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1、智能控制模糊控制系统设计实例第1页，本讲稿共28页SISO模糊控制系统设计5.1 电加热炉炉温模糊电加热炉炉温模糊控制系统设计及实现控制系统设计及实现第2页，本讲稿共28页5.1 电加热炉温控系统电加热炉温控系统广义对象广义对象广义对象广义对象模糊控制器模糊控制器模糊控制器模糊控制器加热炉加热炉炉温炉温TR=800控制器控制器传感变送机构传感变送机构-e可控硅可控硅控制目标控制目标：保持炉温在保持炉温在800(R=800)调节手段调节手段：可控硅整流电源的供电电压可控硅整流电源的供电电压第3页，本讲稿共28页5.1 模糊控制器设计模糊控制器设计广义对象广义对象广义对象广义对象模糊控制器模糊控制
2、器模糊控制器模糊控制器加热炉加热炉炉温炉温TR=800控制器控制器传感变送机构传感变送机构-e可控硅可控硅模糊化模糊化模糊化模糊化模糊推理模糊推理模糊推理模糊推理规则库规则库规则库规则库反模糊化反模糊化反模糊化反模糊化第4页，本讲稿共28页确定输入、输出变量；确定输入、输出变量；确定其论域；确定其论域；定义每个变量的模糊语言值；定义每个变量的模糊语言值；定义相应的隶属函数；定义相应的隶属函数；5.1.1 模糊化第5页，本讲稿共28页（）确定输入、输出变量确定输入、输出变量n输入变量：误差输入变量：误差e=R-Te=R-Tn输出变量：控制增量输出变量：控制增量广义对象广义对象广义对象广义对象模糊
3、控制器模糊控制器模糊控制器模糊控制器加热炉加热炉炉温炉温TR=800控制器控制器传感变送机构传感变送机构-e可控硅可控硅第6页，本讲稿共28页n确定输入、输出量的变化范围，标准化论变化范围，标准化论域域(量化等级量化等级)、模糊语言值个数模糊语言值个数及隶属度隶属度函数函数。模糊化-Next输入输入：e的变化范围-60,60；输出输出：du的变化范围-45,45;量化等级量化等级:-3,-2,-1,0,1,2,3量化因子量化因子：Ke=3/60;Ku=45/3;其模糊语言值分别其模糊语言值分别为:NB,NS,ZO,PS,PB和和N,ZO,P隶属度函数隶属度函数:三角函数第7页，本讲稿共28页5
4、.1.1 模糊化实现模糊化实现输入变量输入变量e-60,60输出变量输出变量du-45,45-3-2-10123e 1隶属度隶属度NBNSPSPBZO 设输入变量设输入变量e*=55，则则e*对应的模糊输入对应的模糊输入E*为为(PB)(-3,0),(-2,0),(-1,0),(0,0),(1,0),(2,0.33),(3,1)-3-2-10123du 1隶属度隶属度NPZO第8页，本讲稿共28页5.1.2 确定模糊规则确定模糊规则eNBNSZOPSPBNNZOPP人的控制规则策略人的控制规则策略人的控制规则策略人的控制规则策略1.若炉温低于若炉温低于800，则升压，则升压，低得越多，升压越高
5、；低得越多，升压越高；2.若炉温高于若炉温高于800，则降压，则降压，高得越多，降压越低；高得越多，降压越低；3.若炉温等于若炉温等于800，则保持电压不变。，则保持电压不变。e=R-T(k)e0;炉温低于炉温低于800,e0;炉温高于炉温高于800,e=0;炉温等于炉温等于800,第9页，本讲稿共28页5.1.3 模糊推理模糊推理eNBNSZOPSPSPBduNNZOP PP求输入求输入e*=55时对应的输出？时对应的输出？模糊值模糊值E*=(-3,0),(-2,0),(-1,0),(0,0),(1,0),(2,0.33),(3,1)第10页，本讲稿共28页-3-2-10123e 1隶属度隶
6、属度NBNSPSPBZO-3-2-10123du 1隶属度隶属度NPZO第11页，本讲稿共28页-3-2-10123e 1隶属度隶属度NBNSPSPBZO模糊语言赋值表模糊语言赋值表E-3-2-10123NB10.3300000NS00.670.670000ZO000.3310.3300PS00000.670.670PB000000.331第12页，本讲稿共28页5.1.4 反模糊化反模糊化1.最大隶属度法最大隶属度法2.重心法（加权平均法）重心法（加权平均法）第13页，本讲稿共28页5.1.5 小结模糊控制系统的实现模糊控制系统的实现模糊控制系统的实现模糊控制系统的实现模糊控制器模糊控制器模
7、糊控制器模糊控制器模糊化模糊化模糊化模糊化模糊推理模糊推理模糊推理模糊推理规则库规则库规则库规则库反模糊化反模糊化反模糊化反模糊化被控对象被控对象控制量控制量u输入输入第14页，本讲稿共28页5.2 电加热炉温控系统电加热炉温控系统的模糊控制实现的模糊控制实现(TISO)第15页，本讲稿共28页双入单出模糊控制器设计广义对象广义对象广义对象广义对象加热炉加热炉炉温炉温TR=800模糊控制器模糊控制器传感变送机构传感变送机构-e可控硅可控硅de/dtdede第16页，本讲稿共28页5.2.1 确定控制器的输入输出量确定控制器的输入输出量n输入输入误差误差e：e(k)=R-T(k)误差变化率误差变
8、化率：ec=e(k)-e(k-1)n输出输出：电压增量电压增量第17页，本讲稿共28页n确定输入、输出量的变化范围（论域）变化范围（论域）、模糊语言值个数模糊语言值个数及隶属度函数隶属度函数。5.2.2 模糊化模糊化输入输入：e的变化范围-50,50；ec的变化范围-150,150输出输出：du的变化范围-64,64两输入的量化等级为:-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4；Ke=4/50;Kec=4/150输出的量化等级为:-3,-2,-1,0,1,2,3,Ku=64/3三个变量的模糊语言值模糊语言值均为:NB，NS，ZO，PS，PB隶属度函数隶属度函数:三角函数第18页，本讲稿共28页
9、输出输出输出输出-4-2-2-1-10 01 13 3e1隶属度NBNSPSPBZE-3-32 24 4-4-2-2-1-10 01 13 3ec1隶属度NBNSPSPBZE-3-32 24 4输入输入输入输入-2-2-1-10 0du1隶属度NBNSPSPBZE-3-32 21 13 3第19页，本讲稿共28页5.2.3 建立模糊规则n 建立模糊规则：专家经验、知识NBNSZEPSPBNBNBNBNBNSPBNSNBNSNSZEPBZENBNSZEPSPBPSNBZEPSPSPBPBNBPSPBPBPBdueec第20页，本讲稿共28页模糊规则2NBNSZEPSPBNBNBNBNB(NS)N
10、SPB(ZE)NSNBNSNSZEPB(PS)ZENBNSZEPSPBPSNB(NS)ZEPSPSPBPBNB(ZE)PSPB(PS)PBPBdueec第21页，本讲稿共28页5.2.4 模糊推理n求出规则蕴含的模糊关系R第22页，本讲稿共28页5.2.5 反模糊化n 得到精确的输出值第23页，本讲稿共28页5.2.6 模糊控制表（查询表）-4-3-2-101234-4-3-2-101234dueec求出输入变量在相应量化等级下对应的输出值求出输入变量在相应量化等级下对应的输出值（作用，如何得到）（作用，如何得到）查询表可由计算机离线计算，实时控制过程中，根据查询表可由计算机离线计算，实时控制
11、过程中，根据论域变换后的论域变换后的e和和ec直接查表以获得控制量直接查表以获得控制量u的变化值，的变化值，乘以比例因子乘以比例因子Ku，即可作为输出进行控制。，即可作为输出进行控制。第24页，本讲稿共28页程序一般包括两个部分：程序一般包括两个部分：（1 1）计算机离线计算查询表的程序，属于模）计算机离线计算查询表的程序，属于模糊矩阵运算。糊矩阵运算。（2 2）计算机在模糊控制过程中在线输入误差）计算机在模糊控制过程中在线输入误差以及误差变化率，经过论域变换后，查找以及误差变化率，经过论域变换后，查找查询表后再处理后得到输出。查询表后再处理后得到输出。模糊控制算法的实现流程第25页，本讲稿共
12、28页重点难点重点难点n输入输出变量的模糊化输入输出变量的模糊化n模糊规则的确立模糊规则的确立n熟练模糊控制设计流程思路熟练模糊控制设计流程思路第26页，本讲稿共28页下次课安排n上机：学院机房上机：学院机房n任务：任务：MatlabMatlab简介简介基于基于MatlabMatlab的模糊控制器设计的模糊控制器设计第27页，本讲稿共28页练习n设一水箱控制系统，模糊控制器的输入为水温，控制器的输出为燃气阀开度增量。E,dU的模糊集均为NB,NS,ZO,PS,PB，E=r-y（给定值水温实际值），试总结控制该系统的所用的模糊规则，并用表格形式表示出来。n用自己的语言总结模糊控制器的设计步骤。第28页，本讲稿共28页