模糊控制PPT教材优质PPT.ppt
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(模糊逻辑模糊逻辑)常用控制算法模糊控制湖南人文科技学院湖南人文科技学院5模糊控制引论模糊控制引论自然语言的模糊逻辑表示自然语言的模糊逻辑表示模糊逻辑模糊逻辑处理变量的处理变量的隶属隶属度度(membership)和确定度和确定度(degreesofcertainty):
温度温度“温度温度很高很高”电压电压“电压电压有点偏低有点偏低”速度速度“速度速度非常慢非常慢”常用控制算法模糊控制湖南人文科技学院湖南人文科技学院6模糊控制引论模糊控制引论用模糊调合对立用模糊调合对立模糊可用来调和对立。
譬如说:
如果硬要规定模糊可用来调和对立。
如果硬要规定180公分以上才叫高的公分以上才叫高的人,那么身高人,那么身高179公分的人就要抗议了。
但是如果高的定义是由这样的隶公分的人就要抗议了。
但是如果高的定义是由这样的隶属函数来定义的话,属函数来定义的话,179公分已经相当高了!
公分已经相当高了!
常用控制算法模糊控制180cm179cmcm高的程度高的程度180160Fuzzy1cm高的程度高的程度180Crisp1湖南人文科技学院湖南人文科技学院7模糊控制引论模糊控制引论常见的模糊概念常见的模糊概念常用控制算法模糊控制风的强弱风的强弱人的胖瘦人的胖瘦年龄大小年龄大小个子高低个子高低湖南人文科技学院湖南人文科技学院8模糊模糊数学数学模糊模糊系统系统模糊模糊决策决策不確定性不確定性理论理论模糊模糊逻辑逻辑&
人工人工智能智能模糊模糊集合集合模糊模糊测量测量模糊分析模糊分析模糊模糊关系关系模糊模糊拓扑拓扑多多指标优化指标优化模糊模糊专家系统专家系统机器人学机器人学可能性可能性理论理论不不确定性测量确定性测量模糊控制模糊控制模糊信号处理模糊信号处理通讯通讯控制器控制器设计设计稳定性稳定性分析分析图像处理图像处理图像识别图像识别滤波滤波通道等化通道等化模糊模糊理论理论常用控制算法模糊控制模糊控制引论模糊控制引论湖南人文科技学院湖南人文科技学院9模糊控制引论模糊控制引论模糊控制概述模糊控制概述什么是模糊控制什么是模糊控制模糊控制是用模糊数学的知识模仿人脑的思维方式,对模糊现象进模糊控制是用模糊数学的知识模仿人脑的思维方式,对模糊现象进行识别和判决,给出精确的控制量,对被控对象进行控制。
行识别和判决,给出精确的控制量,对被控对象进行控制。
模糊控制的特点模糊控制的特点与经典控制理论和现代控制理论相比,模糊控制的主要特点是不需与经典控制理论和现代控制理论相比,模糊控制的主要特点是不需要建立对象的数学模型。
要建立对象的数学模型。
专家经验控制专家经验控制用计算机模拟操作人员手动控制的经验,对被控对象进行控制。
用计算机模拟操作人员手动控制的经验,对被控对象进行控制。
(人的经验是模糊的人的经验是模糊的)常用控制算法模糊控制湖南人文科技学院湖南人文科技学院10模糊控制引论模糊控制引论模糊控制的基本思想模糊控制的基本思想首先根据操作人员手动控制的经验,总结出一套完整的控制规则,首先根据操作人员手动控制的经验,总结出一套完整的控制规则,再根据系统当前的运行状态,经过模糊推理、模糊判决等运算,求出再根据系统当前的运行状态,经过模糊推理、模糊判决等运算,求出控制,实现对被控对象的控制。
控制,实现对被控对象的控制。
常用控制算法模糊控制湖南人文科技学院湖南人文科技学院11模糊控制引论模糊控制引论手动控制、专家经验控制和模糊控制的比较手动控制、专家经验控制和模糊控制的比较常用控制算法模糊控制操作员操作员手动给出手动给出计算机计算机自动给出自动给出控制经验控制经验+当前状态当前状态控制量控制量专家经验控制专家经验控制将控制经验将控制经验事先总结归事先总结归纳好,放在纳好,放在计算机中。
计算机中。
传感器传感器测量的测量的当前值当前值根据当前的状根据当前的状态,对照控制态,对照控制经验,给出适经验,给出适当的控制量当的控制量+模糊控制模糊控制事先总结归事先总结归纳出一套完纳出一套完整的控制规整的控制规则,放在计则,放在计算机中。
算机中。
模糊推理判决模糊推理判决计算出计算出控制量控制量手动控制手动控制+传感器传感器测量的测量的当前值当前值湖南人文科技学院湖南人文科技学院12模糊控制引论模糊控制引论模糊控制的发展模糊控制的发展模糊控制的起源模糊控制的起源1965年年加利福尼亚大学教授加利福尼亚大学教授L.AZadeh发表论文发表论文模糊集合论模糊集合论用以解决真实世界中用以解决真实世界中普遍存在的模糊现象,是用一种数学模型来描述语意式的模糊信息的方法。
普遍存在的模糊现象,是用一种数学模型来描述语意式的模糊信息的方法。
1974年年英国工程师英国工程师E.H.Mamdani将模糊集合理论应用于锅炉和蒸汽机的控制,获得成将模糊集合理论应用于锅炉和蒸汽机的控制,获得成功,模糊数学走向应用,取名模糊控制。
功,模糊数学走向应用,取名模糊控制。
模糊控制的三大发展阶段模糊控制的三大发展阶段
(1)基本模糊控制基本模糊控制需要针对特定控制对象设计特定的控制律,因此控制效果好。
在控制过程中规则不变,需要针对特定控制对象设计特定的控制律,因此控制效果好。
在控制过程中规则不变,不具有通用性,设计工作量大。
不具有通用性,设计工作量大。
(2)自组织模糊控制自组织模糊控制某些规则和参数可修改,可对一类对象进行控制。
某些规则和参数可修改,可对一类对象进行控制。
(3)智能模糊控制智能模糊控制具有人工智能的特点,能对原始规则进行修正、完善和扩展,通用性强。
具有人工智能的特点,能对原始规则进行修正、完善和扩展,通用性强。
常用控制算法模糊控制湖南人文科技学院湖南人文科技学院13模糊控制中的模糊数学模糊控制中的模糊数学经典集合经典集合模糊集合及其运算规则模糊集合及其运算规则模糊关系模糊关系模糊推理模糊推理常用控制算法模糊控制湖南人文科技学院湖南人文科技学院14模糊控制中的模糊数学模糊控制中的模糊数学模糊集合概述模糊集合概述传统确定性集合与模糊集合之比较传统确定性集合与模糊集合之比较模糊集合的特点模糊集合的特点
(1)不是不是0或或1的表示方式,而是程度上的表示方式,而是程度上“多多”或或“少少”的差别。
的差别。
(2)传统的明确集合是属于二元的,论域中的元素对某一集合的关系只有两种,也就是传统的明确集合是属于二元的,论域中的元素对某一集合的关系只有两种,也就是“属属于于”与与“不属于不属于”。
(3)模糊集合是利用隶属度函数模糊集合是利用隶属度函数(membershipfunction)的大小做为主要的决策机制的大小做为主要的决策机制。
常用控制算法模糊控制确定性集合确定性集合模糊集合模糊集合使用使用0或或1的的特征函数特征函数使用使用0到到1的的隶属度函数隶属度函数强调强调非此即彼非此即彼的关系的关系接受接受亦此亦彼亦此亦彼的关系的关系只接受精确不模糊的信息只接受精确不模糊的信息可接受模糊不精确的信息可接受模糊不精确的信息硬性的二分法硬性的二分法软性的分类法软性的分类法湖南人文科技学院湖南人文科技学院15模糊控制中的模糊数学模糊控制中的模糊数学模糊集合的定义模糊集合的定义在模糊数学中,我们称没有明确边界(没有清晰外延)的集合为模在模糊数学中,我们称没有明确边界(没有清晰外延)的集合为模糊集合。
常用大写字母下加波浪线的形式来表示,如糊集合。
常用大写字母下加波浪线的形式来表示,如、等。
等。
元素属于模糊集合的程度用元素属于模糊集合的程度用隶属度隶属度或模糊度来表示。
用于计算隶属或模糊度来表示。
用于计算隶属度的函数称为度的函数称为隶属函数隶属函数。
隶属度即论域元素属于模糊集合的程度。
用隶属度即论域元素属于模糊集合的程度。
用来表示。
隶属度来表示。
隶属度的值为的值为0,1闭区间上的一个数,其值越大,表示该元素属于模糊集合的闭区间上的一个数,其值越大,表示该元素属于模糊集合的程度越高,反之则越低。
程度越高,反之则越低。
计算隶属度的函数称为隶属函数。
用计算隶属度的函数称为隶属函数。
用表示。
表示。
常用控制算法模糊控制湖南人文科技学院湖南人文科技学院16模糊控制中的模糊数学模糊控制中的模糊数学模糊集合的定义模糊集合的定义例:
拥有例:
拥有连续性论域连续性论域的模糊集合的模糊集合定义模糊集合定义模糊集合为为“接近于接近于0的实数的实数”,则可以将集合,则可以将集合写为写为其中隶属函数定义为其中隶属函数定义为“接近于接近于0的实数的实数”之模糊集合之模糊集合常用控制算法模糊控制湖南人文科技学院湖南人文科技学院17模糊控制中的模糊数学模糊控制中的模糊数学模糊集合的定义模糊集合的定义例:
拥有离散性论域离散性论域的模糊集合的模糊集合假设假设U=0,1,2,.,9为代表一个家庭中,所可能拥有子女个数的集为代表一个家庭中,所可能拥有子女个数的集合,令三个模糊集合之定义为合,令三个模糊集合之定义为A:
子女数众多,:
子女数众多,B:
子女数适中,:
子女数适中,C:
子:
子女数很少,其隶属函数的定义如表所示。
女数很少,其隶属函数的定义如表所示。
常用控制算法模糊控制子女子女数数子女子女众多众多(A)子女子女适中适中(B)子女很少子女很少(C)00011001200.20.8300.70.24010.150.10.7060.30.2070.80081009100湖南人文科技学院湖南人文科技学院18模糊控制中的模糊数学模糊控制中的模糊数学模糊集合的表示模糊集合的表示当论域当论域U由由有限多个元素有限多个元素组成时,模糊集合可用组成时,模糊集合可用向量表示法向量表示法或或扎德扎德表示法表示法表示。
设表示。
设
(1)向量表示法向量表示法常用控制算法模糊控制子女子女众多众多(A)表湖南人文科技学院湖南人文科技学院模糊集合的表示模糊集合的表示
(2)扎德表示法扎德表示法子女子女众多众多(A)表湖南人文科技学院湖南人文科技学院20模糊控制中的模糊数学模糊控制中的模糊数学模糊集合的表示模糊集合的表示当论域当论域U由由无限多个元素无限多个元素组成时,模糊集合可用扎德表示法表示。
组成时,模糊集合可用扎德表示法表示。
例:
扎德给出的计算老年人模糊集合的隶属函数为例:
扎德给出的计算老年人模糊集合的隶属函数为:
其论域为其论域为0,200的连续区间,论域上任一元素的隶属度,可通过隶属函的连续区间,论域上任一元素的隶属度,可通过隶属函数求得。
数求得。
常用控制算法模糊控制湖南人文科技学院湖南人文科技学院21模糊控制中的模糊数学模糊控制中的模糊数学模糊集合的运算模糊集合的运算
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