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模糊控制

3.1模糊控制的工作原理模糊控制的基本思想將人類專家對特定對象的控制經驗，運用模糊集理論進行量化，轉化為可數學實現的控制器，從而實現對被控對象的控制。人類專家的控制經驗是如何轉化為數字控制器的？人類對熱水器水溫的調節控制思想：如果水溫偏高，就把燃氣閥關小；如果水溫偏低，就把燃氣閥開大。

3.1模糊控制的工作原理模仿人類的調節經驗，可以構造一個模糊控制系統來實現對熱水器的控制。用一個溫度感測器來替代左手進行對水溫的測量，感測器的測量值經A/D變換後送往控制器。電磁燃氣閥代替右手和機械燃氣閥作為執行機構，電磁燃氣閥的開度由控制器的輸出經D/A變換後控制。構造控制器，使其能夠模擬人類的操作經驗。人類的控制規則如果水溫比期望值高，就把燃氣閥關小；如果水溫比期望值低，就把燃氣閥開大。描述了輸入（水溫與期望值的偏差e）和輸出（燃氣閥開度的增量u）之間的模糊關係R

3.1模糊控制的工作原理輸入e輸出u模糊推理規則庫RD/A電磁閥熱水器溫度感測器A/D期望值＋－eu模糊值模糊值精確值精確值模糊化去模糊化熱水器水溫模糊控制系統結構

3.1模糊控制的工作原理模糊控制器的基本工作原理將測量得到的被控對象的狀態經過模糊化介面轉換為用人類自然語言描述的模糊量，而後根據人類的語言控制規則，經過模糊推理得到輸出控制量的模糊取值，控制量的模糊取值再經過清晰化介面轉換為執行機構能夠接收的精確量。

3.2模糊控制器的結構和設計模糊控制器的基本結構通常由四個部分組成：模糊化介面規則庫模糊推理清晰化介面

3.2.1模糊化介面3.2模糊控制器的結構和設計模糊化就是通過在控制器的輸入、輸出論域上定義語言變數，來將精確的輸入、輸出值轉換為模糊的語言值。模糊化介面的設計步驟事實上就是定義語言變數的過程，可分為以下幾步：1)語言變數的確定針對模糊控制器每個輸入、輸出空間，各自定義一個語言變數。通常取系統的誤差值e和誤差變化率ec為模糊控制器的兩個輸入，在e的論域上定義語言變數“誤差E”，在ec的論域上定義語言變數“誤差變化EC”；在控制量u的論域上定義語言變數“控制量U”。

3.2模糊控制器的結構和設計2)語言變數論域的設計在模糊控制器的設計中，通常就把語言變數的論域定義為有限整數的離散論域。例如，可以將E的論域定義為{-m,-m+1,…,-1,0,1,…,m-1,m}；將EC的論域定義為{-n,-n+1,…,-1,0,1,…,n-1,n}；將U的論域定義為{-l,-l+1,…,-1,0,1,…,l-1,l}。?為了提高即時性，模糊控制器常常以控制查詢表的形式出現。該表反映了通過模糊控制演算法求出的模糊控制器輸入量和輸出量在給定離散點上的對應關係。為了能方便地產生控制查詢表，在模糊控制器的設計中，通常就把語言變數的論域定義為有限整數的離散論域。

如何實現實際的連續域到有限整數離散域的轉換？通過引入量化因數ke、kec和比例因數ku來實現kekecd/dt模糊控制器ku期望值y＋－eecEECUu假設在實際中，誤差的連續取值範圍是e=[eL,eH]，eL表示低限值，eH表示高限值。則：同理，假如誤差變化率的連續取值範圍是ec=[ecL,ecH]，控制量的連續取值範圍是u=[uL,uH]，則量化因數kec和比例因數ku可分別確定如下：3.2模糊控制器的結構和設計

在確定了量化因數和比例因數之後，誤差e和誤差變化率ec可通過下式轉換為模糊控制器的輸入E和EC：式中，代表取整運算。模糊控制器的輸出U可以通過下式轉換為實際的輸出值u：3.2模糊控制器的結構和設計

3)定義各語言變數的語言值通常在語言變數的論域上，將其劃分為有限的幾檔。例如，可將E、EC和U的劃分為{“正大（PB）”，“正中(PM)”，“正小（PS）”，“零（ZO）”，“負小（NS）”，“負中（NM）”，“負大（NB）”}七檔。檔級多，規則制定靈活，規則細緻，但規則多、複雜，編制程式困難，佔用的記憶體較多；檔級少，規則少，規則實現方便，但過少的規則會使控制作用變粗而達不到預期的效果。因此在選擇模糊狀態時要兼顧簡單性和控制效果。3.2模糊控制器的結構和設計

4)定義各語言值的隸屬函數隸屬函數的類型正態分佈型（高斯基函數）其中，ai為函數的中心值，bi為函數的寬度。假設與{PB，PM，PS，ZO，NS，NM，NB}對應的高斯基函數的中心值分別為{6，4，2，0，-2，-4，-6}，寬度均為2。隸屬函數的形狀和分佈如圖所示。3.2模糊控制器的結構和設計

三角型梯型3.2模糊控制器的結構和設計

隸屬函數確定時需要考慮的