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第3章 模糊控制 第1节 模糊控制概述 第2节 模糊控制算法 第3节 模糊控制器设计 第4节 模糊控制查表法 第5节 模糊控制器设计举例 第6节 模糊控制与PID控制的结合 第1节 模糊控制概述 模糊控制的提出与发展 模糊控制的特点 模糊控制的定义 模糊控制系统的组成 模糊控制的应用 一、模糊控制的提出与发展 传统的控制方法建立在被控对象精确的数学模型之上，随 传统的控制方法建立在被控对象精确的数学模型之上，随 着系统复杂程度的提高，难以建立系统精确的数学模型和 着系统复杂程度的提高，难以建立系统精确的数学模型和 满足实时控制的要求 满足实时控制的要求 采用传统控制方法难以解决的复杂控制问题，可由操作人 采用传统控制方法难以解决的复杂控制问题，可由操作人 员凭着丰富的实践经验，达到满意的控制效果 员凭着丰富的实践经验，达到满意的控制效果 驾驶汽车 驾驶汽车 人类的这些控制经验，如果能够转换为可以用计算机实现 的控制算法，将为不确定系统的控制开辟新的途径 利用模糊集合理论，把人类专家用自然语言描述的控制策 略转化为计算机能够接受的算法语言，模拟人类的智能， 实现生产过程的有效控制 模糊控制的发展 1974年，玛丹尼首先将模糊集合和模糊语言逻辑成功地应 用于蒸汽机的控制，开创了模糊控制的先河 1976年，玛丹尼又将该理论应用于水泥旋转炉的控制 1977年，Willaey等设计了最优模糊控制器 1980年，Tong 等实现了污水处理过程的模糊控制 1983年，Takagi等给出了模糊控制规则的获取方法， Yasunobu等设计了预测模糊控制系统，日本Fuji Electric 公司实现了饮水处理装置的模糊控制 1984年，Sugeno等实现了汽车停车的模糊控制 1985年，Kiszka等给出了模糊控制系统的稳定性定理， Togai等研制了模糊芯片 1986年，Yamakawa等设计了模糊控制硬件系统 1987年，日本Hitachi公司研制出地铁的模糊控制系统 1988年，Czogala给出了多输入模糊控制系统 1991年，De Neyer等设计了内模模型模糊控制系统 1992年，Yager给出了模糊控制隶属函数的神经网络学习 方法。王立新给出了模糊万能逼近器 二 模糊控制的特点 无需知道被控对象的数学模型 控制行为反映人类智慧 易被人们所接受 构造容易 鲁棒性好 三 模糊控制的定义 是一种自动控制系统 以模糊数学、模糊语言形式的知识表示、模糊逻辑，以及 模糊推理为理论基础 采用计算机控制技术构成的具有闭环结构的数字控制系统 组成核心是具有智能性的模糊控制器 注意 从控制结构上讲，模糊控制系统是一种闭环控制系统 从实现手段上讲，需要对被控量采样，并与设定值比较； 控制器的输出是数字信号，进行模数转化后才能作用于被 控对象，需要采用计算机控制技术实现该数字控制系统 从知识结构上讲，需要模糊集合理论、模糊语言变量、模 糊逻辑，以及模糊推理等知识，体现了人类智慧，是一种 典型的智能控制系统 从控制方法上讲，是一种具有“ 自由模型”的非线性控制方 法，对采用传统定量技术分析过于复杂的过程，或者提供 的信息是定性、非精确的、非确定的系统，控制效果明显 四 模糊控制系统的组成 模糊控制器：实现模糊控制算法 输入/输出接口装置：将被控对象输出的模拟量转化为数字 量，将模糊控制器输出的数字量转化为模拟量 广义对象：包括被控对象及执行机构 传感器：将被控对象的输出转换为电信号（模拟或数字） 模糊控制器的结构 模糊化接口 将采用标量形式表示的偏差、偏差的变化量转化为相应 语言值的隶属度向量 注意 将一个精确量转化为模糊量，精确量以标量形式表 示，模糊量以向量形式表示，向量包含的分量个数 与相应论域上定义的语言值相关 输入信号可以是一个、两个，通常由具体的控制任 务决定 在论域上定义的语言值可多可少，由控制精度而定 知识库 用于存放模糊推理需要的知识，包括数据库和规则库 数据库提供必要的定义，包括：量化等级个数与取值、 量化方式；比例因子取值；隶