《智能控制》_刘金琨_第3章.ppt

《智能控制》_刘金琨_第3章.ppt第三章第三章模糊控制的理论基础模糊控制的理论基础第一节第一节概述概述一、模糊控制的提出一、模糊控制的提出以往的各种传统控制方法均是建立在以往的各种传统控制方法均是建立在被控对象精确数学模型基础上的,然而,被控对象精确数学模型基础上的,然而,随着系统复杂程度的提高,将难以建立随着系统复杂程度的提高,将难以建立系统的精确数学模型。系统的精确数学模型。在工程实践中,人们发现,一个复杂在工程实践中,人们发现,一个复杂的控制系统可由一个操作人员凭着丰富的控制系统可由一个操作人员凭着丰富的实践经验得到满意的控制效果。这说的实践经验得到满意的控制效果。这说明,如果通过模拟人脑的思维方法设计明,如果通过模拟人脑的思维方法设计控制器,可实现复杂系统的控制,由此控制器,可实现复杂系统的控制,由此产生了模糊控制。产生了模糊控制。二、模糊控制的特点二、模糊控制的特点模糊控制是建立在人工经验基础之上模糊控制是建立在人工经验基础之上的。对于一个熟练的操作人员,他往往凭的。对于一个熟练的操作人员,他往往凭借丰富的实践经验,采取适当的对策来巧借丰富的实践经验,采取适当的对策来巧妙地控制一个复杂过程。若能将这些熟练妙地控制一个复杂过程。若能将这些熟练操作员的实践经验加以总结和描述,并用操作员的实践经验加以总结和描述,并用语言表达出来,就会得到一种定性的、不语言表达出来,就会得到一种定性的、不精确的控制规则。如果用模糊数学将其定精确的控制规则。如果用模糊数学将其定量化就转化为模糊控制算法,形成模糊控量化就转化为模糊控制算法,形成模糊控制理论。制理论。模糊控制理论具有一些明显的特点:(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。((22))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”、“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。((33)模糊控制易于被人们接受。模糊控)模糊控制易于被人们接受。模糊控制的核心是控制规则,模糊规则是用语言制的核心是控制规则,模糊规则是用语言来表示的,如来表示的,如““今天气温高,则今天天气今天气温高,则今天天气暖和暖和””,易于被一般人所接受。,易于被一般人所接受。((44)构造容易。模糊控制规则易于软件)构造容易。模糊控制规则易于软件实现。实现。((55)鲁棒性和适应性好。通过专家经验)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设计的模糊规则可以对复杂的对象进行有效的控制。效的控制。第二节模糊集合一、模糊集合一、模糊集合模糊集合是模糊控制的数学基础。模糊集合是模糊控制的数学基础。。在数学上经常用到集合的概念。例如:集合例如:集合AA由由44个离散值个离散值x1x1,,x2x2,,x3x3,,x4x4组成。组成。A={x1,x2,x3,x4}A={x1,x2,x3,x4}例如:集合例如:集合AA由由00到到11之间的连续实数值组成之间的连续实数值组成。??,,????xRxxA以上两个集合是完全不模糊的。对任意以上两个集合是完全不模糊的。对任意元素元素xx,,只有两种可能:属于只有两种可能:属于AA,,不属于不属于AA。。这种特性可以用特征函数这种特性可以用特征函数来描述:来描述:)(xA???????AxAxxA01)(?为了表示模糊概念,需要引入模糊集为了表示模糊概念,需要引入模糊集合和隶属函数的概念:合和隶属函数的概念:其中其中AA称为模糊集合,由称为模糊集合,由0,10,1及及构成,构成,表示元素表示元素xx属于模糊集合属于模糊集合AA的程度,取值的程度,取值范围为范围为[0,1][0,1],称,称为为xx属于模糊集合属于模糊集合AA的隶属度。的隶属度。????????AxAxAxxA0)1,0(1)(的程度属于?)(xA?)(xA?)(xA?2. 2. 模糊集合的表示模糊集合的表示①①模糊集合模糊集合AA由离散元素构成,表示为:由离散元素构成,表示为:???????iixxxA///2211???????),,(,),,(),,(2211iixxxA????或或②②模糊集合模糊集合AA由连续函数构成,各元素由连续函数构成,各元素的隶属度就构成了隶属度函数的隶属度就构成了隶属度函数((Membership FunctionMembership Function),),此时此时AA表示为:表示为:??xxAA/)(?在模糊集合的表达中,符号在模糊集合的表达中,符号““//””、、““++””和和““∫∫””不代表数学意义上的除号、加号不代表数学意义上的除