模糊控制自学

第一部分模糊控制第2讲模糊控制原理第一节模糊控制（推理）系统的基本结构1.1 模糊控制系统的组成模糊控制器1.2 模糊控制器（推理）的结构1.2 模糊控制器的结构模糊化模糊化的作用是将输入的精确量转换成模糊量。

具体过程为：1）尺度变换尺度变换，将输入变量由基本论域变换到各自的论域范围。

变量作为精确量时，其实际变化范围称为基本论域；作为模糊语言变量时，变量范围称为模糊集论域。

2）模糊处理将变换后的输入量进行模糊化，使精确的输入量变成模糊量，并用相应的模糊集来表示。

知识库1.2 模糊控制器的结构数据库规则库数据库主要包括各语言变量的隶属函数，尺度变换因子及模糊空间的分级数等。

规则库包括了用模糊语言变量表示的一系列控制规则。

它们反映了控制专家的经验和知识。

1.2 模糊控制器的结构◆模糊推理模糊推理是模糊控制器的核心，它具有模拟人的基于模糊概念的推理能力。

◆清晰化作用：将模糊推理得到的模糊控制量变换为实际用于控制的清晰量。

包括：1) 将模糊量经清晰化变换成论域范围的清晰量。

2) 将清晰量经尺度变换变化成实际的控制量。

1.3 模糊控制器的维数模糊控制器输入变量的个数称为模糊控制器的维数。

对于单输入单输出的控制系统，一般有以下三种情况：一维模糊控制器一个输入：误差；输出为控制量或控制量的变化。

二维模糊控制二个输入：误差及误差的变化。

三维模糊控制器三个输入为输入：误差、误差的变化、误差变化的速率。

第二节模糊控制系统的基本原理2.1 模糊化运算（Fuzzification）2.2 清晰化计算（Defuzzification）2.3 数据库（Data base）2.4 规则库（Rule base）2.4 模糊推理（Fuzzy Inference）2.1 模糊化运算（Fuzzification）模糊化运算是将输入空间的观测量映射为输入论域上的模糊集合。

首先需要对输入变量进行尺度变换，将其变化到相应的论域范围，然后将其模糊化，得到相应的模糊集合。

4步教你学会使用matlab模糊控制工具箱Matlab模糊控制工具箱为模糊控制器的设计提供了一种非常便捷的途径，通过它我们不需要进行复杂的模糊化、模糊推理与反模糊化运算，只需要设定相应参数，就可以很快得到我们所需要的控制器，而且修改也非常方便。

下面将根据模糊控制器设计步骤，一步步利用Matlab工具箱设计模糊控制器。

首先我们在Matlab的命令窗口〔command window〕中输入fuzzy，回车就会出来这样一个窗口。

下面我们都是在这样一个窗口中进行模糊控制器的设计。

1．确定模糊控制器结构：即根据具体的系统确定输入、输出量。

这里我们可以选取标准的二维控制结构，即输入为误差e和误差变化ec，输出为控制量u。

注意这里的变量还都是精确量。

相应的模糊量为E，EC和U，我们可以选择增加输入(Add Variable)来实现双入单出控制结构。

2．输入输出变量的模糊化：即把输入输出的精确量转化为对应语言变量的模糊集合。

首先我们要确定描述输入输出变量语言值的模糊子集，如{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，并设置输入输出变量的论域，例如我们可以设置误差E〔此时为模糊量〕、误差变化EC、控制量U的论域均为{-3，-2，-1，0，1，2，3}；然后我们为模糊语言变量选取相应的隶属度函数。

在模糊控制工具箱中，我们在Member Function Edit中即可完成这些步骤。

首先我们翻开Member Function Edit窗口.然后分别对输入输出变量定义论域范围，添加隶属函数，以E为例，设置论域范围为[-3 3]，添加隶属函数的个数为7.然后根据设计要求分别对这些隶属函数进行修改，包括对应的语言变量，隶属函数类型。

3．模糊推理决策算法设计：即根据模糊控制规那么进行模糊推理，并决策出模糊输出量。

首先要确定模糊规那么，即专家经验。

对于我们这个二维控制结构以与相应的输入模糊集，我们可以制定49条模糊控制规那么〔一般来说，这些规那么都是现成的，很多教科书上都有〕，如图。

模糊控制摘要：模糊控制是一种针对非线性系统的控制方法，通过使用模糊集合和模糊逻辑对系统进行建模和控制。

本文将介绍模糊控制的基本原理、应用领域以及设计步骤。

通过深入了解模糊控制，读者可以更好地理解和应用这一控制方法。

1. 导言在传统的控制理论中，线性系统是最常见和最容易处理的一类系统。

然而，许多实际系统都是非线性的，对于这些系统，传统的控制方法往往无法取得良好的效果。

模糊控制方法由于其对于非线性系统的适应性，广泛用于工业控制、机器人控制、汽车控制等领域。

2. 模糊控制的基本原理模糊控制的基本原理是建立模糊集合和模糊逻辑，通过模糊化输入和输出，进行模糊推理和解模糊处理，完成对非线性系统的控制。

模糊集合是实数域上的一种扩展，它允许元素具有模糊隶属度，即一个元素可以属于多个集合。

模糊逻辑则描述了这些模糊集合之间的关系，通过模糊逻辑运算，可以从模糊输入推导出模糊输出。

3. 模糊控制的应用领域模糊控制方法在许多领域中都有着广泛的应用。

其中最常见的应用领域之一是工业控制。

由于工业系统往往具有非线性和复杂性，传统的控制方法往往无法满足要求，而模糊控制方法能够灵活地处理这些问题，提高系统的控制性能。

另外，模糊控制方法还广泛应用于机器人控制、汽车控制、航空控制等领域。

4. 模糊控制的设计步骤模糊控制的设计步骤一般包括五个阶段：模糊化、建立模糊规则、进行模糊推理、解模糊处理和性能评估。

首先，需要将输入和输出模糊化，即将实际的输入输出转换成模糊集合。

然后，根据经验和知识，建立模糊规则库，描述输入与输出之间的关系。

接下来，进行模糊推理，根据输入和模糊规则，通过模糊逻辑运算得到模糊的输出。

然后，对模糊输出进行解模糊处理，得到实际的控制量。

最后，需要对控制系统的性能进行评估，以便进行调整和优化。

5. 模糊控制的优缺点模糊控制方法具有一定的优点和缺点。

其优点包括：对于非线性、时变和不确定系统具有较好的适应性；模糊规则的建立比较直观和简单，无需精确的数学模型；能够考虑因素的模糊性和不确定性。

模糊控制综合练习参考资料实验一模糊工具箱的使用一、实验目的1、掌握Matlab模糊工具箱的应用。

2、掌握模糊集合的基本运算。

3、能够使用Simulink工具箱设计模糊控制系统。

二、实验设备1、PC机2、Matlab软件三、实验内容第一步：打开模糊推理系统编辑器步骤：在Commond Window 键入fuzzy 回车打开如下窗口，既模糊推理系统编辑器第二步：使用模糊推理系统编辑器本例用到两个输入，两个输出，但默认是一个输人，一个输出步骤：1、添加一个输入添加一个输出得如下图2、选择Input、output(选中为红框)，在Name框里修改各输入的名称并将And method 改为prod，将Or method 改为 probor提示：在命名时’_’在显示时为下标，可从上图看出。

第三步：使用隶属函数编辑器该编辑器提供一个友好的人机图形交互环境，用来设计和修改模糊推理系中各语言变量对应的隶属度函数的相关参数，如隶属度函数的形状、范围、论域大小等，系统提供的隶属度函数有三角、梯形、高斯形、钟形等，也可用户自行定义。

步骤：1、双击任何一个输入量（In_x、In_y）或输出量打开隶属度函数编辑器。

2、在左下处Range和Display Range处添加取值范围，本例中In_x和In_y的取值范围均为[0 10], Out_x和Out_y的取值范围均为[0 1]3、默认每个输入输出参数中都只有3个隶属度函数，本例中每个输入输出参数都需要用到五个，其余几个需要自己添加：选中其中一个输入输出参数点击Edit菜单，选Add MFS…打开下列对话框将MF type设置为trimf(三角形隶属度函数曲线，当然你也需要选择其他类型)将Number of MFs 设置为2，点击OK按钮同样给其他三个加入隶属度函数4、选中任何一个隶属度函数（选中为红色），在Name 中键入名称，在Type中选择形状，在Params中键入范围，然后回车如下图：本例中：In_x,In_y隶属度函数相同，如下Out_x,Out_y隶属度函数相同，如下：5、关闭隶属函数编辑器第四步：使用规则编辑器通过隶规则编辑器来设计和修改“IF...THEN”形式的模糊控制规则。

模糊控制——（1）基本原理1、模糊控制的基本原理模糊控制是以模糊集理论、模糊语⾔变量和模糊逻辑推理为基础的⼀种智能控制⽅法，它是从⾏为上模仿⼈的模糊推理和决策过程的⼀种智能控制⽅法。

该⽅法⾸先将操作⼈员或专家经验编成模糊规则，然后将来⾃传感器的实时信号模糊化，将模糊化后的信号作为模糊规则的输⼊，完成模糊推理，将推理后得到的输出量加到执⾏器上。

2、模糊控制器模糊控制器（Fuzzy Controller—FC）：也称为模糊逻辑控制器（Fuzzy Logic Controller—FLC）,由于所采⽤的模糊控制规则是由模糊理论中模糊条件语句来描述的，因此模糊控制器是⼀种语⾔型控制器，故也称为模糊语⾔控制器（Fuzzy Language Controller—FLC）。

（1）模糊化接⼝（Fuzzy interface）模糊控制器的输⼊必须通过模糊化才能⽤于控制输出的求解，因此它实际上是模糊控制器的输⼊接⼝。

它的主要作⽤是将真实的确定量输⼊转换为⼀个模糊⽮量。

（2）知识库（Knowledge Base—KB）知识库由数据库和规则库两部分构成。

①数据库（Data Base—DB）数据库所存放的是所有输⼊、输出变量的全部模糊⼦集的⾪属度⽮量值（即经过论域等级离散化以后对应值的集合），若论域为连续域则为⾪属度函数。

在规则推理的模糊关系⽅程求解过程中，向推理机提供数据。

②规则库（Rule Base—RB）模糊控制器的规则司基于专家知识或⼿动操作⼈员长期积累的经验，它是按⼈的直觉推理的⼀种语⾔表⽰形式。

模糊规则通常有⼀系列的关系词连接⽽成，如if-then、else、also、end、or等，关系词必须经过“翻译”才能将模糊规则数值化。

最常⽤的关系词为if-then、also，对于多变量模糊控制系统，还有and等。

（3）推理与解模糊接⼝（Inference and Defuzzy-interface）推理是模糊控制器中，根据输⼊模糊量，由模糊控制规则完成模糊推理来求解模糊关系⽅程，并获得模糊控制量的功能部分。