基于模糊预测的自适应控制方法及应用

第六章：模糊控制系统辨识与模糊自适应控制

第6章 模糊系统辨识与模糊自适应控制 6.1 模糊系统辨识的建模方法 建立被控对象模型的方法一般有三种： 1. 基于机理的建模； 2. 基于试验的建模； 3. 基于系统辨识的建模。 Zadeh 于1962年曾给出系统辨识的定义：系统辨识是在对输入和输出观测的基础上，在指定的一类系统中，确定一个与被识别的系统等价的系统。 6.2 基于模糊系统模型的模糊系统辨识 1. 模糊关系模型的概念 一个模糊关系模型可以表示为：()F U Y A M ,,, 其中A 表示模糊算法；Y 表示过程的有限离散输出空间；U 表示过程的有限离散 输入空间； F 表示过程的有限离散输入输出空间中所定义的所有基本模糊子集的集合。 所谓模糊模型是描述系统特性的一组模糊条件语句，其形式如： E t y C l)y(t B A k t u ==-=-)( then D or and or )( if 2. 模糊关系模型的品质指标 (1) 规则数：不宜太多，否则太复杂；也不宜太少，否则精度低。 (2) []∑=-=L i t y t y L p 1 22)(?)(1，L 为测量次数，?()y t 为对t 时刻输出的估计值。 3. 建模方法 (1) 确定输入输出空间，选择模糊变量； (2) 确定模型结构 []y(t)l)y(t k t u ,),(--； (3) 建立模糊关系模型，即获得一组模糊条件语句。 6.3 自适应模糊系统预测 自适应模糊预测模型对预报值)(?t y 与实际值)(t y 比较得到误差 )(?)()(t y t y t e -=，根据此误差对预测表进行修正，从而提高预测精度。 举例，见教材301～306页。 *基于T-S 模型的模糊系统辨识

关于模糊控制理论的综述

物理与电子工程学院 《人工智能》 课程设计报告 课题名称关于模糊控制理论的综述 专业自动化 班级 11级3班 学生姓名郑艳伟 学号 指导教师崔明月 成绩 2014年6月18日

关于模糊控制理论的综述 摘要：模糊控制方法是智能控制的重要组成部分，本文简要回顾了模糊控 制理论的发展，详细介绍了模糊控制理论的原理和模糊控制器的设计步骤， 分析了模糊控制理论的优缺点以及模糊控制需要完善或继续研究的内容，根 据各种模糊控制器的不同特点，对模糊控制在电力系统中的应用进行了分 类，并分析了各类模糊控制器的应用效能.最后，展望了模糊控制的发展趋 势与动态. 关键词：模糊控制；模糊控制理论；模糊控制系统；模糊控制理论的发展模糊控制是以模糊集理论、模糊语言变量和模糊控制逻辑推理为基础的一种智能控制方法，从行为上模拟人的思维方式，对难建模的对象实施模糊推理和决策的一种控制方法.模糊控制作为智能领域中最具有实际意义的一种控制方法，已经在工业控制领域、电力系统、家用电器自动化等领域中解决了很多的问题，引起了越来越多的工程技术人员的兴趣. 模糊控制系统简介 模糊控制系统是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制技术.1965年美国的扎德[1]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. 模糊控制系统主要是模拟人的思维、推理和判断的一种控制方法, 它将人的经验、常识等用自然语言的形式表达出来, 建立一种适用于计算机处理的输入输出过程模型, 是智能控制的一个重要研究领域.从信息技术的观点来看, 模糊控制是一种基于规则的专家系统.从控制系统技术的观点来看, 模糊控制是一种普遍的非线性特征域控制器. 相对传统控制, 包括经典控制理论与现代控制理论.模糊控制能避开对象的数学模型(如状态方程或传递函数等) , 它力图对人们关于某个控制问题的成功与失败和经验进行加工, 总结出知识, 从中提炼出控制规则, 用一系列多维模糊条件语句构造系统的模糊语言变量模型, 应用CRI 等各类模糊推理方法,

神经网络自适应控制

神经网络自适应控制 学院：电气工程与自动化学院 专业：控制科学与工程 姓名：兰利亚 学号： 1430041009 日期： 2015年6月25日

神经网络间接自适应控制 摘要：自适应模糊控制系统对参数变化和环境变化不敏感,能用于非线性和多变 量复杂对象,不仅收敛速度快,鲁棒性好,而且可以在运行中不断修正自己的控制 规则来改善控制性能,因而受到广泛重视。间接自适应控制是通过在线辨识的到 控制对象的模型。神经网络作为自适应控制器，具有逼近任意函数的能力。 关键词：神经网络间接自适应控制系统辨识 一、引言 自适应控制系统必须完成测量性能函数、辨识对象的动态模型、决定控制 器如何修改以及如何改变控制器的可调参数等功能。自适应控制有两种形式： 一种是直接自适应控制，另一种是间接自适应控制。直接自适应控制是根据实 际系统性能与理想性能之间的偏差，通过一定的方法来直接调整控制器的参 数。 二、间接自适应系统分析与建模 2.1系统的分析 系统过程动态方程：y(k+1)= -0.8y(k)/(1+y2(k))+u(k),参考系统模型 由三阶差分方程描述： ym(k+1)=0.8ym(k)+1.2ym(k-1)+0.2ym(k-2)+r(k) 式中，r(k)是一个有界的参考输入。如果输出误差ec(k)定义为 ec(k)=y(k)-ym(k),则控制的目的就是确定一个有界的控制输入u(k),当k趋于 正无穷时，ec(k)=0.那么在k阶段，u(k)可以从y(k)和它的过去值中计算得 到： u(k)=0.8y(k)/(1+y2(k))+0.8y(k)+1.2y(k-1)+0.2y(k-2)+r(k) （1） 于是所造成的误差方程为： ec(k+1)=0.8ec(k)+1.2ec(k-1)+0.2ec(k-2) （2） 因为参考模型是渐进稳定的，所以对任意的初始条件，它服从当k趋于无穷， ec(k)=0。在任何时刻k，用神经元网络N2计算过程的输入控制，即 u(k)=-N[y(k)]+0.8y(k)+1.2y(k-1)+0.2y(k-2)+r(k) （3） 由此产生非线性差分方程：y(k+1)=-0.8y(k)/(1+y2(k))+N[y(k)] +0.8y(k)+ 1.2y(k-1)+0.2y(k-2)+r(k) （4） 故设计的要点是设计一个神经网络来逼近0.8y(k)/(1+y2(k))。 2.2系统的建模设计过程 第一步，用BP神经网络逼近，神经网络的结构包含三层：输入层、隐含层 和输出层。BP网络的训练过程如下：正向传播是输入信号从输入层经隐层传向 输出层，若输出层得到了期望的输出，则学习算法结束；否则，转至反向传 播。 第二步，输入测试样本，对神经网络的逼近程度进行测试，将测试后的期

模糊控制算法的研究

模糊控制算法的研究 0842812128夏中宇 模糊控制概述 “模糊”是人类感知万物,获取知识,思维推理,决策实施的重要特征。“模糊”比“清晰”所拥有的信息容量更大,内涵更丰富,更符合客观世界。 在日常生活中,人们的思维中有许多模糊的概念,如大、小、冷、热等,都没有明确的内涵和外延,只能用模糊集合来描述。人们常用的经验规则都是用模糊条件语句表达,例如,当我们拧开水阀往水桶里注水时,有这样的经验:桶里没水或水较少时,应开大水阀;桶里水较多时,应将水阀关小些;当水桶里水快满时,则应把阀门关得很小;而水桶里水满时应迅速关掉水阀。其中,“较少”、“较多”、“小一些”、“很小”等,这些表示水位和控制阀门动作的概念都具有模糊性。即有经验的操作人员的控制规则具有相当的模糊性。模糊控制就是利用计算机模拟人的思维方式,按照人的操作规则进行控制,实现人的控制经验。 模糊控制理论是由美国著名的学者加利福尼亚大学教授Zadeh·L·A于1965年首先提出,它以模糊数学为基础,用语言规则表示方法和先进的计算机技术,由模糊推理进行决策的一种高级控制策略。 1974年,英国伦敦大学教授Mamdani·E·H研制成功第一个模糊控制器,充分展示了模糊技术的应用前景。 模糊控制概况 模糊逻辑控制(Fuzzy Logic Control)简称模糊控制(Fuzzy Control)，是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制技术。1965年，美国的L.A.Zadeh 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E.H.Mamdani首先用模糊控制语句组成模糊控制器，并把它应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。 模糊控制实质上是一种非线性控制，从属于智能控制的范畴。模糊控制的一大特点是既具有系统化的理论，又有着大量实际应用背景。模糊控制的发展最初在西方遇到了较大的阻力；然而在东方尤其是在日本，却得到了迅速而广泛的推广应用。近20多年来，模糊控制不论从理论上还是技术上都有了长足的进步，成为自动控制领域中一个非常活跃而又硕果累累的分支。其典型应用的例子涉及生产和生活的许多方面，例如在家用电器设备中有模糊洗衣机、空调、微波炉、吸尘器、照相机和摄录机等；在工业控制领域中有水净化处理、发酵过程、化学反应釜、水泥窑炉等的模糊控制；在专用系统和其它方面有地铁靠站停车、汽车驾驶、电梯、自动扶梯、蒸汽引擎以及机器人的模糊控制等。 模糊控制的基本理论 所谓模糊控制,就是在控制方法上应用模糊集理论、模糊语言变量及模糊逻辑推理的知识来模拟人的模糊思维方法,用计算机实现与操作者相同的控制。该理论以模糊集合、模糊语言变量和模糊逻辑为基础,用比较简单的数学形式直接将人的判断、思维过程表达出来,从而逐渐得到了广泛应用。应用领域包括图像识别、自动机理论、语言研究、控制论以及信号处理等方面。在自动控制领域,以模糊集理论为基础发展起来的模糊控制为将人的控制经验及推理过程纳入自动控制提供了一条便捷途径。 1.知识库

加工过程的复合自适应模糊控制

加工过程的复合自适应模糊控制 3 姚锡凡　副教授 姚锡凡　彭永红　陈统坚　彭　观　李春雄 摘要　设计了一种自适应模糊控制器,采用了模糊规则在线自调整和 输出比例因子在线自适应估计相结合的策略,应用于铣削加工过程的仿真结果表明,该控制器可适用于非最小相位系统,为加工过程的约束型控制提供一条有效途径。 关键词　加工过程　模糊控制　自适应　参数估计 中国图书资料分类法分类号　T P 273 3国家自然科学基金资助项目(59585006)收稿日期:1997—12—22 始于60年代初的加工过程自适应控制,可分为优化型自适应控制(A CO )和约束型自适应控制(A CC )两大类。但由于加工过程的不确定性、时变性和非线性,以及对加工性能要求越来越高,建立于对象的数学模型基础上的自适应控制难以获得满意的控制效果,甚至无能为力,加工过程的 控制至今仍未获得突破性的进展[1],为此发展不依赖或少依赖于数学模型的智能加工控制系统是必要的。但常规的模糊控制不具有自适应性,而且会出现零点极限环振荡现象,为此本文提出了一种复合的自适应模糊控制,对铣削加工过程进行控制。 1　自适应模糊控制 一般常规模糊控制涉及论域有3个,它们是误差E

K U = F r c s K P (4) 式中,c s 为常数(取0.5);F r 为力的设定值;K P 为被控对象的增益。 K P 可由下式估算得到E r (i )=F (i )-K P (i - 1)u (i -1) K P (i )=K P (i -1)+cE r (i ) (5) 式中,E r 为切削力的估计误差;F 为力的测量值;c 为常数(在下面仿真中取0.035);u (i )为进给速度(电压值)。 u (i )=K U (i )[U (i ) 12+0.5] (6) 2　仿真实验 本文以铣削加工为对象,在主轴转速恒定、铣削深度作阶跃变化下,通过检测切削力,自动调节铣削进给速度,使加工过程的切削力恒定。对于铣 削加工过程(包括伺服环节),其二阶模型可以表示为[5] F β+2ΝΞn F α+Ξ2n F =K (2ΝΞn u α+Ξ2n u )(7)式中,F 为实测的切削力;u 为进给速度(电压值)(见图1);Ν为阻尼系数;Ξn 为自然频率。 采用零阶保持器,当Ν<1时,式(7)的离散可表示为 G (z )= F (z ) u (z )=b 0z +b 1z 2 +a 1z +a 2 (8) 式中,a 1、a 2、b 0、b 1可由式(7)求得。 当采样周期T =0.05s,切削深度a p 分别为2.54mm 、1.91mm 、3.81mm 时,传递函数分别 为[6] G 1(z )=F (z )u (z )=1.3907z + 1.3257 z 2 -1.8218z +0.8409G 2(z )=F (z )u (z )=0.8346z + 0.8363z 2 -1.9642z +0.9773G 3(z )=F (z )u (z )=3.0861z + 2.8242z 2 -1.7461z + 0.7655 可以看出,传递函数随切削深度而变化,当切 削深度为1.91mm 时,已变为一个非最小相位系 统,有一个过程零点位于单位圆外(z =-b 1 b 0=-1.0021),此时常规的模型参考自适应控制(M odel R eference A dap tive Con tro l,M RA C )已 不能适用上述的非最小相位系统,要用修正的M RA C 进行控制,但修正算法较为复杂。一些研 究结果表明,模糊控制能较好地适用于非最小相位加工系统,本文采用复合自适应模糊控制(图1)实现铣削加工过程控制。 仿真实验时,取K E =0.4,K C =0.8,K U (0)=5.6338,F r =400N ,T =0.05s,结果见图2。仿 真时,首先取切削深度为2.54mm ,此时采用的加工模型为G 1(z ),在t =200T 时,让加工模型变为G 2 (z ),而在t =400T 时,让加工模型变为G 3(z )。同时对进给速度进行了限制,即0

模糊控制的优缺点

模糊控制的优缺点

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１.模糊控制中模糊的含义 模糊控制中的模糊其实就是不确定性。从属于该概念和不属于该概念之间没有明显的分界线。模糊的概念导致了模糊现象。 2.模糊控制的定义 模糊控制就是利用模糊数学知识模仿人脑的思维对模糊的现象进行识别和判断,给出精确的控制量，利用计算机予以实现的自动控制。 3.模糊控制的基本思想 模糊控制的基本思想:根据操作人员的操作经验，总结出一套完整的控制规则,根据系统当前的运行状态，经过模糊推理，模糊判断等运算求出控制量,实现对被控制对象的控制。 4.模糊的控制的特点 不完全依赖于纯粹的数学模型，依赖的是模糊规则。模糊规则是操作者经过大量的操作实践总结出来的一套完整的控制规则。 模糊控制的对象称为黑匣（由于不知道被控对象的内部结构、机理，无法用语言去描述其运动规律,无法去建立精确的数学模型）。但是模糊规则又是模糊数学模型。 5 模糊控制的优缺点及需要解决的问题分析 5.1模糊控制的优点 (1)使用语言方便,可不需要过程的精确数学模型;(不需要精确的数学模型) (２）鲁棒性强,适于解决过程控制中的非线性、强耦合时变、

滞后等问题；鲁棒性即系统的健壮性。 (3）有较强的容错能力。具有适应受控对象动力学特征变化、环境特征变化和动行条件变化的能力; (4)操作人员易于通过人的自然语言进行人机界面联系,这些模糊条件语句容易加到过程的控制环节上。 5．2模糊控制的缺点 (１)信息简单的模糊处理将导致系统的控制精度降低和动态品质变差; (2)模糊控制的设计尚缺乏系统性,无法定义控制目标。 6.模糊数学 模糊数学就是利用数学知识研究和解决模糊现象。在数学和模糊现象之间架起了一座桥梁。 6．１模糊集合的概念 每一个概念都有内涵和外延。 内涵就是指概念的本质属性的集合。外延就是符合某种本质属性的全体对象的集合。 模糊数学的基础就是模糊理论集。 在模糊集合设计到的论域U 上，给定了一个映射A,A ：U →[0,1] ,)(x x A μ ,则称A 为论域U 上的模糊集合或者模糊子集； )(x A μ表示U 中各个元素x 属于集合A 的程度,称为元素x 属于模糊集合A 的隶属函数。当x 是一个确定的0x 时，称)(0x A μ为元素0x 对于模糊集合A 的隶属 度。 F 集合引出的几个概念

利用模糊系统的自适应模糊控制器

２００８年９月第１５卷第５期 控制工程 ＣｏｎｔｒｏｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｆＣｈｉｎａ Ｓｅｐ．２００８ Ｖ０１．１５．Ｎｏ．５ 文章编号：１６７１．７８４８（２００８）０５．０５７２．０４ 利用模糊系统的自适应模糊控制器 金宗华’，张龙茁２，李远昌２，姜根泽２ （１．华东理工大学信息学院，上海２００２３７；２＋釜庆大学电子系，釜山６０８—７”） 摘要：针对非缌｝生系统控制，设计了利用ＴＳＫ（Ｔａｋａｇｉ．Ｓｌｌｇｅｒｐｌ（ａｎｇ）模糊系统的自适应模糊控 制器。所设计的自适应控制方法是参考模型自适应控制方法，而且利用Ｌｙ删，ｖ函数保证了闭环系 统的稳定性，同时推导了最优的自适应控制规律。首先．根据控制对象的输入输出数据建立ｒＩＳＫ模 糊模型，然后，由ＴＳＫ模糊模型设计初期的ＴＳＫ模糊控制器，并根据自适应规律随时调整模糊控制 器参数。倒立摆系统的仿真实验验证了所设计的自适应模糊控制器的有效性。 关键词：自适应控制器；ＴＳＫ模糊系统；非线性系统 中图分类号：ＴＰ２７３文献标识码：Ａ ＡｄａｐｔｉｖｅＦｕｚｚｙＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒｂｙＵｓｉｎｇＦｕｚｚｙＳｙｓｔｅｍｓ ｆｉＮＺｏｎｇ－ｈｕａｌ，ＪＡＮＧＹｏｎｇ－ｊｏｏｌ２，ＬＥＥＷｏｎ－ｃｈａｎ９２，ＫＡＮＧＣ，ｅｕｎ－ｔａｅｋ２ （１．ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥＩｌｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＥａｓｔＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２３７，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｄｅｔｍ／ｔｍｍｔ０ｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ，ＰｕｋｙｏｎｇＮａｔｉｏｎａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｐｕｓａｎ６０８—７３７，Ｋｏｒｅａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｄａｐｔｉｖｅｍｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｆｏｒｎｏｎｌｉｎｅａｒｓｙｓｔｅｍｓｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｂｙｕｓｉｎｇＴＳＫ（晰－Ｓｕｇｅｎｏ－Ｋ，ａ１１９）ｆｕｚｚｙｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅａｄａｐｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｉｓｍｏｄｅｌｒｅｆｅｉｅｎｃｅａｄａｐｔｉｖｅｃｏｎｔｒ０１．Ｂｙ璐ｉｎｇＬｙａｐｕｎｏｖｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐｓｙｓｔｅｍｉｓａｓｓｕｒｅｄａｎｄｔｈｅｂｅｓｔａｄａｐｔｉｖｅｌａｗｉｓｃａｌｅｕ－ ｌａｔｅｄ．ＴｈｅＴＳＫ ｆｕｚｚｙｍｏｄｅｌｉｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｂａｓｅｄＯｉｌｔｈｅｉｎｐｕｔ－ｏｕｔｐｕｔｄａｔａｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍａｔａｒｇｅｔｐｌａｎｔ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅＴＳＫｆｈｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｉｓｄｅｔｅｒ—ｍｉｎｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＴＳＫｆｕｒｙｍｏｄｅｌ．Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｆｈｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ咖ｂｅａｄｊｕｓｔｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅａｄａｐｔｉｖｅｒｕｌｅ．Ｔｈｅａｄａｐｔｉｖｅｆｕｚｚｙｃｏｎ—ｔｒｏｌｌｅｒｉｓａｐｐｌｊｅｄｔｏｃｏｎｔｒｏｌａｌｌｉｎｖｅｒｔｅｄｐｅｎｄｕｌｕｍｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｄａｐｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；ＴＳＫｆｕｚｚｙｓｙｓｔｅｍ；ｎｏｎｌｉｎｅａｒｓｙｓｔｅｍ １引言２自适应模糊控制器设计 一般模糊控制方法适用于系统的数学模型比较复杂或很难求得的情况。另外，确定了模糊规则，它的参数一般不变，所以适用于系统没有参数变化或参数变化较小的情况。如果系统存在不确定参数或控制过程中系统存在大的参数变化时很难得到好的控制结果。为了弥补这些缺点，本文提出了自适应模糊控制方法。目前，Ｐｒｏｅｙｋ和Ｍａｍｄａｎｉ提出的自适应方法是没有具体的模糊模型，直接利用系统的输入输出数据直接产生模糊控制器参数。利用神经网络或遗传算法，通过学习的方法产生控制规律和固定模糊控制规律，调整隶属度函数等自适应控制方法ｕ叫Ｊ。这些自适应控制方法利用的模糊规则一般是常数或模糊集合，大部分依靠专家的经验获得的控制规律直接利用于模糊控制规律，利用模糊规则相对少。模糊模型和模糊控制器都是线性方程形式的ＴＳＫ模糊规则的自适应控制还没有进行研究。因此，本文提出了利用ＴＳＫ模糊系统的自适应模糊控制方法ｂ。¨。 本文提出的自适应模糊控制器是参考模型自适应模糊控制器。首先，求出控制对象的模糊模型，根据模糊模型求出初期模糊控制器；然后，为了系统的输出跟踪参考模型的输出随时调整模糊控制器参数。 设计的参考模型自适应模糊控制系统结构，如图１所示。 参考模型 厂型ｑ丽面群皇望隔≤盖ｙ爪（ｔ））一“０ 图１参考模型自适应模糊控制系统结构图 №．１Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｎｍｄｅｌｒｅｆｅｒｅｎｃｅａｄａｐｔｉｖｅ ｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ Ｉ）ＴＳＫ模糊控制器假设控制对象是ｒ／，维非线性系统： 收稿日期：２００７－０５．２３；收修定稿日期：２００７－０６—２２ 作者简介：金宗华（１９７４一），男，（朝鲜族），吉林延吉人，讲师，博士，主要从事模糊控制、智能控制、自适应控制及最优控制等方面 的教学与科研工作。 　万方数据

完整版模糊控制技术的发展及前景展望

模糊控制技术的发展与 前 景

展 望 模糊控制技术发展现状与前景展望

1.引言 人的手动控制策略是通过操作者的学习，实验以及长期经验积累而形成的，他通过人的自然语言来叙述。由于自然语言具有模糊性，所以，这种语言控制也被称为模糊语言控制，简称模糊控制。 近年来，对于经典模糊控制系统稳态性能的改善，模糊集成控制，模糊自适应控制，专家模糊控制与多变量模糊控制的研究，特别是对复杂系统的自学习与参数自调整模糊系统方面的研究，受到各国学者的重视。人们将神经网络和模糊控制技术相结合，形成了一种模糊神经网络技术，他可以组成一组更接近于人脑的智能信息处理系统，其发展前景十分广阔。 2.模糊控制的热点问题 模糊控制技术是一项正在发展的技术，虽然近年来得到了蓬勃发展，但它也存在一些问题，主要有以下几个方面 (1) 还没有有形成完整的理论体系，没有完善的稳定性和鲁棒性分析、系统的设计方法（包括规则的获取和优化、隶属函数的选取等）； (2) 控制系统的性能不太高（稳态精度较低，存在抖动及积分饱和等问题）； (3) 自适应能力有限。目前，国内外众多专家学者围绕着这些问题展开了广泛的研究，取得了一些阶段性成果，下面介绍一下近期的主要研究热点。 2.1 模糊控制系统的稳定性分析 任何一个自动控制系统要正常工作，首先必须是稳定的。由于模糊系统本质上的非线性和缺乏统一的系统描述，使得人们难以利用现有的控制理论和分析方法对模糊控制系统进行分析和设计，因此，模糊控制理论的稳定性分析一直是一个难点课题，未形成较为完善的理论体系。正因为如此，关于模糊系统的稳定性分析近年来成为众人关注的热点，发表的论文较多，提出了各种思想和分析方法。目前模糊控制系统稳定性分析方法主要有以下几种： (1) 李亚普诺夫方法 基于李亚普诺夫直接方法，许多学者讨论了离散时间和连续时间模糊控建立了包括非Ying制系统的稳定性分析和设计。使用李亚普诺夫线性化方法， 线性对象的T-S模糊控制系统局部稳定性的必要和充分条件。另外，一种在大系统中使用的向量李亚普诺夫直接方法，被用于推导多变量模糊系统的稳定性条件；李亚普诺夫第二方法被用于判别模糊系统量比因子选择的稳定性；波波夫一李亚普诺夫方法被用于研究模糊控制系统的鲁棒稳定性。 但是，李亚普诺夫的一些稳定性条件通常比较保守，即当稳定性条件不满足时，控制系统仍是稳定的。 (2) 基于滑模变结构系统的稳定性分析方法 由于模糊控制器是采用语义表达，系统设计中不易保证模糊控制系统的稳定性和鲁棒性。而滑模控制有一个明显的特点，即能处理控制系统的非线性，而且是鲁棒控制。因此一些学者提出设计带有模糊滑模表面的模糊控制器，从而能用李亚普诺夫理论来获得闭环控制系统稳定性的证明。Palm和Driankov采用滑模控制的概念分析了增益规划的闭环模糊控制系统的稳定性和鲁棒性。另有一些学者用模糊推理来处理控制系统的非线性和减少控制震颤，使得基于李亚普诺夫方法可保证控制系统的稳定性。 基于变结构系统理论，可以得到控制系统的跟踪精度和模糊控制器的I/O 模糊集映射形状之间的关系，从而可以解释模糊控制器的鲁棒性和控制性能。文献等研究了基于变结构控制框架的模糊控制系统的稳定性，通过输出反馈的模糊

自适应模糊控制几个基本问题的研究进展

自适应模糊控制几个基本问题的研究进展 谢振华程江涛耿昌茂 (海军航空工程学院青岛分院航空军械系青岛 266041 ) 周德云 (西北工业大学西安 710072 ) [摘要] 综述了模糊控制系统的稳定性分析、系统设计及系统性能提高三个基本问题的研究 ,简述了应用研究 ,最后对自适应模糊控制的理论和应用进行了展望。 关键词模糊控制自适应控制鲁棒性稳定性 1 引言 自从 L. A. Zadeh提出模糊集合论以来 ,基于该理论形成一门新的模糊系统理论学科 ,在控制、信号处理、模式识别、通信等领域得到了广泛的应用。近年来 ,有关模糊控制理论及应用研究引起了学术界的极大兴趣 ,取得了一系列成功的应用和理论成果 ,与早期的模糊控制理论和应用相比有了很大的发展。模糊控制理论成为智能控制理论的一个重要分支。 一般来讲 ,模糊控制理论研究的核心问题在于如何解决模糊控制中关于稳定性和鲁棒性分析、系统的设计方法 (包括规则的获取和优化、隶属函数的选取等 )、控制系统的性能 (稳态精度、抖动及积分饱和度等 )的提高等问题 ,这己成为模糊控制研究中的几个公认的基本问题。其中 ,稳定性和鲁棒性问题的研究最为热烈 ,从早期基于模糊控制器的“多值继电器”等价模型的描述函数分析法 ,扩展到相平面法、关系矩阵分析法、圆判据、L yapunov稳定性理论、超稳定理论、基于滑模控制器的比较法、模糊穴 -穴映射及数值稳定性分析方法等非线性理论方法。设计方法的研究也倍受关注 ,主要表现在对规则的在线学习和优化、隶属函数参数的优化修正等应用了多种思想 ,如最优控制的二次型性能指标、自适应、神经网络、遗传算法等思想。稳态性能的改善一直是模糊控制学者所关注。 围绕上述几个基本问题 ,出现了多变量模糊控制[1 ,2 ] 、模糊神经网络技术 [3 ] 、神经模糊技术 [4 ] 、自适应模糊控制 [5] 、模糊系统辨识[6 ] 等热点研究领域。在模糊控制理论与应用方面 ,日本学者取得了很大的成就[7] ,我国学者在这方面也付出了不懈的努力 ,并取得了许多重要的成果。所有这些工作促进了模糊控制的理论和应用的快速发展。 本文拟对近几年自适应模糊控制几个基本问题的研究现状作一总结 ,希望能从这一侧面反映其研究情况和发展动向。主要内容包括 :( 1 )稳定性分析问题的研究 ;( 2 )系统设计方法的研究 ;( 3)系统性能提高的研 究 ;( 4 )应用研究情况。 2 稳定性分析 众所周知 ,任何一个自动控制系统 ,首先必须是稳定的 ,否则这个系统就无法工作。因此 ,在控制系统的分析和设计中 ,系统的稳定性研究占有重要的地位 ,模糊控制系统也是如此。由于模糊系统本质上的非线性和缺乏统一的系统描述 ,使得人们难以利用现有的控制理论和分析方法对模糊控制系统进行分析和

模糊自适应PID控制

《系统辨识与自适应控制》 课程论文 基于Matlab的模糊自适应PID控制器仿真研究

学院：电信学院 专业：控制工程 姓名：王晋 学号：102430111356

基于Matlab的模糊自适应PID控制器仿真研究 王晋 （辽宁科技大学电信学院鞍山） 摘要：传统PID在对象变化时，控制器的参数难以自动调整。将模糊控制与PID控制结合，利用模糊推理方法实现对PID参数的在线自整定。使控制器具有较好的自适应性。使用MATLAB对系统进行仿真，结果表明系统的动态性能得到了提高。 关键词:模糊PID控制器；参数自整定；Matlab；自适应 0引言 在工业控制中，PID控制是工业控制中最常用的方法。但是，它具有一定的局限性:当控制对象不同时，控制器的参数难以自动调整以适应外界环境的变化。为了使控制器具有较好的自适应性，实现控制器参数的自动调整，可以采用模糊控制理论的方法[1]模糊控制已成为智能自动化控制研究中最为活跃而富有成果的领域。其中，模糊PID控制技术扮演了十分重要的角色，并目仍将成为未来研究与应用的重点技术之一。到目前为止，现代控制理论在许多控制应用中获得了大量成功的范例。然而在工业过程控制中，PID类型的控制技术仍然占有主导地位。虽然未来的控制技术应用领域会越来越宽广、被控对象可以是越来越复杂，相应的控制技术也会变得越来越精巧，但是以PID为原理的各种控制器将是过程控制中不可或缺的基本控制单元。本文将模糊控制和PID控制结合起来，应用模糊推理的方法实现对PID参数进行在线自整定，实现PID参数的最佳调整，设计出参数模糊自整定PID控制器，并进行了Matlab/Simulink仿真[2]。仿真结果表明，与常规PID控制系统相比，该设计获得了更优的鲁棒性和动、

模糊自适应PID控制器

模糊自适应PID控制器 的设计

模糊自适应PID 控制器的设计 一、 模糊自适应原理 模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机控制方法，作为智能控制的一个重要分支，在控制领域获得了广泛应用，模糊控制与传统控制方式相比具有以下突出优点: ·不需要精确的被控对象的数学模型； ·使用自然语言方法，控制方法易于掌握； ·鲁棒性好，能够较大范围的适应参数变化； ·与常规PID 控制相比，动态响应品质优良。 常规模糊控制器的原理如图1所示: 图1 模糊控制系统框图 PID 控制规律: 1 01()[()()()] p D I d u t k e t e t dt T e t T dt =++? 式中：p k ---比例系数； I T ---积分时间常数； D T ---微分时间常数。 在工业生产中过程中，许多被控对象随着负荷变化或干扰因素影响，其对象特性参数或结构发生改变。自适应控制运用现代控制理论在线辨识对象特征参 数，实时改变其控制策略，使控制系统品质指标保持在最佳范围内，但其控制效果的好坏取决于辨识模型的精确度，这对于复杂系统是非常困难的。因此，在工业生产中过程中，大量采用的仍然是PID 算法，PID 参数的整定方法很多，但大多数都以对象特性为基础。 随着计算机技术的以展，人们利用人工智能的方法将操作人员的调整经验作为知识存入计算机中，根据现场实际情况，计算机能自动调整PID 参数，这样就出现了智能PID.这种控制器把古典的PID 控制与先进的专家系统相结合，实现系统的最佳控制。这种控制必须精确地确定模型，首先将操作人员长期实践积累

模糊控制系统的应用

模糊控制系统的应用 一、模糊控制系统的应用背景 模糊控制系统是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制技术。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。 模糊控制系统主要是模拟人的思维、推理和判断的一种控制方法, 它将人的经验、常识等用自然语言的形式表达出来, 建立一种适用于计算机处理的输入输出过程模型, 是智能控制的一个重要研究领域。从信息技术的观点来看, 模糊控制是一种基于规则的专家系统。从控制系统技术的观点来看, 模糊控制是一种普遍的非线性特征域控制器。 相对传统控制, 包括经典控制理论与现代控制理论。模糊控制能避开对象的数学模型(如状态方程或传递函数等) , 它力图对人们关于某个控制问题的成功与失败和经验进行加工, 总结出知识, 从中提炼出控制规则, 用一系列多维模糊条件语句构造系统的模糊语言变量模型, 应用CRI 等各类模糊推理方法,可以得到适合控制要求的控制量, 可以说模糊控制是一种语言变量的控制。 模糊控制具有以下特点: (1) 模糊控制是一种基于规则的控制。它直接采用语言型控制规则, 出发点是现场操作人员的控制经验或相关专家的知识, 在设计中不需要建立被控对象的精确数学模型, 因而使得控制机理和策略易于接受与理解, 设计简单, 便于应用; (2) 由工业过程的定性认识出发, 比较容易建立语言控制规则, 因而模糊控制对那些数学模型难以获取、动态特性不易掌握或变化非常显著的对象非常适用; (3) 基于模型的控制算法及系统设计方法, 由于出发点和性能指标的不同, 容易导致较大差异; 但一个系统的语言控制规则却具有相对的独立性, 利用这些控制规律间的模糊连接, 容易找到折中的选择, 使控制效果优于常规控制器; (4) 模糊控制算法是基于启发性的知识及语言决策规则设计的, 这有利于模拟人工控制的过程和方法, 增强控制系统的适应能力, 使之具有一定的智能

升级版智能车快速转弯的模糊自适应PID控制算法[

升级版智能车快速转弯的模糊自适应PID控制算法[ 摘要： 针对智能小车在转向尤其是急弯时陀螺仪传感器输出的瞬态信号变化很快，因自身结构和工艺限制而带来的信号测不全、抓不好的问题，设计了一种以STM32转弯控制芯片和FPGA为一次仪表特性改善单元控制核心的验证方法。测试结果表明，该系统在对转弯信号采集、放大后通过级联特性改善模块可以有效地改善传统转弯下的动态特性，提高急弯下对实时信号处理的精度。 0 引言 谷歌旗下波士顿动力公司最新发布的名为Handle的轮式机器人能力拔高到新的高度，事实上这种智慧型机器人搭载了多种诸如传感采集模块、环境探测以及人机交互模块等。路况不一样造成不同弯道的曲率不同，如何在急转弯的情况下保持精准的感知与采存处理一直是研究的焦点所在[1]。 智能小车的转弯控制是一个复杂的控制过程，要建立相应的数学模型，单单选用经典的PID算法不够精准，很难做到精确测量和估计。因此，本文提出在传递函数后面串联一个动态测试修正模块[2-4]。 1 智能车弯道设计背景 智能车要想在急转弯路况下继续保持稳定、快速、安全的行驶，主要体现小车在运动控制上是否可以即时地进行监测和反馈。由于被测小车所处周边的环境复杂多变，采光条件、路面温度、自身结构产生的相对运动差以及摩擦系数都会引起智能车所带来的参数变动和毛刺现象甚至是检测盲区[5-6]。考虑到小车单方面在转弯控制下定制控制策略会使整体运行过程的稳定性、及时性出现偏差以至于冲出跑道，针对复杂多变的环境，综合得出一个合理控制策略补偿模块，使小车在弯道环境下既能保持采集的信号可靠、稳定，又能快速、高效、准确地在弯道上进行调姿与控制[7]。 2 系统硬件

模糊预测控制发展的概况

控制工程C ontrol Engineering of China May 2006V ol .13,S 0 2006年5月第13卷增刊 文章编号:167127848(2006)S 020094204 收稿日期:2005204222;　收修定稿日期:2005205212 作者简介:曾海莹(19812),女,湖南涟源人,研究生,主要研究方向为复杂系统的智能控制、预测控制等。 模糊预测控制发展的概况 曾海莹,刘暾东 (厦门大学信息科学与技术学院,福建厦门　361005 ) 摘 要:模糊预测控制(FPC )是近年来发展起来的新型控制算法,是模糊控制和预测控制相结合的产物。在预测控制的模型预测、反馈校正、滚动优化的机理下,对模糊预测控制近 20年来的发展概况和实现形式作了归纳,指出模糊模型引入预测控制,体现了预测控制向智 能控制方向拓展的趋势,更符合人们的控制思想,可进一步提高控制的效果,并就其有待解决的问题发表了一些看法。 关　键　词:模糊预测控制;模糊模型;模糊决策优化 中图分类号:TP 273 文献标识码:A Survey on Fuzzy Predictive C ontrol ZENG Hai 2ying ,LIU Tun 2dong (C ollege of In formation Science &T echnique ,X iamen University ,X iamen 361005,China ) Abstract :Fuzzy predictive control (FPC )is a new control alg orithm developed in recent years.I t is the combination of fuzzy control and pre 2dictive control.Based on the mechanism of predictive control ,namely m odel prediction ,rolling optimization and feed back correction ,the de 2velopment of recent twenty years and the realization form of FPC are concluded.As the combination of predictive mechanism and fuzzy m odel ,FPC not only adapts to the requirement of predictive control extending to intelligent domain ,but als o im proves the control effects.At the same time ,s ome problems to be res olved on FPC is pointed out. K ey w ords :fuzzy predictive control ;fuzzy m odel ;optimization of fuzzy decision 2making 1　引　言 基于模型的预测控制思想经历了模型预测控制 (MPHC )[1],动态矩阵控制(DMC )[2],广义预测控 制(GPC )[3] 等几个重要的发展里程碑。由于预测控制具有模型预测、滚动优化、反馈校正等机理,因此能够克服过程模型的不确定性,体现出优良的控制性能,在工业过程控制中取得了成功的应用,成为先进控制中的重要内容。 1965年美国Z adeh L 1A 1教授创立模糊集理论[4]。随后,经Mamadani E 1H [5] 1等许多学者的努力[6～10],模糊控制已逐渐发展成为解决传统方法所无法解决的控制和系统问题的途径。 模糊控制与预测控制都是对不确定系统进行控制的有效方法,而模糊预测控制技术作为二者相结合的产物,更符合人们的控制思想,可进一步提高控制的效果,因此成为很有吸引力的研究方向之 一。模糊预测控制具体形式多种多样[11～13] ,主要 是基于预测控制中模型预测,反馈校正,滚动优化 的机理,将模糊思想与预测方法相结合,相互促进。本文在预测控制机理下,对模糊预测控制模型及其优化控制算法进行归纳,并对模糊预测控制今后的发展提出一些看法。 2　预测控制与模糊控制的结合 1983年,日本的安信诚二等人最早提出模糊预 测控制,并成功应用于地铁列车的控制上[14] 。1991 年,Cucal 等人设计了一种模糊专家预测控制器[15] ,利用预测模型的超前预测误差来调整控制器规则。1992年,李静如等人提出一种新的模糊预测控制算法[16] ,它将预测控制与模糊控制相结合,应用于一类复杂的工艺过程的终点控制,以预测模型对控制效果进行预报,并根据目标偏差和操作者的经验,应用模糊决策方法在线修正控制策略。1993年,张化光等提出了一种基于辨识模型的多变量预 测控制方法[17] ,它由模糊辨识和广义预测控制器

模糊控制理论的心得与体会

模糊控制理论的心得与体会 模糊理论（Fuzzy Logic)是在美国加州大学伯克利分校电气工程系的 L.A.zadeh教授于1965年创立的模糊集合理论的数学基础上发展起来的,主要包括模糊集合理论、模糊逻辑、模糊推理和模糊控制等方面的内容.美国加州大学的L.A.Zadeh教授在1965年发表了著名的论文，文中首次提出表达事物模糊性的重要概念:隶属函数,从而突破了19世纪末笛卡尔的经典集合理论, 奠定模糊理论的基础. 1966年,P.N.Marinos发表模糊逻辑的研究报告,1974年,L.A.Zadeh发表模糊推理的研究报告,从此,模糊理论成了一个热门的课题。1974年,英国的E.H.Mamdani首次用模糊逻辑和模糊推理实现了世界上第一个实验性的蒸汽机控制,并取得了比传统的直接数字控制算法更好的效果,从而宣告模糊控制的诞生。1980年丹麦的L.P.Holmb lad和Ostergard在水泥窑炉采用模糊控制并取得了成功,这是第一个商业化的有实际意义的模糊控制器。 事实上,模糊理论应用最有效，最广泛的领域就是模糊控制,模糊控制在各种领域出人意料的解决了传统控制理论无法解决的或难以解决的问题,并 取得了一些令人信服的成效。 一模糊控制的基本思想及应用方向 把人类专家对特定的被控对象或过程的控制策略总结成一系列以"IF(条件)THEN(作用)"形式表示的控制规则,通过模糊推理得到控制作用集,作用于被控对象或过程.控制作用集为一组条件语句,状态语句和控制作用均为一组被量化了的模糊语言集,如"正大","负大","正小","负小",零等。 模糊控制的几个研究方向: ·模糊控制的稳定性研究 ·模糊模型及辩识 ·模糊最优控制 ·模糊自组织控制 ·模糊自适应控制 ·多模态模糊控制