第十章 模糊控制系统的应用 智能系统课件.pptVIP

第十章 模糊控制系统的应用 10.1 速度模糊控制器的设计 10.2 三种控制器的设计与性能比较 10.3 变参数双模糊控制器 10.1 速度模糊控制器的设计 模糊控制器选用二维输入和一维输出。输入变量为误差E和 误差变化EC，输出变量为伺服电机力矩控制量T，误差和误 差变化的模糊标记分别为12和11个变化值。隶属函数选用等 距离交叉分配的三角形。 10.2三种控制器的设计与性能比较 10.2.1 控制算法的描述 10.2.2 结果的对比 10.3变参数双模糊控制器 10.3.1 变参数双模糊控制器 1) 模糊逻辑设计 10.3.2仿真实验验证 * 图10.1 E和EC的隶属函数 控制规则采用带有调节因子的控制算法 控制规则含意用语言变量来描述，则形成为 对于任意一对前提e和ec，模糊算法将对每一条规则根据输入前提隶属函数最小值法得到其规则强度，可写为 根据所观察到的输入前提，模糊控制器推导出一个模糊结论U，它的隶属函数是 采用单值的I形作为输出变量的隶属函数，采用质量中心法(COG)，结合加权平均，计算控制输出精确值。求解公式为 精确输出值 输出变量的量化因子，可由处理器的位数来确定。对于一个16位的数字信号处理器，具有11个模糊集合的量化因子为Ku = 6553.6。所有大于或等于模糊标记 ?5 的控制量均以 = 32768值输出。 被控系统具有下列开环电机械方程 的精确模型选为 被控系统中的线性部分是通过标准的ARMAX辩识，方程为 图10.2 被控系统实测和仿真输入输出特性 图10.3 模糊逻辑控制仿真系统方框图 当控制规则确定后，控制系统响应的动静态性能就由Ke、Kec和Ku来决定。三个参数的选择步骤为 输出最大可达范围 (1) Ku = ———————— ； 最大量化级别 (2) 令Kec=0，调定Ke，使系统在不振荡的前提下，达到尽可能大稳态精度； (3) 适当增加Kec的值，以提高上升时间，同时又不使系统振荡。 图10.4(a) 对阶跃信号的仿真响应 图10.4(b) 对变化信号的仿真响应 图10.4(c) 跟踪图10.4(b)信号的系统误差 1） 常规的线性控制器 PD控制器的控制算法可以用下式表示： 图10.5 PD控制器特性表面图 2 ）模糊控制器 模糊控制器的输入e、ec 和输出u 的基本论域取: [-Emax，Emax]、[-ECmax，ECmax] 和[-Umax,Umax]，量化因子可选为Ke=5/Emax，Kec=5/ECmax和Ku=Umax/5，输入变量的隶属函数采用等距离交叉分配的三角形 图10.6 E和EC的隶属函数 输出控制变量采用单值的I形隶属函数，通过质量中心法(COG)，结合加权平均，可得控制输出的精确值，公式为： 精确输出值 3） 非线性模糊控制规则(NFLC)的设计 在此设计两种不同的控制规则。第一种如表10.2所示。这是 的控制规则。 人们常用的带有调节因子 表10.2 PD型模糊控制规则 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 0 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 0 -1 4 4 4 3 3 2 2 1 1 0 -1 -1 3 4 3 3 2 2 1 1 0 -1 -1 -2 2 3 3 2 2 1 1 0 -1 -1 -2 -2 1 3 2 2 1 1 0 -1 -1 -2 -2 -3 +0 2 3 2 2 1 2 1 1 0 1 -1 0 -1 -1 -2 -1 -2 -2 -3 -2 -3 -3 -1 -0 2 1 1 0 -1 -1 -2 -2 -3 -3 -4 -2 1 1 0 -1 -1 -2 -2 -3 -3 -4 -4 -3 0 1 -1 0 -1 -1 -2 -1 -2 -2 -3 -2 -3 -3 -4 -3 -4 -4 -5 -4 -5 -5 -5 -4 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 图10.7 PD型模糊控制规则输入输出特性表面 第二种控制规则是在第一种的基础上进行一些调整以改进系统对阶跃响应的过渡过程状态。称为非线性模糊控制规则。 表10.3 非线性模糊控制规则 5 5 5 5 5 5 4 4 4 4 4 5 4 4 4 4 4 4 4 3 3 3 3 4 3 3 3 3 3 3 3 3 2 2 2 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1