模糊控制及应用PPT格式课件下载.ppt
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若用计算机实现传统控制方法:
A.首先要设定控制目标值。
首先要设定控制目标值。
B.根根据据被被控控对对象象的的特特性性变变化化和和环环境境变变化化,通通过过负负反反馈馈原原理理,不不断断进进行行调调节节,以以跟跟踪所设定的目标值。
踪所设定的目标值。
C.设设计计一一个个满满足足控控制制目目标标的的控控制制器器,必须要有数学模型。
,必须要有数学模型。
实实际际实实现现很很困困难难,特特别别是是对对复复杂杂的的非非线线性系统和多因素的时变系统性系统和多因素的时变系统。
随着系统复杂程度的提高,将难以建立系随着系统复杂程度的提高,将难以建立系统的精确数学模型和满足实时控制的要求。
统的精确数学模型和满足实时控制的要求。
人们希望探索一种除数学模型以外的描述人们希望探索一种除数学模型以外的描述手段和处理方法。
手段和处理方法。
例如:
骑自行车骑自行车水箱水温控水箱水温控制制1.1模糊控制理论的产生和发展模糊控制就是模仿人的控制过程,其中包模糊控制就是模仿人的控制过程,其中包含了人的控制经验和知识。
含了人的控制经验和知识。
模糊控制方法既可用于简单的控制对象,模糊控制方法既可用于简单的控制对象,也可用于复杂的过程。
也可用于复杂的过程。
模糊控制以模糊集合论作为数学基础。
1965年年L.A.Zadeh(美国教授美国教授)首先提出了首先提出了模糊集合的概念。
模糊集合的概念。
1974年年E.H.Mamdani(英国教授英国教授)首先将模首先将模糊集合理论应用于加热器的控制。
糊集合理论应用于加热器的控制。
1.1模糊控制理论的产生和发展模糊控制的主要应用领域p航空航天航空航天p无人驾驶车辆无人驾驶车辆p生产调度系统生产调度系统p能源生产系统能源生产系统p过程控制系统过程控制系统p机器人机器人中国批准中国批准863863高技术计划,包括自动化领域的计算高技术计划,包括自动化领域的计算机集成制造系统和智能机器人两个主题机集成制造系统和智能机器人两个主题(1986)(1986)。
模糊控制的主要应用领域日本日本SONYSONY公司二足步行机械人公司二足步行机械人SDR-4XSDR-4X(2002)(2002)日本安日本安川公司川公司娱乐机娱乐机械狗械狗(2001)(2001)模糊控制的主要应用领域模糊控制的主要应用领域1.2模糊控制的概念和特点模糊控制模糊控制(Fuzzycontrol)是指模糊理论在控制技术上的应用。
p用语言变量代替数学变量或两者结合应用;
p用模糊条件语句来刻画变量间的函数关系;
p用模糊算法来刻画复杂关系,模拟人类学习和自适应能力。
模糊逻辑控制方法把模糊数学理论应用于自动控制领域,从而把模糊数学理论应用于自动控制领域,从而产生的控制方法称为模糊控制方法。
产生的控制方法称为模糊控制方法。
传统控制依赖于被控系统的传统控制依赖于被控系统的数学模型数学模型;
模糊逻辑控制依赖于被控系统的模糊逻辑控制依赖于被控系统的物理特性物理特性。
优点A.无需预先知道被控对象的精确数学模型;
无需预先知道被控对象的精确数学模型;
B.容容易易学学习习和和掌掌握握模模糊糊逻逻辑辑控控制制方方法法(规规则则由人的经验总结出来、以条件语句表示);
由人的经验总结出来、以条件语句表示);
C.有有利利于于人人机机对对话话和和系系统统知知识识处处理理(以以人人的的语言形式表示控制知识)。
语言形式表示控制知识)。
2模糊集合及其运算2.1经典集合经典集合2.2模糊集合模糊集合2.3模糊性与随机性模糊性与随机性2.4模糊集合表示方法模糊集合表示方法2.5其它模糊集合的概念其它模糊集合的概念2.6隶属函数隶属函数2.7模糊集合的基本运算模糊集合的基本运算模糊集合与经典集合模糊集合与经典集合经典集合-描述清晰概念模糊集合描述不确定的概念康托(Cantor,G.F.P.1845年1918年),德国数学家把若干确定的有区别的(不论是具体的或把若干确定的有区别的(不论是具体的或抽象的)事物合并起来,看作一个整体,抽象的)事物合并起来,看作一个整体,就称为一个就称为一个集合集合,其中各事物,其中各事物(对象对象)称为称为该集合的该集合的元素元素。
属于不属于2.1经典集合经典集合1.基本概念基本概念论域论域:
当讨论某个概念的外延或考虑某个问:
当讨论某个概念的外延或考虑某个问题的议题时,总会圈定一个讨论的范围,这题的议题时,总会圈定一个讨论的范围,这个范围称为论域。
个范围称为论域。
元素:
论域中的每个对象称为元素。
集合:
在某一论域中,具有某种特定属性的集合:
在某一论域中,具有某种特定属性的对象的全体成为该论域中的一个集合。
对象的全体成为该论域中的一个集合。
相互关系的常用符号有:
表示元素属于集合,表示元素不属于集合,表示集合中的所有元素表示集合中存在元素2.1经典集合经典集合2普通集合的表示方法
(1)列举法例如:
“小于10的正奇数的集合”记为1,3,5,7,9。
(2)定义法例如:
是5的整数倍(3)特征函数法例如:
2.1经典集合经典集合3几种特殊的集合全集全集是包含论域中的全部元素的集合,记为空集空集是不包含任何元素的集合,记为A是B的一个子集,记作,或集合的幂集幂集,是由集合的所有子集构成的集合2.1经典集合经典集合4.普通集合的基本运算并运算交运算补运算2.1经典集合经典集合差运算集合的直积A-BA-BBB2.1经典集合经典集合例:
设,则直积2.1经典集合经典集合5.普通集合运算的基本性质1)交换律2)结合律3)分配律2.1经典集合经典集合4)幂等律5)同一律6)零一律7)补余律(互补律)2.1经典集合经典集合8)吸收律9)德摩根律10)双补律(复原律或称双重否定律)2.1经典集合经典集合6.集合的直积由两个集合和各自的元素,构成的序偶的集合,称为集合的直积,记作2.1经典集合经典集合7.二元关系二元关系如果对集合中的元素之间搭配加以某种限制,则满足此限制的所有序偶构成的集合是直积中的一个子集。
定义设和是两个非空集合,集合和的直积的一个子集称为到的一个二元关系,简称关系。
2.1经典集合经典集合8.关系矩阵关系可用关系矩阵来表示。
关系矩阵的第行第列上的元素按如下定义2.1经典集合经典集合模糊性总是伴随复杂性而出现的,复杂性模糊性总是伴随复杂性而出现的,复杂性意味着因素的多样性,联系的多样性。
意味着因素的多样性,联系的多样性。
事物的普通联系造成了事物的复杂性和模事物的普通联系造成了事物的复杂性和模糊性。
糊性。
模糊性也起源于事物的发展变化性,变化模糊性也起源于事物的发展变化性,变化性就是不确定性。
过渡阶段的事物表现为从属性就是不确定性。
过渡阶段的事物表现为从属于到不属于的变化过程的渐进性。
于到不属于的变化过程的渐进性。
2.2模糊集合模糊概念模糊概念天气冷热雨的大小风的强弱人的胖瘦年龄大小个子高低日常生活中的成年人、青年人、高个子、日常生活中的成年人、青年人、高个子、冷与热等等都是一些不分明的模糊的概念,冷与热等等都是一些不分明的模糊的概念,对这样的概念,传统的集合论显得无能为力,对这样的概念,传统的集合论显得无能为力,因此,美国控制论专家因此,美国控制论专家L.A.ZadehL.A.Zadeh于于19651965年提年提出了模糊集合用以描述模糊概念。
出了模糊集合用以描述模糊概念。
2.2模糊集合2.2模糊集合
(一)模糊集合的基本概念及其表示方法
(一)模糊集合的基本概念及其表示方法定义:
所谓给定了论域定义:
所谓给定了论域UU上的一个模糊集上的一个模糊集AA是指:
对任何是指:
对任何,都指定了一个数,都指定了一个数与之对应,它叫做与之对应,它叫做xx对对AA的隶属度。
的隶属度。
这意味着构造了一个这意味着构造了一个映射映射,这个映射称为这个映射称为AA的隶属函数。
的隶属函数。
2.2模糊集合
(二)符号意义:
模糊集合用大写字母A表示,隶属度函数用来表示。
A中的元素用x来表示,则称为x属于A的隶属度,表示论域中的元素x属于其模糊子集A的程度。
U表示集合的全体,即论域。
模糊集合可以表示为:
2.2模糊集合模糊性是由于对象无精确定义造成的。
模糊性是由于对象无精确定义造成的。
因此,对它的描述需要采用隶属函数。
随机性是在事件是否发生的不确定性中随机性是在事件是否发生的不确定性中表现出来的不确定性,而事件本身的状态和表现出来的不确定性,而事件本身的状态和类属是确定的。
类属是确定的。
2.3模糊性与随机性模糊性与随机性由上述定义可知,模糊性也是一种不确由上述定义可知,模糊性也是一种不确定性,但它不同于随机性,所以模糊理论不定性,但它不同于随机性,所以模糊理论不同于概率论。
模糊性通常是指对概念的定义同于概率论。
模糊性通常是指对概念的定义以及语言意义的理解上的不确定性。
例如,以及语言意义的理解上的不确定性。
例如,“老人老人”、“温度高温度高”、“数量大数量大”等所含等所含的不确定性即为模糊性。
可见,模糊性主要的不确定性即为模糊性。
可见,模糊性主要是人为的主观理解上的不确定性,而随机性是人为的主观理解上的不确定性,而随机性则主要反映的是客观上的自然的不确定性,则主要反映的是客观上的自然的不确定性,或者是事件发生的偶然性。
或者是事件发生的偶然性。
2.3模糊性与随机性模糊性与随机性2.3模糊性与随机性模糊性与随机性随机性与模糊性具有本质上的不同,它随机性与模糊性具有本质上的不同,它们是不同情况下的不确定性。
例如,们是不同情况下的不确定性。
例如,“明天明天有雨有雨”的不确定性,是由今天的预测产生的,的不确定性,是由今天的预测产生的,时间过去了,到明天就变成确定的了。
再有时间过去了,到明天就变成确定的了。
再有“掷一下色子是四点掷一下色子是四点”的不确定性是根据掷的不确定性是根据掷之前推测发生的,实际做一下掷色子的实验,之前推测发生的,实际做一下掷色子的实验,它就是确定的事件了。
但是它就是确定的事件了。
但是“老人老人”、“气气温高温高”等的不确定性,即
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