～～～～～～If E =PM and EC =PB then U =NBIf E =PM and EC =PS then U =NMIf E =PB and EC =PB then U =NBIf E =PB and EC =PS then U =NM结论：一套完整的控制规则的条数应为误差模糊集合数与误差变化率模糊集合数的乘积。

一般的： 若 E 模糊集合数为m，EC 模糊集合数为n，则 控制规则的条数为m×n～～实际上，一套完整的模糊规则条数与模糊控制器输 入语言变量的个数及各变量的模糊集合数目有关模糊控制规则可用若干条模糊条件语句的形式表示， 也可用模糊控制规则表表示模糊条件语句表示的一套完整的控制规则某双输入单输出模糊控制器误差e的模糊子集为PB，PM，PS，0，NS， NM，NB，误差变化率e的模糊子集为PB，PM，PS，0，NS，NM，NB，则其 控制规则由49条模糊条件语句组成如下：（（8 8）） or ifor if E E = =PMPM and and EC EC = =PBPB then then U U = =NBNB（（6 6）） or if or if E E。