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模糊控制基本原理
模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制方法，它的基本原理是将模糊逻辑应用于控制系统中。
传统的控制方法通常是基于精确的数学模型，而模糊控制则可以处理系统的不确定性和复杂性。
模糊控制系统通常包括模糊化、模糊推理和解模糊三个主要步骤。
模糊化是将输入和输出量进行模糊化处理，使用模糊集合来描述变量的不确定性程度。
模糊推理是基于模糊规则对输入和输出变量进行推理，得到模糊输出。
解模糊是将模糊输出转换为精确的输出，通常使用去模糊化方法来实现。
在模糊控制中，模糊规则是关键的组成部分。
模糊规则由若干个条件和一个结论组成，用于描述输入和输出变量之间的关系。
通过对输入变量的模糊化和对模糊规则的推理，可以得到模糊输出，然后通过解模糊化将其转换为精确的输出。
模糊控制的优势在于可以处理非线性和模糊性系统，而传统的控制方法往往不能有效应对这些问题。
模糊控制还具有较好的鲁棒性，对系统参数的变化和外部扰动具有一定的容忍度。
总的来说，模糊控制的基本原理是基于模糊逻辑，通过模糊化、模糊推理和解模糊化等步骤，实现对复杂和不确定系统的控制。
它可以应用于各种领域，如机器人控制、交通控制、工业过程控制等。
模糊控制系统的工作原理模糊控制系统是一种常用于处理复杂控制问题的方法，其原理是通过模糊化输入变量和输出变量，建立模糊规则库，从而实现对非精确系统的控制。
本文将详细介绍模糊控制系统的工作原理。
一、模糊化输入变量模糊化输入变量是模糊控制系统的第一步，其目的是将非精确的输入变量转化为可处理的模糊语言变量。
这一步骤一般包括两个主要的过程：隶属函数的选择和输入变量的模糊化。
对于每一个输入变量，需要选择合适的隶属函数来表示其模糊化程度。
常用的隶属函数包括三角形隶属函数、梯形隶属函数、高斯隶属函数等。
通过调整隶属函数的参数，可以控制输入变量的隶属度，进而确定输入变量的模糊程度。
在选择隶属函数之后，需要对输入变量进行模糊化处理。
这是通过将输入变量与相应的隶属函数进行匹配，确定输入变量在每个隶属函数上的隶属度。
通常采用的方法是使用模糊集合表示输入变量的模糊程度，例如“高度模糊”、“中度模糊”等。
二、建立模糊规则库建立模糊规则库是模糊控制系统的核心部分，其目的是将模糊化后的输入变量与模糊化后的输出变量之间的关系进行建模。
模糊规则库一般由若干个模糊规则组成，每个模糊规则由一个或多个模糊条件和一个模糊结论组成。
模糊条件是对输入变量进行约束的条件，而模糊结论则是对输出变量进行控制的结果。
在建立模糊规则库时，需要根据具体控制问题的特点和实际需求，确定合适的模糊规则。
一般情况下，通过专家经验或者实验数据来确定模糊规则，以得到最佳的控制效果。
三、推理机制推理机制是模糊控制系统的关键环节，其目的是通过将输入变量的模糊程度与模糊规则库进行匹配，得到对输出变量的模糊控制。
推理机制一般包括模糊匹配和模糊推理两个步骤。
在模糊匹配的过程中，根据输入变量的模糊程度和模糊规则的条件，计算每个模糊规则的激活度。
激活度是输入变量满足模糊规则条件的程度，可以通过模糊逻辑运算进行计算。
在模糊推理的过程中，根据模糊匹配的结果和模糊规则库中的模糊结论，使用模糊逻辑运算得到对输出变量的模糊控制。
控制系统中的模糊控制算法设计与实现现代控制系统在实际应用中，往往面临着多变、复杂、非线性的控制问题。
传统的多变量控制方法往往无法有效应对这些问题，因此，模糊控制算法作为一种强大的控制手段逐渐受到广泛关注和应用。
本文将从控制系统中的模糊控制算法的设计和实现两个方面进行介绍，以帮助读者更好地了解和掌握这一领域的知识。
一、模糊控制算法的设计1. 模糊控制系统的基本原理模糊控制系统是一种基于模糊逻辑的控制系统，其基本思想是通过将输入和输出变量模糊化，利用一系列模糊规则来实现对系统的控制。
模糊控制系统主要由模糊化、规则库、模糊推理和解模糊四个基本部分组成，其中规则库是模糊控制系统的核心部分，包含了一系列的模糊规则，用于描述输入和输出变量之间的关系。
2. 模糊控制算法的设计步骤（1）确定输入和输出变量：首先需要明确系统中的输入和输出变量，例如温度、压力等。
（2）模糊化：将确定的输入和输出变量进行模糊化，即将其转换为模糊集合。
（3）建立模糊规则库：根据实际问题和经验知识，建立一系列模糊规则。
模糊规则关联了输入和输出变量的模糊集合之间的关系。
（4）模糊推理：根据当前的输入变量和模糊规则库，利用模糊推理方法求解输出变量的模糊集合。
（5）解模糊：将求解得到的模糊集合转换为实际的输出值，常用的方法包括最大值法、加权平均法等。
3. 模糊控制算法的设计技巧（1）合理选择输入和输出变量的模糊集合：根据系统的实际需求和属性，选择合适的隶属函数，以便更好地描述系统的特性。
（2）精心设计模糊规则库：模糊规则库的设计是模糊控制算法的关键，应根据实际问题与经验知识进行合理的规则构建。
可以利用专家经验、试验数据或者模拟仿真等方法进行规则的获取和优化。
（3）选用合适的解模糊方法：解模糊是模糊控制算法中的一项重要步骤，选择合适的解模糊方法可以提高控制系统的性能。
常用的解模糊方法有最大值法、加权平均法、中心平均法等，应根据系统的需求进行选择。
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。
§6模糊控制原理简介§模糊控制系统现代控制理论已经在工业、国防、航天等许多领域获得了成功。
一般情况下，传统的闭环控制系统如 图所示，其原理是建立在精确的数学模型上。
但对于一些强藕合、多参数、非线性、时变性、大惯性、纯 滞后的复杂系统，建立它们的精确数学模型是很困难的，有些甚至是不可能的。
然而，在实际工作当中，一些有经验的操作人员却可以通过观察、推理和决策，用人工控制的方法较 好地控制那些复杂的对象。
模糊控制系统就是将人的经验总结成语言控制规则，运用模糊理论模拟人的推 理与决策，从而实现自动控制的控制系统。
模糊控制系统与传统的闭环控制系统不同之处，就是用模糊控 制器代替了模拟式控制器，其硬件结构框图如图所示。
§模糊控制器的设计模糊控制器本质上就是一个采用了模糊控制算法的计算机或芯片，其一般结构如图所示。
它由三个基 本部分构成：（1）将输入的确切值“模糊化”，成为可用模糊集合描述的变量； （2）应用语言规则进行模 糊推理；（3）对推理结果进行决策并反模糊化（也称为清晰化、解模糊），使之转化为确切的控制量。
有m 个输入一个输出的模糊控制器称为m 维模糊控制器。
由于一维模糊控制器所能获得的系统动态性能往往不能令人满意，三维及三维以上的模糊控制器结构复杂，推理运算时间长，因此典型的模糊控制 器是二维模糊控制器。
一般地，设计一个二维的模糊控制器，通常需要五个步骤：输出y（t ） 输出y（t ）图 图输出图确定输入变量与输出变量及其模糊状态; 输入变量的模糊化； 建立模糊控制规则；进行模糊推理； 输出变量的反模糊化。
确定输入变量与输出变量及其模糊状态 根据问题的背景，确定出输入变量E I 、E 2和输出变量u 。
输入、输出变量的模糊状态按照控制品质的要求可分为三类：控制品质要求较高的场合，变量的模糊状态取为负大（NB ）、负中（NM ）、负小（NS ）、零（ZO ）、正小（PS ）、正中（PM ）、正大（PB ）负大（NB ）、负中（NM ）、负小（NS ）、负零（NZ ）、正零（PZ ）、正小（PS ）、正中（PM ）、正大（PB ）; 控制品质要求一般的场合，变量的模糊状态取为负大（NB ）、负小（NS ）、零（ZO ）、正小（PS ）、正大（PB ）负大（NB ）、负小（NS ）、负零（NZ ）、正零（PZ ）、正小（PS 、正大（PB ）;控制品质要求较低的场合，变量的模糊状态取为负大（NB ）、零（ZO ）、正大（PB ）负大（NB ）、负零（NZ ）、正零（PZ ）、正大（PB ）。
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。
模糊控制器的工作原理辅导模糊控制是模仿人的思维方式和人的控制经验来实现的一种控制。
把模糊集合的理论应用于控制就可以把人的经验形式化，在控制过程中实现模糊推理与决策。
一、模糊控制系统的组成在工程实践中，操作人员的控制策略是用自然语言表达的，因此，模糊控制系统用语言变量作为描述操作机构控制策略的基础。
如果用模糊集合作工具，设计一个控制器去模仿人的控制策略，以控制工业过程，就构成了模糊控制器。
要实现语言控制的模糊控制器，必须要解决三个问题：1．把确定量转化为对应的模糊量普通数字控制器的输入信号是用数值表示的，它是误差测量值的确定量，而模糊控制器处理的信息是用语言变量值表示的模糊量。
因此，设计模糊控制器要解决的首要问题是如何把确定量转化为对应的模糊量。
在模糊集合基础中讲到的模糊集合、隶属度函数、模糊语言变量等概念是把确定量转化为对应的模糊量的基础。
2．模糊控制规则的形成和推理用模糊输入值适配控制规则，即通过操作者的控制经验制定模糊控制规则，并执行模糊逻辑推理，以得到一个输出模糊集合。
这是模糊控制器的核心部分。
在模糊集合基础中讲到的模糊推理规则及模糊条件推理是形成模糊控制规则的理论基础。
3．模糊输出量的解模糊判决由输出模糊集合，求解一个具有代表性的确定值作为控制量，目的是把模糊输出量的分布范围概括合并成确定的单点输出值加到执行器上实现控制。
二、确定量的模糊化1．量化因子模糊控制器的语言变量一般取系统误差及其变化率，误差及其变化率的实际变化范围即为输入语言变量的基本论域。
误差的量化因子定义为式中，e max为误差的最大值，n为范围内误差量化的区间数目。
量化因子k e选定后任何误差都可确定其在基本论域上的量化等级n i。
2．比例因子设u为模糊控制器的输出量的变化量，其基本论域为〔－，〕输出量的比例因子定义为式中，为输出量变化量的最大值，n为基本论域的量化基本区间数目。
输出量的量化等级y0确定后，y0与k u之积，即为输出控制量的变化量。
