智能控制技术第二讲——模糊控制1

1、智能控制技术南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室模糊控制主要内容机械结构力学及控制国家重点实验室22. 模糊控制的理论基础2.1 引言2.1.1 模糊控制的发展概述2.1.2 模糊控制的特点2.2 模糊集合论基础2.2.1 模糊集的概念2.2.2 模糊集合的运算2.2.3 隶属度函数的建立2.2.4 模糊关系2.3 模糊逻辑、模糊逻辑推理和合成2.3.1 二值逻辑2.3.2 模糊逻辑及其基本运算2.3.3 模糊语言逻辑2.3.4 模糊逻辑推理机械结构力学及控制国家重点实验室32.1 引言2.1.1 2.1.1 模糊控制的发展概述模糊控制的发展概述传统控制理论的局限性传统控制理论的局限性传统控制理论的局限性传统控制理论的局限性随着复杂系统复杂系统的不断涌现，传统控制理论越来越多地显示它的局限性。什么叫复杂系统复杂系统？具体特征是什么？机械结构力学及控制国家重点实验室42.1 引言2.1.1 2.1.1 模糊控制的发展概述模糊控制的发展概述传统控制理论的局限性传统控制理论的局限性传统控制理论的局限性传统控制理论的局限性什么叫复杂系统复杂系统？具体特征是什么？（1 1）控制对象的

2、复杂性）控制对象的复杂性模型不确定或无法建立、 高度非线性、动态突变、多时间标度、复杂的信息模式等。（2 2）输入参数的复杂性）输入参数的复杂性传统控制传统控制：通常处理较简单的物理量如电量（电压、电流、 阻抗），机械量（位移、速度、加速度）等如今需求如今需求：要考虑视觉、听觉、触觉信号，包含了图形、 文字、语言、声音等信息输入输出参数越来越直接，越来越智能。输入输出参数越来越直接，越来越智能。输入输出参数越来越直接，越来越智能。输入输出参数越来越直接，越来越智能。机械结构力学及控制国家重点实验室52.1 引言2.1.1 2.1.1 模糊控制的发展概述模糊控制的发展概述输入参数越来越直接的典型例子输入参数越来越直接的典型例子输入参数越来越直接的典型例子输入参数越来越直接的典型例子假设有下图所示准备好的一盘排骨，所需调料也准备好了，需要炖排骨汤，请问怎么烧？排骨怎么烧？思考：把传统的锅和煤气灶看成一个经典控制系统，我们需要控制什么？机械结构力学及控制国家重点实验室62.1 引言2.1.1 2.1.1 模糊控制的发展概述模糊控制的发展概述多大火候？炖多少时间？输入参数越来越直接的典型例子输

3、入参数越来越直接的典型例子输入参数越来越直接的典型例子输入参数越来越直接的典型例子机械结构力学及控制国家重点实验室72.1 引言2.1.1 2.1.1 模糊控制的发展概述模糊控制的发展概述两个直观输入参数即搞定一切！两个直观输入参数即搞定一切！两个直观输入参数即搞定一切！两个直观输入参数即搞定一切！机械结构力学及控制国家重点实验室82.1 引言2.1.1 2.1.1 模糊控制的发展概述模糊控制的发展概述电压力锅：典型的模糊控制系统电压力锅：典型的模糊控制系统电压力锅：典型的模糊控制系统电压力锅：典型的模糊控制系统在电压力锅做菜的过程中，我们输入的烹饪功能命令，口感命令都是模糊的概念，带有人类思维的命令。智能控制系统分层递阶结构示意图机械结构力学及控制国家重点实验室92.1 引言2.1.1 2.1.1 模糊控制的发展概述模糊控制的发展概述举举举举个小例子：一般计算机的识别方式个小例子：一般计算机的识别方式个小例子：一般计算机的识别方式个小例子：一般计算机的识别方式某女登陆征婚网站，输入条件：1、要帅；2、要有车。输出答案：象棋。该女不服，继续：1、要高大；2、要有安全感。输出答案：奥特曼

4、。机械结构力学及控制国家重点实验室102.1 引言2.1.1 2.1.1 模糊控制的发展概述模糊控制的发展概述举举举举个小例子：一般计算机的识别方式个小例子：一般计算机的识别方式个小例子：一般计算机的识别方式个小例子：一般计算机的识别方式该女怒，继续：1、要有很多钱；2、要有大房子。输出答案：银行。于是该女一气之下把以上条件一起输入。 N秒后，给出答案：奥特曼在银行里下象棋。机械结构力学及控制国家重点实验室112.1 引言2.1.1 2.1.1 模糊控制的发展概述模糊控制的发展概述举举举举个小例子：一般计算机的识别方式个小例子：一般计算机的识别方式个小例子：一般计算机的识别方式个小例子：一般计算机的识别方式这个例子说明，目前大多数计算机并还不是那么智能。机械结构力学及控制国家重点实验室122.1 引言2.1.1 2.1.1 模糊控制的发展概述模糊控制的发展概述举举举举个小例子：一般计算机的识别方式个小例子：一般计算机的识别方式个小例子：一般计算机的识别方式个小例子：一般计算机的识别方式这个例子说明，目前大多数计算机还不是那么智能。验证码（全自动区分计算机和人类的图灵测试）有效防止某个黑

5、客对某一个特定注册用户用特定程序暴力破解方式进行不断的登陆尝试。该测试问题由该测试问题由计算机生成并评判，但是必须只有人类计算机生成并评判，但是必须只有人类才能解答。才能解答。机械结构力学及控制国家重点实验室132.1 引言2.1.1 2.1.1 模糊控制的发展概述模糊控制的发展概述举举举举个小例子：一般计算机的识别方式个小例子：一般计算机的识别方式个小例子：一般计算机的识别方式个小例子：一般计算机的识别方式这个例子说明，目前大多数计算机还不是那么智能。机械结构力学及控制国家重点实验室142.1 引言2.1.1 2.1.1 模糊控制的发展概述模糊控制的发展概述举举举举个小例子：一般计算机的识别方式个小例子：一般计算机的识别方式个小例子：一般计算机的识别方式个小例子：一般计算机的识别方式这个例子说明，目前大多数计算机还不是那么智能。机械结构力学及控制国家重点实验室152.1 引言2.1.1 2.1.1 模糊控制的发展概述模糊控制的发展概述举举举举个小例子：一般计算机的识别方式个小例子：一般计算机的识别方式个小例子：一般计算机的识别方式个小例子：一般计算机的识别方式这个例子说明，目前大多数

6、计算机还不是那么智能。机械结构力学及控制国家重点实验室162.1 引言2.1.1 2.1.1 模糊控制的发展概述模糊控制的发展概述举举举举个小例子：一般计算机的识别方式个小例子：一般计算机的识别方式个小例子：一般计算机的识别方式个小例子：一般计算机的识别方式这个例子说明，目前大多数计算机还不是那么智能。机械结构力学及控制国家重点实验室172.1 引言2.1.1 2.1.1 模糊控制的发展概述模糊控制的发展概述举举举举个小例子：一般计算机的识别方式个小例子：一般计算机的识别方式个小例子：一般计算机的识别方式个小例子：一般计算机的识别方式这个例子说明，目前大多数计算机还不是那么智能。Google收购，用于门牌号，路牌的识别机械结构力学及控制国家重点实验室182.1 引言2.1.1 2.1.1 模糊控制的发展概述模糊控制的发展概述一般计算机有时候很难处理人类看起来非常简单的事情一般计算机有时候很难处理人类看起来非常简单的事情一般计算机有时候很难处理人类看起来非常简单的事情一般计算机有时候很难处理人类看起来非常简单的事情复杂图像识别语言描述根据语境判断命令绝大多数计算机只能接受确定的命令并产生

7、确定的响应！机械结构力学及控制国家重点实验室192.1 引言2.1.1 2.1.1 模糊控制的发展概述模糊控制的发展概述自然界中带有人类思维的模糊概念自然界中带有人类思维的模糊概念自然界中带有人类思维的模糊概念自然界中带有人类思维的模糊概念天气冷热雨的大小风的强弱人的胖瘦年龄描述个子高低机械结构力学及控制国家重点实验室202.1 引言2.1.1 2.1.1 模糊控制的发展概述模糊控制的发展概述假设对于成绩的评价只分为合格和不合格假设对于成绩的评价只分为合格和不合格假设对于成绩的评价只分为合格和不合格假设对于成绩的评价只分为合格和不合格615960457590合格不合格合格不合格合格合格能不能给出一个更加“公平”的评价：60：100%合格90：200%合格59：99%合格机械结构力学及控制国家重点实验室212.1 引言2.1.1 2.1.1 模糊控制的发展概述模糊控制的发展概述对于经典控制理论里面的温度调节系统对于经典控制理论里面的温度调节系统对于经典控制理论里面的温度调节系统对于经典控制理论里面的温度调节系统机械结构力学及控制国家重点实验室222.1 引言2.1.1 2.1.1 模糊控

8、制的发展概述模糊控制的发展概述模糊控制的由来模糊控制的由来模糊控制的由来模糊控制的由来模糊控制（Fuzzy Control）来源于对人类经验控制行为的模仿。模糊控制以模糊集合论为数学基础1965年，Professor Lotfi A. Zadeh教授发表了开创性的文章Fuzzy Sets，标志着模糊理论的诞生。机械结构力学及控制国家重点实验室232.1 引言2.1.1 2.1.1 模糊控制的发展概述模糊控制的发展概述模糊控制的发展模糊控制的发展模糊控制的发展模糊控制的发展第二阶段第二阶段第二阶段第二阶段1973年 Zadeh又在他的重要文章Outline of an approach to the analysis of complex systems and decision process中，引入了语言变量和模糊规则的概念，建立了模糊控制的基本原理。同时期，Mamdani和Ostergaard分别将模糊控制成功地应用于蒸汽机和水泥窑的控制，为模糊理论的发展展现了光明的前景。机械结构力学及控制国家重点实验室242.1 引言2.1.1 2.1.1 模糊控制的发展概述模糊控制的发展概述模

9、糊控制的发展模糊控制的发展模糊控制的发展模糊控制的发展第三阶段第三阶段第三阶段第三阶段上世纪80年代，模糊理论的应用在深度和广度上都有了较大进展，产生了大量的应用成果。特别是在日本，模糊控制被成功地应用于废水处理、机器人、汽车驾驶、家用电器和地铁系统等许多领域，掀起了模糊技术应用的浪潮。模糊软硬件也投入商业使用。机械结构力学及控制国家重点实验室252.1 引言2.1.1 2.1.1 模糊控制的发展概述模糊控制的发展概述模糊控制的发展模糊控制的发展模糊控制的发展模糊控制的发展第四阶段第四阶段第四阶段第四阶段上世纪90年代以来，模糊理论的研究取得了一系列突破性的进展，例如自适应模糊控制，模糊系统的结构和稳定性分析，模糊优化，模糊逼近等。模糊理论已成为智能技术的三大支柱之一。机械结构力学及控制国家重点实验室262.1 引言2.1.1 2.1.1 模糊控制的模糊控制的特点特点（1）模糊控制不需要被控对象的数学模型。模糊控制是以人对被控对象的控制经验为依据而设计的控制器，故无需知道被控对象的数学模型。（2）模糊控制是一种反映人类智慧的智能控制方法。模糊控制采用人类思维中的模糊量，如“高”、“中”

10、、“低”、“大”、“小”等，控制量由模糊推理导出。这些模糊量和模糊推理是人类智能活动的体现。帅有有车有有钱的男人的男人？机械结构力学及控制国家重点实验室272.1 引言2.1.1 2.1.1 模糊控制的模糊控制的特点特点（3）模糊控制易于被人们接受。模糊控制的核心是控制规则，模糊规则是用语言来表示的，如“今天气温高，则今天天气暖和”，易于被一般人所接受。（4）构造容易。模糊控制规则易于软件实现。（5）鲁棒性和适应性好。通过专家经验设计的模糊规则可以对复杂的对象进行有效的控制。帅有有车有有钱的男人的男人开面包开面包车的的帅司机司机？主要内容机械结构力学及控制国家重点实验室282. 模糊控制的理论基础2.1 引言2.1.1 模糊控制的发展概述2.1.2 模糊控制的特点2.2 模糊集合论基础2.2.1 模糊集的概念2.2.2 模糊集合的运算2.2.3 隶属度函数的建立2.2.4 模糊关系2.3 模糊逻辑、模糊逻辑推理和合成2.3.1 二值逻辑2.3.2 模糊逻辑及其基本运算2.3.3 模糊语言逻辑2.3.4 模糊逻辑推理机械结构力学及控制国家重点实验室292.2 模糊集合论基础2.2.1 2

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