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智能控制技术⑵ 第3章：模糊控制系统 何谓模糊控制系统？ 模糊控制的基本思想 3.1 模糊控制系统的组成⑴ 3.1 模糊控制系统的组成⑵ 3.2 模糊控制系统的基本原理⑴ 3.2 模糊控制系统的基本原理⑵ 3.2 模糊控制系统的基本原理⑶ 1.偏差量e和控制量u 2.模糊化 3.模糊规则 4.模糊关系⑴ 4.模糊关系⑵ 4.模糊关系⑶ 5.模糊推理 6.解模糊 确切响应与控制表⑴ 确切响应与控制表⑵ 3.3 模糊控制系统的特点 3.4 模糊控制器的基本结构 一、模糊控制器的组成 ⒈模糊化接口 ⒉知识库（Knowledge base) ⒊模糊推理机（inference engine） ⒋精确化过程（解模糊） 二、模糊控制器结构⑴ 二、模糊控制器结构⑵ 二、模糊控制器结构⑶ 3.5 模糊控制系统的设计 控制系统阶跃响应分析⑴ 控制系统阶跃响应分析⑵ 控制系统阶跃响应分析⑶ 模糊控制器的设计内容 一、模糊控制器的结构选择 ⑴ 单输入—单输出结构 一维控制器 二维控制器 多维控制器 ⑵ 多输入—多输出结构 二、模糊规则的选择 ⑴模糊语言变量的确立 ⑵确定语言值的隶属函数 隶属函数曲线形状对控制性能的影响 模糊子集对论域的覆盖程度 各模糊子集之间相互关系对控制性能的影响 ⑶模糊控制规则的建立 Mamdani控制规则 三、模糊推理 孤点时的模糊推理方式⑴ 孤点时的模糊推理方式⑵ 孤点时的模糊推理方式⑶ 四、解模糊 ⑴最大隶属度法 ⑵中位数法 ⑶加权平均法 五、论域及比例因子的确定 论域变换公式 ⑴关于论域的选择问题 ⑵量化因子及比例因子 六、采样时间的选择⑴ 六、采样时间的选择⑵ 3.6 模糊控制器的设计举例 一、液位系统的模糊控制器设计 控制系统的五个基本环节 ⒈确定模糊控制器的结构 ⒉语言值及其隶属度 ⒊选择模糊控制规则 ⒋模糊推理过程 模糊关系计算 模糊关系计算 模糊关系 模糊推理结果 ⒌模糊判决 求取控制查询表 模糊控制器的编程步骤 二、直流调速系统的模糊控制器设计 ⒈模糊化设计⑴ ⒈模糊化设计⑵ ⒉控制规则设计 ⒊模糊逻辑推理 4.精确化计算 5.控制系统的运行结果 模糊控制系统的设计过程与被控对象紧密相关。 本节将介绍二个典型系统的设计过程。虽然他们都是针对特定对象的，但设计的思想和方法是类同的，可以完全移植到不同的控制对象中去。 它含有一个上水箱、一个下水箱及一个锥形的中间蓄水容器。锥形容器上有一个进水阀Vl和一个出水阀V2，其中进水阀是电磁阀，由计算机控制，而出水阀为手动阀，它作为一种扰动量。下水箱内的水经循环泵送至上水箱。 控制器：它实质上是含有一定算法的计算机（微机、单片机等），其中控制算法还有待设计、编程。 输入／输出接口：分别由A／D和D／A转换板组成，负责计算机与外界的连接和信号转换。 被控对象：锥形容器的被控状态为液位高度h。 传感器：在这里，液位高度不便直接测量，可用测量容器底部压力的办法来测量液位，因此所用的传感器为压力计。需要说明的是，尽管这里也属间接电测量，但由于液位高度与容器底部压力的关系是明确的，因此只需作一次转换即可。 执行机构：控制液面高度的唯一途径是进水量，而进水量与电磁阀V1的开启度有关。因此，执行机构即为电磁阀Vl。注意，这里的手动阀V2只作为系统的扰动量，不作为控制量。为简单起见，假设电磁阀的开启度与进水量成线性关系。 为方便起见，把控制器确定为一维控制量。其中，输入变量为液位高度误差，输出变量为控制量的增量。若设定的液位高度为h0，实际高度为h，则系统的输出误差为 e＝h－h0 模糊控制器的输入量 选择模糊语言变量的语言值及其隶属度。若取误差和控制量增量的语言值为 {负大，负小，零，正小，正大} {NB，NS，ZO，PS，PB} 设误差的论域为X，并将误差量化为7个等级 X＝{－3，－2，－1，0，1，2，3} 若设控制量的论域为Y，它的量化等级也为7个 Y＝{－3，－2，－1，0，1，2，3} X、Y上各模糊子集的隶属度： PB＝0.2／1＋0.5／2＋1／3 NS＝1／1＋0.5／2＋0.1／3 ZO＝0.3／－1＋1／0＋0.3／1 NS＝0.1／－3＋0.5／－2＋1／－1 NB＝1／－3＋0.5／－2＋0.2／－1 由于本例中选择一维控制器，因此输入、输出变量之间的关系非常明确，简单归纳如下： ⑴若e负大，则Δu正大；