現(xiàn)代過程控制基礎(chǔ)-4-模糊控制(編輯修改稿)
2025-02-13 12:34 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 模糊語言變量的隸屬度值，即所謂對模糊變量賦值。 模糊控制器的設(shè)計 模糊控制規(guī)則的建立與模糊推理 模糊控制規(guī)則的建立 模糊控制規(guī)則是模糊控制的核心，因此，如何建立模糊控制規(guī)則是至關(guān)重要的問題。模糊控制規(guī)則的生成大致有四種方法： （ 1）根據(jù)專家經(jīng)驗或過程知識生成控制規(guī)則； （ 2）根據(jù)過程模糊模型生成控制規(guī)則； （ 3）根據(jù)對手工控制操作的系統(tǒng)觀察和測量生成控制規(guī)則；（ 4）根據(jù)學(xué)習(xí)算法生成控制規(guī)則。 實際工程中，通常采用第一種方法來確定控制規(guī)則，并在試驗過程中不斷進行修改和完善。規(guī)則的形式常采用類似于計算機程序設(shè)計語言的條件語句： ?? t h e nif 模糊控制器的設(shè)計 將模糊控制器的輸入量轉(zhuǎn)化為模糊量功模糊邏輯決策系統(tǒng)用，每一條模糊規(guī)則可以求出一個模糊關(guān)系 R。模糊邏輯決策器根據(jù)控制規(guī)則決定的模糊關(guān)系 R，應(yīng)用模糊邏輯推理算法得出控制器的模糊輸出控制量，最后精確化輸出。 對于 n條模糊控制規(guī)則可以得到輸入輸出關(guān)系矩陣R1， R2， ……. ， Rn，從而有模糊規(guī)則的合成算法可得到總的模糊關(guān)系矩陣為： 模糊推理 iniRUR1??對于任一系統(tǒng)誤差 和系統(tǒng)誤差變化 ，其對應(yīng)的模糊控制器輸出 為： iE jDE ijCRDEEC jiij ?)( ??通過上面的公式計算出模糊控制量 ，但是計算量非常的大，一般采用查表法 ijCk1 k2 量化 量化 模糊控制表 k3 對象 e de x y z u T + 圖 48 控制表方式的模糊控制邏輯控制器結(jié)構(gòu)圖 模糊控制器的設(shè)計 模糊控制器的設(shè)計 反模糊化處理 通過模糊推理得到的結(jié)果仍然是一個模糊量，但實際應(yīng)用中，控制或驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)需要的是精確量。因此要將模糊量轉(zhuǎn)換為精確量，這一過程稱為反模糊化。從工程應(yīng)用的角度看，需要使用代表性好、算法簡單的反模糊化方法。 （ 1）最大隸屬度法 這種方法最簡單，在輸出模糊集合中取隸屬度最大的作為精確值輸出： （ 2） 重心法 所謂重心法就是取輸出模糊集合隸屬函數(shù)曲線與橫坐標(biāo)軸圍成面積的重心相應(yīng)的輸出作為輸出的精確值。 Vvvv v ?? )(m a x0 ????V vV vdvvdvvvv)()(0 ???????mkkvmkkvkvvvv110)()(??或 以溫度控制系統(tǒng)的模糊控制器設(shè)計為例，說明設(shè)計步驟 ： （ 1） 確定模糊控制器的輸入、輸出變量 deTTe d 以及誤差變化?? ——輸入語言變量 控制加熱裝置的供電電壓 u——輸出語言變量 （２）確定個輸入、輸出變量的變化范圍、量化等級和量化因子 k k k3 取三個語言變量的量化等級為 9級，即 x， y， z={4， 3， 2， 1， 0， 1，2， 3， 4}。誤差 e的論域為 [150， 150]。誤差變化 de的論域為 [50， 50]?？刂戚敵?u的論域為 [64， 64]。則各比例因子為： K1=4/150, k2=4/50, k3=64/4 （ 3） 在各輸入和輸出語言變量的量化域內(nèi)定義模糊子集 首先確定各語言變量論域內(nèi)的模糊子集的個數(shù)。這里取 5個模糊子集，即 PB、 PS、 ZE、 NS、 NB。各模糊子集通過隸屬度函數(shù)來定義。為提高穩(wěn)態(tài)點控制的精度，量化方式采用非線性量化。 模糊控制器的設(shè)計 模糊控制器的設(shè)計 誤差 e 150 90 30 10 0 10 30 90 150 誤差率 de 50 30 15 5 0 5 15 30 50 控制 v 64 16 4 2 0 2 4 16 64 量化等級 4 3 2 1 0 1 2 3 4 狀態(tài)變量 相關(guān)的隸屬度函數(shù) PB 0 0 0 0 0 0 0 1 PS 0 0 0 0 0 1 0 ZE 0 0 0 1 0 0 0 NS 0 1 0 0 0 0 0 NB 1 0 0 0 0 0 0 0 模糊集的隸屬度函數(shù) 模糊控制器的設(shè)計 （ 4）模糊控制規(guī)則的確定 模糊控制規(guī)則的實質(zhì)是將操作員的控制經(jīng)驗加以總結(jié)而得出一條條模糊條件語句的集合。確定模糊控制規(guī)則的原則是必須保證控制器的數(shù)出能夠使系統(tǒng)輸出響應(yīng)的動靜態(tài)特性達到最佳。 設(shè)控制系統(tǒng)的響應(yīng)曲線如下圖： T Td 0 t 1 2 3 4 5 考慮誤差 e=TTd為負的情況。當(dāng) e為負大（ NB）時，系統(tǒng)處于曲線 1段，此時，無論 de的值如何，為了消除偏差應(yīng)使控制量加大，所以控制量 u因該取正大（ PB），控制規(guī)則如下： 模糊控制器的設(shè)計 規(guī)則 1 如果誤差 e是 NB、且誤差變化是 PB，則控制 U為 PB； 規(guī)則 2 如果誤差 e是 NB、且誤差變化是 PS，則控制 U為 PB； 規(guī)則 3 如果誤差 e是 NB、且誤差變化是 ZE，則控制 U為 PB； 規(guī)則 4 如果誤差 e是 NB、且誤差變化是 NS，則控制 U為 PB； 當(dāng)誤差 e為負小或者零時，主要矛盾轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)性問題。為了防止超調(diào)量過大并使系統(tǒng)盡快穩(wěn)定，就要根據(jù)誤差的變化 de來確定控制量的變化。若 de為正，表明誤差
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