【正文】 通過變換式 把在 [a, b]區(qū)間變化的 e轉(zhuǎn)化為在 [6, +6]之間變化的 E。( , ) m in [ ( ), ( )]R R Rx y x ym m m=0 . 8 1 . 0 0 . 8 0 . 8 0 . 8 0 . 5 0 . 8 0 0 . 8 0 . 8 0 . 5 01 . 0 1 . 0 1 . 0 0 . 8 1 . 0 0 . 5 1 . 0 0 1 . 0 0 . 8 0 . 5 00 . 6 1 . 0 0 . 6 0 . 8 0 . 6 0 . 5 0 . 6 0 0 . 6 0 . 6 0 . 5 00 . 3 1 . 0 0 . 3 0 . 8 0 . 3 0 . 5 0 . 3 0 0 . 3 0 . 3 0 . 3 00 1 . 0 0 0 . 8 0 0 . 5 0 0 0 0 0 0R E U儋儋= = =儋儋輊 ?犏 ?犏 ?犏 ?犏 ?犏 ?犏犏犏臌 ?249。 ) ( ) ( ) ( 0 0 ) , ( ) ( ) ( ) ( ) ( 0 0 ) , ( ) ( ) ( ) ( ) ( 0 0 ) , ( 0 ) ( 0 ) ( 0 ) ( 0 ) ( 0 0 ) ]= 仝 仝 仝 仝 ?仝 仝 仝 仝 ?仝 仝 仝 仝 ?仝 仝 仝 仝 ?+++68 模糊控制規(guī)則的構(gòu)成 ? 最常用的模糊控制器是二維的，其語言推理式為 IF E=Ei AND C=Cj THEN U=Uij i=1,2,...,m j=1,2,...,n ?其中， Ei ， Cj與 Uij分別為定義在 X， Y， Z上的模糊集。這種方法克服了單憑經(jīng)驗(yàn)來選擇控制規(guī)則的缺陷，是合理并可行的。因此我們?cè)诖瞬捎昧?加權(quán)平均判決法 ，其執(zhí)行量 umax由下式?jīng)Q定： ?其中權(quán)系數(shù) ki的選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來決定，加權(quán)系數(shù)的決定直接影響著系統(tǒng)的響應(yīng)特性。 ? 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖所示 控制算法D O （ 數(shù) 字量 輸 出 ）A / D 轉(zhuǎn) 換計(jì) 算 機(jī)固 態(tài)繼 電 器加 熱電 阻 絲控 制對(duì) 象檢 測(cè) 和轉(zhuǎn) 換 電 路溫 度傳 感 器采 集 卡80 溫度 PWM控制系統(tǒng) ? 圖為恒溫測(cè)試溫箱的外觀。 0 5 0 0 1 5 0 0 2 5 0 02 0 0 01 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 0 03 5 0 0 4 5 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 01 0 01 1 0溫度/攝氏度時(shí) 間 / 秒I S E 為 6 9 5 . 9 9 9 4超 調(diào) 為 3 . 5 %0 5 0 0 1 5 0 0 2 5 0 02 0 0 01 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 0 03 5 0 0 4 5 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 01 0 01 1 0溫度/攝氏度時(shí) 間 / 秒I S E 為 4 1 0 . 5 6 2 8超 調(diào) 為 2 . 7 %83 模糊溫度控制器的設(shè)計(jì) ? 1）精確量的模糊化： 的變量賦值表 論域變量檔e 隸屬度000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000PLPMPSPONONSNMNL6543210 0 1 2 3 4 5 6E84 模糊溫度控制器的設(shè)計(jì) ? 1） 精確量的模糊化： 的變量賦值表 論域變量檔00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000PLPMPSZONSNMNL76543210 1 2 3 4 5 6 7u 隸屬度U～85 模糊溫度控制器的設(shè)計(jì) ? 2）構(gòu)成模糊控制規(guī)則：控制規(guī)則表如下 NLNLNLNLNMZOZOPLNLNLNLNLNMZOZOPMNMNMNMNMZOPSPSPSNMNMNSZOPSPMPMZONSNSZOPMPMPMPMNSZOZOPMPLPLPLPLNMZOZOPMPLPLPLPLNLPLPMPSZONSNMNLCEU86 模糊溫度控制器的設(shè)計(jì) ? 3）輸出量的模糊判決：本系統(tǒng)采用的是 中心平均的模糊判決方法，即將模糊集中心值乘以模糊集的高度，然后求均值的方法。 ? 傳統(tǒng) PID 和兩組智能型 PID控制效果： ISE分別為：1041 、 。 79 溫度 PWM控制系統(tǒng) ? PWM控制基本原理：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性環(huán)節(jié)上的時(shí)，其效果相同。這種方法雖然簡(jiǎn)單，但它所概括的信息量太少。 2ECU ?? (1)ECaa+74 模糊控制規(guī)則的構(gòu)成 ? 以 α作為調(diào)整參數(shù)不僅簡(jiǎn)單易行，而且物理意義也是很明顯的，它直接表示對(duì)偏差 E和偏差變化率 C的加權(quán)程度。犏犏犏 ? 如：已知系統(tǒng)的偏差 控制量 ? 則與這條規(guī)則相對(duì)應(yīng)的模糊關(guān)系是一個(gè)二維的模糊集，被定義為 1 2 3 41 . 0 / 0 . 8 / 0 . 5 / 0 . 0 /U u u u u= + + +1 2 3 4 50 . 8 / 1 . 0 / 0 . 6 / 0 . 3 / 0 . 0 /E e e e e e= + + + +(,)min[(),()]R R Rxy x ym mm=66 模糊控制規(guī)則的構(gòu)成 ? 具體算法如下 ? 式中，運(yùn)算符“ ”表示“交”，即在上述運(yùn)算中取較小的數(shù)。 ? 由于在日常生活中，人們習(xí)慣于把相比較的同類事物分為三個(gè)等級(jí)，如高、中、低；大、中、??；快、中、慢等，所以 我們把偏差 E和偏差變化率 C也分為三級(jí) 。 ? 查德 (L. A. Zadeh)教授首次提出了 模糊集 (Fuzzy Sets)的概念，他把模糊集合的特征函數(shù)稱為“隸屬函數(shù)”（它在 [0,1]閉區(qū)間里連續(xù)取值），某個(gè)元素 x隸屬于某一模糊集合 A的程度可用它的隸屬函數(shù)來表示。 52 模糊量及模糊控制 ? 模糊控制不需要系統(tǒng)精確的數(shù)學(xué)模型，而只需根據(jù)人的經(jīng)驗(yàn)，組成一些控制規(guī)則就能進(jìn)行有效的控制。 ? 模糊控制的本質(zhì)是非線性的，因此對(duì)一些不易獲取精確數(shù)學(xué)模型的系統(tǒng)或過程及非線性系統(tǒng)來說，采用模糊控制的方法可以得到用常規(guī)控制方法難以取得的效果。 ? 但實(shí)際系統(tǒng)中的有些狀態(tài)是很難觀測(cè)的，因此要設(shè)計(jì)相應(yīng)的狀態(tài)觀測(cè)器?？刂评碚撘蚕鄳?yīng)由經(jīng)典、現(xiàn)代控制發(fā)展到智能控制。 ? 從中仍可以看到 常規(guī) PID控制中的思想：除比例模式外，保持模式具有類積分的功能；在判斷中用誤差的差分含有對(duì)誤差微分的作用 。這對(duì)于設(shè)定值 r(t)頻繁大幅度改變的系統(tǒng)，可以顯著地改善動(dòng)態(tài)品質(zhì)。 37 不完全微分法 ? 當(dāng)一個(gè)短時(shí)快速變化的偏差發(fā)生期間，微分控制幅度先急劇增大，隨后又急劇減小，信號(hào) u39。 ? 積累補(bǔ)償法 ?如果 PID計(jì)算得到的 u(k)超出 D/A轉(zhuǎn)換器的輸出范圍[umin， umax]，將那些因控制器飽和而未能執(zhí)行的增量控制信號(hào) Δu(k)積累起來，一旦控制器退出飽和，立即補(bǔ)充執(zhí)行這些未能執(zhí)行的增量控制信號(hào) Δu(k)。 ? 不同的方法適用于不同類型的工業(yè)系統(tǒng)，必須正確選擇使用。 ? 近年來發(fā)展了多種仿生物智能的尋優(yōu)算法。 28 PID參數(shù)整定 ? 采樣周期的選擇 ?一般對(duì)于響應(yīng)快或信號(hào)變化較快的系統(tǒng)，采樣周期應(yīng)當(dāng)較小。 ? 在給定值 r不變時(shí) 11 ( )( ) ( ) ( )kpdnteku k K e k e n T TTT=禳镲 D镲= + +睚镲镲鉿229。 ? 但是，如果對(duì)象的響應(yīng)較慢，在階躍響應(yīng)早期，可能 出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間不變號(hào)的大偏差，產(chǎn)生過大的偏差積分值，導(dǎo)致控制器飽和。 20 比例控制在穩(wěn)態(tài)時(shí)段的作用 ? 控制信號(hào) u與偏差成比例： ? 被控量 y成為： ? 解出被控量 y ： ? 代入靜差 ess的公式： p s s p()u K e K r y= = p s s p()y K u K K e K K r y= = = pp1KKyrKK=+ssp11erKK=+Kpr es syyu+K21 比例控制在穩(wěn)態(tài)時(shí)段的作用 ? 可見，如果增大比例控制參數(shù) Kp，可以使靜差 ess減小，但僅僅有比例控制 Kp無法消除靜差 ess。 控 制 器 系 統(tǒng)r e u y+_17 常規(guī) PID控制 ? Kp是對(duì)偏差 e(t)進(jìn)行比例（ Proportional）運(yùn)算的系數(shù)； Ki是對(duì)偏差 e(t)進(jìn)行積分（ Integral）運(yùn)算的系數(shù)； Kd是對(duì)偏差 e(t)進(jìn)行微分（ Differential）運(yùn)算的系數(shù) ? PID控制的比例、積分和微分三種運(yùn)算都是針對(duì)偏差 e(t)進(jìn)行的。 0 | ( ) |dI A E e t t?? ?14 絕對(duì)誤差積分 ? 絕對(duì)誤差積分的幾何意義是圖中陰影的