智能控制模糊控制设计实例学习教案.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,#,单击此处编辑母版标题样式,会计学,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,会计学,1,第一页，共25页。,模糊(m hu)控制器组成,input,模糊化,模糊推理,清晰化,Fuzzification,Fuzzy-inference,控制对象,output,Defuzzification,模糊控制器,知识库,Knowledge base,Plant,Fig The structure of Fuzzy Control system,第1页/共25页,第二页，共25页。,模糊(m hu)控制器设计实例,倒锥形容器的液位模糊控制系统设计(shj)及实现：,受控对象：倒锥形容器的液位高度h,检测装置(zhungzh)：测量容器底部压力来间接测量液位,执行机构：系统的执行机构为电磁阀V1,通过控制V1的开启度来控制液位。假设V1的开启度与液位呈线性关系。,模糊控制器：受控对象是倒锥形容器，其液位高度h和进水量Q间的关系不是线性关系，且有实质性，因此是较为复杂的控制对象。此类控制对象采用模糊控制器是可取的方案。,第2页/共25页,第三页，共25页。,首先确定模糊控制器结构。,为得到良好的控制性能，观测液位误差e和误差变化ec，而控制量只有一个(y)电磁阀V1的开启电压u。因此，模糊控制器采用两输入单输出的二维结构。,2.确定语言变量。,需要确定(qudng)的语言变量有3个：,误差(wch)e,误差变化ec,输出控制电压,u,第3页/共25页,第四页，共25页。,设液位给定高度hd，实际高度h，则液位误差e=hd-h，取其语言变量为E，论域X=-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，论域上模糊子集是Ai(i=1,2,7)，相应语言值为正大（PB），正中（PM），正小（PS），零（Z），负小（NS），负中（NM），负大（NB）。分别表示当前(dngqin)水位h相对设定值hd为：“极低”、“很低”、“偏低”、“正好”、“偏高”、“很高”、“极高”。,2.1 误差(wch)e,系统液位误差前后两次采样值变化量是ec=e2-e1=(hd-h1)-(hd-h2)=h2-h1，取其语言变量为EC，论域Y=-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，论域上的模糊子集(z j)是Bj（j=1,2,3,5），相应语言值为正大（PB），正小（PS），零（Z），负小（NS），负大（NB）。分别表示当前水位变化h2-h1为：“快速上升”、“上升”、“不变”、“下降”、“快速下降”。,第4页/共25页,第五页，共25页。,系统输出控制量u，取其语言(yyn)变量为U，论域Z=-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，论域上模糊子集是Ck(k=1,2,3,7)，相应语言(yyn)值为正大（PB），正中（PM），正小（PS），零（Z），负小（NS），负中（NM），负大（NB）。分别表示控制执行机构动作为：“发水位高限报警，关闭阀门V1”、“阀门V1开度减小量大”、“阀门V1开度减小量小”、“阀门V1开度不变”、“阀门V1开度增加量小”、“阀门V1开度增加量大”、“发水位低限报警，并阀门V1开度为最大”。,3 确定(qudng)语言值隶属度函数。,对上面各语言(yyn)之给定其模糊化的隶属度函数，这里选择三角形函数。,第5页/共25页,第六页，共25页。,4 建立(jinl)模糊控制规则,If E=PB and EC=NB or NS or Z then U=NB,If E=PB and EC=PB or PS then U=NM,If E=PM and EC=NB or NS then U=NB,If E=PM and EC=PB then U=NS,If E=PM and EC=PS or Z then U=NM,If E=PS and EC=NB then U=NM,If E=PS and EC=NS or Z then U=NS,If E=PS and EC=PB or PS then U=Z,If E=Z and EC=NB or NS then U=NS,If E=Z and EC=PB or PS then U=PS,If E=Z and EC=Z then U=Z,If E=NS and EC=NB or NS then U=Z,If E=NS and EC=Z or PS then U=PS,If E=NS and EC=PB then U=PM,If E=NM and EC=NB then U=PS,If E=NM and EC=Z or NS then U=PM,If E=NB and EC=NS or NB then U=PM,If E=NM and EC=PB or PS then U=PB,If E=NB and EC=Z or PS or PB then U=PB,第6页/共25页,第七页，共25页。,5 确定模糊(m hu)关系,第7页/共25页,第八页，共25页。,计算(j sun)模糊关系R，为计算(j sun)方便起见，先将由图给出的模糊隶属度函数以矢量形式表示，列成表。,模糊集合(jh)A的隶属度函数,第8页/共25页,第九页，共25页。,模糊(m hu)集合B的隶属度函数,第9页/共25页,第十页，共25页。,模糊(m hu)集合C的隶属度函数,第10页/共25页,第十一页，共25页。,R1:If E=PB and EC=NB or NS or Z then U=NB,可理解(lji)为 ：,:If E=PB then U=NB；:If EC=NB or NS or Z then U=NB。,第11页/共25页,第十二页，共25页。,在求,R,B1,之前先求出“并集”,第12页/共25页,第十三页，共25页。,同样可求得,R,Ai,和,R,Bi,（,i=2,3,19,），并按,第13页/共25页,第十四页，共25页。,6.模糊推理和解(hji)模糊,在求得所设计模糊控制器的模糊关系R以后，可以由合成推理方法求解输出控制量模糊值矢量。设系统(xtng)当前偏差是e*和偏差变化是ec*，则对于第i条规则的输出控制量为,因此控制器总的输出量是,也可以(ky)写成,即得到,第14页/共25页,第十五页，共25页。,1）当e*=NS（负小），即系统水位实际高度(god)h比给定值hd略微高一点，而ec*=PS（正小），即系统水位稍有增高趋势，则这时的控制量应该是,第15页/共25页,第十六页，共25页。,对于上面得到(d do)的控制器输出模糊矢量,由于具有两个相邻(xin ln)的隶属度最大值，因此采用最大隶属度法解模糊时，取它们的平均值为,从隶属函数图c可知：此时模糊控制器的输出u*值对应于子集C4或C3（即Z或PS），使阀门V1开度暂时(znsh)不变或作少量的减小。,第16页/共25页,第十七页，共25页。,2）当e*=NS（负小），即系统水位实际高度h比给定值hd略微高一点(y din)，而ec*=PB（正大），即系统水位仍有很快增高趋势，则这时的控制量应该是,第17页/共25页,第十八页，共25页。,对于上面(shng min)得到的控制器输出模糊矢量,由于具有多个(du)相邻的隶属度最大值，因此采用最大隶属度法解模糊时，取它们的平均值为,从图c可知：此时模糊控制器的输出(shch)u*值对应于子集C3（即PS），使阀门V1开度作少量的减小。,第18页/共25页,第十九页，共25页。,又当e*=PM(正中)，即系统水位实际高度h比给定值hd低得较多时，而ec*=NB(负大)，即系统水位仍在很快下降(xijing)，则此时的控制量应该是,第19页/共25页,第二十页，共25页。,对于(duy)上面得到的控制器输出模糊矢量为,同样，由于具有多个相邻的最大隶属度值，因此采用最大隶属度法解模糊(m hu)时，取它们的平均值为：,由图c可知(k zh)：此时输出u*值对应于子集C6(即NM)，应该使阀门V1开度量有较大增加，使进水量加大，从而使液位较快速升级。,第20页/共25页,第二十一页，共25页。,根据语言变量E和EC论域的量化等级，按照上面合成推理和解模糊方法(fngf)，可以得到一个容量为77（49点）的模糊控制查询表（采用最大隶属度法解模糊）。,第21页/共25页,第二十二页，共25页。,输入EC为等级-2时，输出U的解模糊值可以取和EC为-1和-3时相同，这可以从图b知道，由于当ec为等级-2时，隶属度值最大的是取模糊子集B4或B5都可以，因此，其输出值必然和ec为-1/-3时相同。同样道理，当EC为等级+2时，输出U的解模糊值可以取和EC为+1或+3相同；,当输入E为等级-2且EC等级为+1时，输出U的解模糊值为不确定，用?表示。因为此时推理得到的输出模糊矢量(shling)，1.0，两个最大隶属度值并不相邻，因此，不宜采用最大隶属度法解模糊。采用加权平均法解模糊时，得到下页所示模糊控制查询表。,第22页/共25页,第二十三页，共25页。,第23页/共25页,第二十四页，共25页。,第24页/共25页,第二十五页，共25页。,