模糊控制第一讲

模糊逻辑控制

模糊控制技术

信息科学与工程学院 2010年 2010年

模糊逻辑控制

模糊控制技术 第一讲

课程介绍任课教师： 任课教师：刘炜 联系电话： 联系电话：13505411385 电子邮箱：shandaliuwei@ 电子邮箱： 课时安排： 16周 课时安排：2节/周×16周 实验安排： 实验安排：待定

教师是学生学习的引导者、促进者，帮助 者，而不是传授知识的权威，希望能和大家一 起学习探索知识，并成为好朋友。

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学习本课程的目的为了工作做准备 掌握模糊控制理论 掌握模糊控制的实现 了解模糊控制的应用 为了通过考试， 为了通过考试，拿到学分

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本课程的参考书模糊控制技术，席爱民， 模糊控制技术，席爱民，西安电子科技大学出版社 模糊控制技术， 模糊控制技术，党建武 中国铁道出版社 模糊系统与模糊控制教程 A COURSE IN FUZZY SYSTEMS 作者王立新， & CONTROL 作者王立新，王迎军译 清华大学出版社

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本课程的主要内容第1章绪论， 第2章模糊逻辑的数学基础， 第3章模糊逻辑控制原理， 第4章模糊逻辑控制器及模糊控制系统设计， 第5章MATLAB辅助模糊系统设计， 第6章模糊控制系统的非线性分析， 第7章模糊自适应控制， 第8章神经模糊控制， 第9章模糊控制系统的应用。 

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本课程的主要内容理论基础：由浅入深地论述了模糊逻辑控制原理、 模糊控制 器的结构、 控制规则的形式、 模糊推理以及反模糊化等基本 理论； 工程设计：将传统控制理论应用到模糊控制器的设计过程中; 系统仿真：介绍了建立模糊控制系统仿真模型的方法及用 MATLAB建立模糊推理系统和进行系统仿真的方法； 综合技术： 讲述了目前工程上较多采用的模糊控制与其他先 进控制技术相结合的控制技术。 列举了一些模糊控制应用实例， 具有一定的参考价值。

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第1章 绪论

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概述工业过程控制 经历了人工控制和自动控制两个阶段。 自动控制的三个阶段： 分散控制阶段 集中控制阶段 集散控制阶段 从技术发展来看分为三个阶段; 开始到70 年代为第一阶段 70 年代至90 年代初为第二阶段 90 年代初为第三阶段开始

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概述第一阶段是初级阶段，包括人工控制，以古典控制理论 为主要基础，采用常规气动、液动和电动仪表，对生产过程 中的温度、流量、压力和液位进行控制，在诸多控制系统中， 以单回路结构、PID 策略为主，同时针对不同的对象与要求， 创造了一些专门的控制系统，如：使物料按比例配制的比值 控制，克服大滞后的Smith 预估器，克

服干扰的前馈控制和 串级控制等等，这阶段的主要任务是稳定系统，实现定值控 制。这与当时生产水平是相适应的。

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概述第二阶段是发展阶段，70 年代既是古典控制应用发展的 鼎盛时期，又是现代控制应用发展的初期。以现代控制理论 为主要基础，以微型计算机和高档仪表为工具，对较复杂的 工业过程进行控制。这阶段的建模理论、在线辨识和实时控 制已突破前期的形式，继而涌现了大量的先进控制系统和高 级控制策略，如克服对象特性时变和环境干扰等不确定影响 的自适应控制，消除因模型失配而产生不良影响的预测控制 等。这阶段的主要任务是克服干扰和模型变化，满足复杂的 工艺要求，提高控制质量。1975 年，世界上第一台分散控制 系统在美国问世，从而揭开了过程控制崭新的一页。

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概述第三阶段，分散控制系统也叫集散控制系统，它综合了计 算机技术、控制技术、通信技术和显示技术，采用多层分级 的结构形式,按总体分散、管理集中的原则，完成对工业过程 的操作、监视、控制。由于采用了分散的结构和冗余等技术， 使系统的可靠性极高，再加上硬件方面的开放式框架和软件 方面的模块化形式，使得它组态、扩展极为方便，还有众多 的控制算法(几十至上百种) 、较好的人—机界面和故障检测 报告功能。经过20 多年的发展，它已日臻完善，在众多的控 制系统中，显示出出类拔萃的风范，因此，可以毫不夸张地 说，分散控制系统是过程控制发展史上的一个里程碑。

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先进的控制理论自适应控制(参考模型，具有数学模型的在线辨识) 自适应控制(参考模型，具有数学模型的在线辨识) 鲁棒控制(保证可靠性，特点在最差的情况下设计) 鲁棒控制(保证可靠性，特点在最差的情况下设计) 最优控制(极大值原理，动态规划) 最优控制(极大值原理，动态规划) 智能控制学习控制 专家控制 模糊控制 神经网络 混合控制方法

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《伊索寓言》的故事 一个路人问一位智者，要走几小时才能到达 某地。智者默不作答，等过路人走了一小段 路以后，他才把那人叫回，答以时间…… ……– 赞成 说话要有根据 回答十分精确

– 反对 说话要灵活处理 路人又没问精确时间

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从精确到模糊 精确– 答案确定：要么是，要么不是 – f : A → {0,1} – 他是学生？他不是学生？

模糊– 答案不定：也许是，也许不是，也许介于之间 – µA : U → [0,1] – 他是成年人？他不是成年人？他大概是成

年人？

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模糊控制产生的原因以往的各种传统控制方法均是建立在被控对象精确数学模 型基础上的， 然而， 随着系统复杂程度的提高， 型基础上的 ， 然而 ， 随着系统复杂程度的提高 ， 对于那些多 变量，非线性、时变的大系统很难建立精确的数学模型。 变量，非线性、时变的大系统很难建立精确的数学模型。 在工程实践中，人们发现， 在工程实践中，人们发现，一个复杂的控制系统可由一个 操作人员凭着丰富的实践经验得到满意的控制效果。 这说明， 操作人员凭着丰富的实践经验得到满意的控制效果 。 这说明 ， 如果通过模拟人脑的思维方法设计控制器， 如果通过模拟人脑的思维方法设计控制器 ， 可实现复杂系统 的控制，由此产生了模糊控制。 的控制，由此产生了模糊控制。

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模糊控制和传统控制比较手动控制控制经验

+

当前状态

操作员 手动给出

控制量

经验控制

将控制经验 事先总结归 纳好，放在 计算机中。 事先总结归 纳出一套完 整的控制规 则，放在计 算机中。

+

传感器 测量的 当前值

根据当前的状 计算机 态，对照控制 自动给出 经验，给出适 当的控制量

模糊控制

+

传感器 测量的 当前值

模糊推理判决 计算出 控制量

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起源，发展，大事记1965年美国的扎德创立了模糊集合论； 1973 年, 他给出了模糊逻辑控制的定义和相关的定理； 1974 年英国的Mamdani 首先用模糊控制语句组成模糊控制 器,并把它用于锅炉和蒸汽机的控制, 在实验室获得成功, 这 一开拓性的工作标志着模糊控制论的诞生。 1975年 荷兰模糊控制水泥窑 1985年 日本仙台地铁 1987年 地铁运行，倒立摆 家电领域，汽车控制，电梯，水泥生产，核电供水等系统

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模糊控制发展基本模糊控制： 基本模糊控制： 针对特定对象设计，控制效果好。控制过程中规则不变， 不 具有通用性，设计工作量大。 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。 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。

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模糊控制理论研究的方向(1)自学习、自适应模糊控制理论研究 (2)模糊推理策略研究 (3)模糊模型辨识研究 (4)模糊系统稳定性的研究