基于模糊推理的智能控制系統(tǒng)

《基于模糊推理的智能控制系統(tǒng)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、信息學(xué)院·尤富強(qiáng)智能控制理論及其應(yīng)用第3章基于模糊推理的智能控制系統(tǒng)學(xué)習(xí)目標(biāo)?了解模糊數(shù)學(xué)的相關(guān)理論?掌握模糊控制的基本思想?掌握模糊控制器的原理?了解模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)方法3.1模糊控制的基本思想以往的各種傳統(tǒng)控制方法均是建立在被控對(duì)象精確數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的，然而，隨著系統(tǒng)復(fù)雜程度的提高，將難以建立系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型。在工程實(shí)踐中，人們發(fā)現(xiàn)，一個(gè)復(fù)雜的控制系統(tǒng)可由一個(gè)操作人員憑著豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得到滿意的控制效果。這說明，如果通過模擬人腦的思維方法設(shè)計(jì)控制器，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)的控制，由此產(chǎn)生了模糊控制。3

2、.1模糊控制的基本思想由測(cè)量裝置、控制器、被控對(duì)象及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)，就是人們所悉知的常規(guī)負(fù)反饋控制系統(tǒng)。圖3-1、3-2分別給出了手動(dòng)控制和負(fù)反饋控制的方框圖。圖3-2常規(guī)反饋控制系統(tǒng)方框圖圖3-1手動(dòng)控制方框圖3.1模糊控制的基本思想模糊數(shù)學(xué)的創(chuàng)始人，著名的控制論專家Zadeh教授舉過一個(gè)停車問題的例子，是非常富有啟發(fā)性的問題。所謂停車問題是要把汽車停在擁擠的停車場(chǎng)上兩輛車之間的一個(gè)空隙處。對(duì)于上述問題，從事控制理論研究者的解決方法是：記車C上的一個(gè)固定參考點(diǎn)的位置，記車C的方位，于是建立車的

3、狀態(tài)方程和運(yùn)動(dòng)方程分別為(3-1)(3-2)3.1模糊控制的基本思想停車問題就轉(zhuǎn)化為尋找一個(gè)控制量u(t)，使其在滿足各種約束的條件下把初始狀態(tài)轉(zhuǎn)移到終端狀態(tài)中去。汽車司機(jī)是這樣操縱的，先讓車向前運(yùn)動(dòng)，前輪先向右而后向左，然后使車向后運(yùn)動(dòng)，前輪仍先向右而后向左，經(jīng)過多次反復(fù)，車將橫向移動(dòng)一個(gè)所需要的距離，最后向前開停在空隙處。這樣，汽車司機(jī)通過一些不精確的觀察，執(zhí)行一些不精確的控制，卻達(dá)到了準(zhǔn)確停車的目的。3.1模糊控制的基本思想模糊控制是建立在人工經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的。對(duì)于一個(gè)熟練的操作人員，他往往憑借豐富的實(shí)

4、踐經(jīng)驗(yàn)，采取適當(dāng)?shù)膶?duì)策來巧妙地控制一個(gè)復(fù)雜過程。若能將這些熟練操作員的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)加以總結(jié)和描述，并用語言表達(dá)出來，就會(huì)得到一種定性的、不精確的控制規(guī)則。如果用模糊數(shù)學(xué)將其定量化就轉(zhuǎn)化為模糊控制算法，形成模糊控制理論。3.1模糊控制的基本思想模糊控制理論具有一些明顯的特點(diǎn)：（1）模糊控制不需要被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。模糊控制是以人對(duì)被控對(duì)象的控制經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)而設(shè)計(jì)的控制器，故無需知道被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。（2）模糊控制是一種反映人類智慧的智能控制方法。模糊控制采用人類思維中的模糊量，如“高”、“中”、“低”、“大”、“

5、小”等，控制量由模糊推理導(dǎo)出。這些模糊量和模糊推理是人類智能活動(dòng)的體現(xiàn)。3.1模糊控制的基本思想（3）模糊控制易于被人們接受。模糊控制的核心是控制規(guī)則，模糊規(guī)則是用語言來表示的，如“今天氣溫高，則今天天氣暖和”，易于被一般人所接受。（4）構(gòu)造容易。模糊控制規(guī)則易于軟件實(shí)現(xiàn)。（5）魯棒性和適應(yīng)性好。通過專家經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的模糊規(guī)則可以對(duì)復(fù)雜的對(duì)象進(jìn)行有效的控制。3.1模糊控制的基本思想總結(jié)人的控制行為，正是遵循反饋及反饋控制的思想。人的手動(dòng)控制決策可以用語言加以描述，總結(jié)成一系列條件語句，即控制規(guī)則。運(yùn)用微機(jī)的程序

6、來實(shí)現(xiàn)這些控制規(guī)則，微機(jī)就起到了控制器的作用。于是，利用微機(jī)取代人可以對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行自動(dòng)控制。在描述控制規(guī)則的條件語句中的一些詞，如“較大”、“稍小”、“偏高”等都具有一定的模糊性，因此用模糊集合來描述這些模糊條件語句，即組成了所謂的模糊控制器。在智能控制理論分支中，模糊控制是目前為止，理論相對(duì)來說最完善的。3.2模糊控制的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)一、基本概念集合一般指具有某種屬性的、確定的、彼此間可以區(qū)別的事物的全體。元素或元組成集合的事物。通常用大寫字母A,B,C…X,Y,Z表示集合，而用小寫字母a,b,c,…x,y,

7、z表示集合內(nèi)元素。論域被考慮對(duì)象的所有元素的全體，一般用大寫字母U表示。模糊集合對(duì)大多數(shù)應(yīng)用系統(tǒng)而言，其主要且重要的信息來源有兩種，即來自傳感器的數(shù)據(jù)信息和來自專家的語言信息。數(shù)據(jù)信息常用0.5，2，3，3.5等數(shù)字來表示，而語言信息則用諸如“大”、“小”、“中等”、“非常小”等文字來表示。傳統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方法只能用數(shù)據(jù)信息而無法使用語言信息，而人類解決問題時(shí)所使用的大量知識(shí)是經(jīng)驗(yàn)性的，它們通常是用語言信息來描述。語言信息通常呈經(jīng)驗(yàn)性，是模糊的。因此，如何描述模糊語言信息成為解決問題的關(guān)鍵。3.2模糊控制的數(shù)

8、學(xué)基礎(chǔ)模糊集合的概念是由美國加利福尼亞大學(xué)著名教授L.A.Zadeh于1965年首先提出來的。模糊集合的引入，可將人的判斷、思維過程用比較簡單的數(shù)學(xué)形式直接表達(dá)出來。模糊集理論為人類提供了能充分利用語言信息的有效工具。模糊集合是模糊控制的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。3.2模糊控制的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)特征函數(shù)和隸屬函數(shù)在數(shù)學(xué)上經(jīng)常用到集合的概念。例如：集合A由4個(gè)離散值x1，x2，x3，x4組成。A={x1,x2,x3,x4}例如：集合A由0