模糊控制系統(tǒng)及應(yīng)用

內(nèi)容概要

　　本書介紹了模糊數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)；由淺入深地闡述了模糊控制系統(tǒng)的組成及設(shè)計(jì)方法；介紹了MATLAB中模糊工具箱的應(yīng)用；探討了模糊控制器的解析結(jié)構(gòu)，揭示了模糊控制的本質(zhì)；介紹了幾種先進(jìn)的模糊控制方法，包括：模糊參數(shù)PID控制、模糊預(yù)測控制和自適應(yīng)模糊控制方法等；從工程應(yīng)用的角度出發(fā)，詳細(xì)介紹溫度、壓力，以及流量模糊控制的工程實(shí)例。

書籍目錄

第1章 概述
1.1 控制系統(tǒng)中信息的不確定性
1.1.1 控制系統(tǒng)中的信息流程
1.1.2 控制系統(tǒng)中的信息不確定性
1.2 模糊數(shù)學(xué)的創(chuàng)立
1.2.1 模糊概念
1.2.2 模糊數(shù)學(xué)的產(chǎn)生
1.3 模糊控制技術(shù)
1.3.1 模糊控制技術(shù)的誕生
1.3.2 模糊控制技術(shù)的特點(diǎn)
1.3.3 模糊控制技術(shù)的發(fā)展
本章小結(jié)
習(xí)題
第2章 模糊集合
2.1 模糊集合的概念
2.1.1 集合的基本知識(shí)
2.1.2 模糊集合
2.1.3 模糊集合的表示
2.2 模糊集合的隸屬函數(shù)
2.3 模糊集合的運(yùn)算
2.4 模糊集合的度量
2.4.1 模糊集合之間的距離
2.4.2 模糊集合之間的貼近度
2.4.3 模糊度
本章小結(jié)
習(xí)題
第3章 模糊關(guān)系
3.1 普通關(guān)系
3.2 模糊關(guān)系及運(yùn)算
3.2.1 模糊關(guān)系的定義
3.2.2 模糊關(guān)系的運(yùn)算
3.2.3 模糊關(guān)系的表示
3.2.4 模糊截矩陣
3.3 模糊關(guān)系的合成
3.3.1 模糊關(guān)系合成的定義
3.3.2 模糊關(guān)系合成的運(yùn)算性質(zhì)
3.4 模糊向量
3.5 模糊變換
3.6 模糊決策
本章小結(jié)
習(xí)題
第4章 模糊邏輯與模糊推理
4.1 模糊邏輯
4.1.1 二值邏輯
4.1.2 命題
4.1.3 模糊命題和模糊邏輯
4.1.4 模糊邏輯公式及范式
4.2 模糊語言
4.2.1 語言的集合描述
4.2.2 語言算子
4.2.3 語言值及其運(yùn)算
4.2.4 模糊語言變量
4.3 模糊推理
4.3.1 推理語句
4.3.2 模糊推理
4.3.3 模糊條件推理的基本形式
本章小結(jié)
習(xí)題
第5章 模糊控制系統(tǒng)
5.1 基本模糊控制器的設(shè)計(jì)
5.1.1 模糊控制器的結(jié)構(gòu)
5.1.2 模糊化
5.1.3 模糊規(guī)則設(shè)計(jì)
5.1.4 模糊推理機(jī)
5.1.5 去模糊化
5.1.6 基本模糊控制器的設(shè)計(jì)舉例
5.2 基于T-S模型的模糊控制器
5.2.1 T-S模糊推理
5.2.2 T-S模糊模型
5.2.3 MISO系統(tǒng)的T-S模型
5.2.4 T-S模糊控制器設(shè)計(jì)
5.3 模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
5.3.1 模糊控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及控制原理
5.3.2 輸入/輸出變量的映射
5.3.3 模糊控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
5.3.4 模糊控制系統(tǒng)舉例
本章小結(jié)
習(xí)題
第6章 模糊控制工具箱的應(yīng)用
6.1 GUI簡介
6.2 Mamdani模糊推理系統(tǒng)編輯器
6.2.1 FIS編輯器
6.2.2 隸屬函數(shù)編輯器
6.2.3 模糊規(guī)則編輯器
6.2.4 模糊規(guī)則觀測器
6.2.5 輸出曲面觀測器
6.3 Sugeno模糊推理系統(tǒng)編輯器
6.4 在GUI中定制隸屬函數(shù)
6.5 GUI工具與Simulink鏈接
6.5.1 控制系統(tǒng)描述
6.5.2 構(gòu)建基于GUI的模糊推理系統(tǒng)
6.5.3 建立Simulink仿真模型
6.6 命令行方式
本章小結(jié)
習(xí)題
第7章 模糊控制器的結(jié)構(gòu)分析
7.1 模糊控制器的輸入/輸出關(guān)系
7.1.1 一維模糊控制器的輸入/輸出關(guān)系
7.1.2 隸屬函數(shù)對(duì)控制性能的影響
7.1.3 二維模糊控制器的輸入/輸出關(guān)系
7.2 模糊控制器的解析結(jié)構(gòu)概述
7.2.1 模糊控制器解析結(jié)構(gòu)的推導(dǎo)
7.2.2 模糊控制器解析結(jié)構(gòu)的分析
7.3 二維Mamdani模糊控制器的解析結(jié)構(gòu)
7.3.1 二維模糊控制器的基本結(jié)構(gòu)
7.3.2 二維模糊控制器的結(jié)構(gòu)分析
7.3.3 二維模糊控制器的穩(wěn)定性分析
7.3.4 模糊控制器的一致逼近性
7.4 三維模糊控制器的解析結(jié)構(gòu)
7.4.1 三維模糊控制器的結(jié)構(gòu)
7.4.2 三維模糊控制器的結(jié)構(gòu)分析
本章小結(jié)
第8章 先進(jìn)的模糊控制方法
8.1 模糊PID控制
8.1.1 PID控制基本原理
8.1.2 自整定模糊PID控制
8.2 模糊預(yù)測控制
8.2.1 預(yù)測控制基本原理
8.2.2 基于模糊關(guān)系模型的模糊預(yù)測控制
8.2.3 基于T-S模型的模糊預(yù)測控制
8.3 自適應(yīng)模糊控制
8.3.1 自適應(yīng)控制基本原理
8.3.2 模糊模型參考學(xué)習(xí)控制
8.3.3 間接自適應(yīng)模糊控制
8.3.4 量化因子和比例因子可調(diào)整的模糊自適應(yīng)控制
8.3.5 權(quán)系數(shù)可調(diào)整的模糊自適應(yīng)控制
本章小結(jié)
習(xí)題
第9章 模糊控制技術(shù)的應(yīng)用
9.1 工業(yè)電阻爐溫度模糊控制系統(tǒng)
9.2 浮選過程模糊控制系統(tǒng)
9.2.1 浮選工藝過程
9.2.2 浮選過程模糊控制器設(shè)計(jì)
9.2.3 控制效果
9.3 酸洗過程溫度模糊-PID控制系統(tǒng)
9.3.1 冷軋生產(chǎn)線酸洗工藝過程
9.3.2 冷軋生產(chǎn)線酸洗控制系統(tǒng)組成
9.3.3 酸洗模糊-PID控制器設(shè)計(jì)
9.4 集氣管壓力模糊控制系統(tǒng)
9.4.1 焦?fàn)t鼓冷系統(tǒng)的工藝過程
9.4.2 焦?fàn)t集氣管壓力控制系統(tǒng)
9.4.3 焦?fàn)t集氣管壓力模糊PID控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   8.3.1  自適應(yīng)控制基本原理 在日常生活中，所謂自適應(yīng)是指生物能改變自己的習(xí)性以適應(yīng)新環(huán)境的一種特性。因此，直觀地說，自適應(yīng)控制應(yīng)該是這樣一種控制器，它能修正自己的特性以適應(yīng)對(duì)象和擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性的變化。 自適應(yīng)控制的研究對(duì)象是具有一定程度不確定性的系統(tǒng)，這里所謂的“不確定性”是指描述被控對(duì)象及其環(huán)境的數(shù)學(xué)模型不是完全確定的，其中包含一些未知因素和隨機(jī)因素。任何一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)都具有不同程度的不確定性，這些不確定性有時(shí)表現(xiàn)在系統(tǒng)內(nèi)部，有時(shí)表現(xiàn)在系統(tǒng)外部。從系統(tǒng)內(nèi)部來講，描述被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，設(shè)計(jì)者事先并不一定能準(zhǔn)確知道。作為外部環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的影響，可以等效地用許多擾動(dòng)來表示。這些擾動(dòng)通常是不可預(yù)測的。此外，還有一些測量時(shí)產(chǎn)生的不確定因素會(huì)進(jìn)入系統(tǒng)。面對(duì)這些客觀存在的各式各樣的不確定性，如何設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)目刂谱饔?，使得某一指定的性能指?biāo)達(dá)到并保持最優(yōu)或者近似最優(yōu)，這就是自適應(yīng)控制所要研究解決的問題。 自適應(yīng)控制和常規(guī)的反饋控制和最優(yōu)控制一樣，也是一種基于數(shù)學(xué)模型的控制方法，所不同的只是自適應(yīng)控制所依據(jù)的關(guān)于模型和擾動(dòng)的先驗(yàn)知識(shí)比較少，需要在系統(tǒng)運(yùn)行過程中不斷提取有關(guān)模型的信息，使模型逐步完善。具體地說，可以依據(jù)對(duì)象的輸入／輸出數(shù)據(jù)，不斷地辨識(shí)模型參數(shù)，這個(gè)過程稱為系統(tǒng)的在線辨識(shí)。隨著生產(chǎn)過程的不斷進(jìn)行，通過在線辨識(shí)，模型會(huì)變得越來越準(zhǔn)確，越來越接近于實(shí)際。顯然，基于這種改進(jìn)模型綜合出來的控制作用也將隨之不斷改進(jìn)。在這個(gè)意義下，控制系統(tǒng)具有一定的適應(yīng)能力。比如說，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，由于對(duì)象特性的初始信息比較缺乏，系統(tǒng)在剛開始投入運(yùn)行時(shí)可能性能不理想，但是只要經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，通過在線辨識(shí)和控制以后，控制系統(tǒng)逐漸適應(yīng)，最終將自身調(diào)整到一個(gè)滿意的工作狀態(tài)。再比如某些控制對(duì)象，其特性可能在運(yùn)行過程中會(huì)發(fā)生較大的變化，但通過在線辨識(shí)和改變控制器參數(shù)，系統(tǒng)也能逐漸適應(yīng)。 自從20世紀(jì)50年代末期美國麻省理工學(xué)院提出第一個(gè)自適應(yīng)控制系統(tǒng)以來，先后出現(xiàn)過許多不同形式的自適應(yīng)控制系統(tǒng)。發(fā)展至今，無論從理論研究還是實(shí)際應(yīng)用角度來看，比較成熟的自適應(yīng)系統(tǒng)有兩類：（1）模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)；（2）自校正控制系統(tǒng)。 模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖8.9所示。其設(shè)計(jì)目標(biāo)是，使系統(tǒng)在運(yùn)行過程中力求保持被控過程的響應(yīng)特性與參考模型的動(dòng)態(tài)性能相一致，而參考模型始終具有所期望的閉環(huán)性能。 自校正控制又稱自優(yōu)化控制或模型辨識(shí)自適應(yīng)控制。典型的自校正控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖8.10所示。自校正控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是，在所有輸入信號(hào)和過程條件下，確定最優(yōu)化過程模型和閉環(huán)系統(tǒng)的最優(yōu)控制品質(zhì)。為此，系統(tǒng)首先依據(jù)被控過程輸入和輸出測量數(shù)據(jù)完成被控對(duì)象的辨識(shí)，然后依據(jù)該辨識(shí)模型設(shè)計(jì)控制器參數(shù)。其中，辨識(shí)和控制器設(shè)計(jì)算法都是在閉環(huán)實(shí)時(shí)在線下實(shí)現(xiàn)的。

編輯推薦

《普通高等教育"十二五"規(guī)劃教材?電氣工程、自動(dòng)化專業(yè)規(guī)劃教材:模糊控制系統(tǒng)及應(yīng)用》可作為自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化等專業(yè)高年級(jí)本科生及研究生教材，并可作為有關(guān)工程技術(shù)人員的參考書。

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