模糊控制技術(shù)

前言

　　模糊控制是近代控制理論中建立在模糊集合論基礎(chǔ)上的一種基于語言規(guī)則與模糊推理的控制理論。它是智能控制的一個重要分支。　　隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，在那些復(fù)雜的，受多因素影響的，嚴(yán)重非線性、不確定性、多樣性的大系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的控制理論和方法越來越顯示出其局限性。長期以來，人們期望以人類思維的控制方案為基礎(chǔ)，創(chuàng)造出一種能反映人類經(jīng)驗(yàn)的控制過程知識，并可以達(dá)到控制目的，能夠用某種形式表示出來，而且這種形式既能夠取代那種精密、反復(fù)、有錯誤傾向的模型建造過程，又能避免精密地估計模型方程中各種參數(shù)的過程。這就是模糊控制理論及其技術(shù)產(chǎn)生的背景。　　模糊控制理論和方法的提出，歸功于美國加利福尼亞大學(xué)電氣工程系教授扎德(L．A．Zadeh)。他于1965年首次提出“模糊集合”的概念，1973年又進(jìn)一步研究了模糊語言處理，這些理論研究給模糊控制理論提供了數(shù)學(xué)依據(jù)，為模糊控制打下了理論基礎(chǔ)，使得有人的經(jīng)驗(yàn)參與的控制過程成為實(shí)際的可能。1974年，英國倫敦大學(xué)教授瑪達(dá)尼(E．H．Mamdani)制造出用于鍋爐和蒸汽機(jī)的第一個模糊控制器，隨后模糊控制理論的研究和應(yīng)用技術(shù)迅猛地發(fā)展。模糊控制系統(tǒng)的應(yīng)用由工業(yè)過程擴(kuò)展到人類社會活動的方方面面，如航天、航海、天氣預(yù)報、機(jī)器人等。不僅如此，模糊控制還應(yīng)用到心理學(xué)等社會科學(xué)領(lǐng)域?！　”緯枪た圃盒Ｗ詣踊㈦姎夤こ碳捌渥詣踊约跋嚓P(guān)控制學(xué)科專業(yè)的高年級本科生、研究生教材。全書共9章。第1章緒論。第2章模糊邏輯的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，采用簡單、明了的符號表示模糊集合，著重于基本概念的論述，是學(xué)習(xí)本書的基礎(chǔ)。第3章模糊邏輯控制原理，重點(diǎn)論述模糊控制器的結(jié)構(gòu)、控制規(guī)則的形式、模糊推理以及反模糊化。第4章模糊邏輯控制器及模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計，從傳統(tǒng)控制工程設(shè)計出發(fā)，將傳統(tǒng)控制理論應(yīng)用到模糊控制器的設(shè)計過程中，緊扣工程應(yīng)用論述模糊控制器的設(shè)計步驟及注意事項(xiàng)，使設(shè)計過程有章可循；在此基礎(chǔ)上論述了建立模糊控制系統(tǒng)仿真模型的方法。第5章MATLAB輔助模糊系統(tǒng)設(shè)計，主要介紹使用圖形界面工具建立模糊推理系統(tǒng)的方法和步驟。第6章模糊控制系統(tǒng)的非線性分析，重點(diǎn)介紹幾種模糊控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法以及穩(wěn)定性準(zhǔn)則。第7章模糊自適應(yīng)控制，重點(diǎn)論述目前工程上實(shí)用的模糊控制與其他控制技術(shù)相結(jié)合的控制原理及控制系統(tǒng)設(shè)計方法，如模糊模型參考學(xué)習(xí)控制(FMRLC)、模糊監(jiān)督控制、P-模糊-PI的多模態(tài)控制、具有修正因子的模糊控制、滯后過程的預(yù)估模糊控制等。第8章神經(jīng)模糊控制，論述模糊控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的控制方法，體現(xiàn)了它們各自的優(yōu)勢。第9章模糊控制系統(tǒng)的應(yīng)用，通過幾個模糊控制應(yīng)用例子，說明模糊控制的應(yīng)用過程，同時也是對前幾章內(nèi)容的補(bǔ)充。本書附錄給出了用MATLAB語言編寫的模糊控制器偽碼程序清單。

內(nèi)容概要

本書共9章：第1章緒論，第2章模糊邏輯的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，第3章模糊邏輯控制原理，第4章模糊邏輯控制器及模糊控制系統(tǒng)設(shè)計，第5章MATLAB輔助模糊系統(tǒng)設(shè)計，第6章模糊控制系統(tǒng)的非線性分析，第7章模糊自適應(yīng)控制，第8章神經(jīng)模糊控制，第9章模糊控制系統(tǒng)的應(yīng)用?！　”緯蓽\入深地論述了模糊邏輯控制原理、模糊控制器的結(jié)構(gòu)、控制規(guī)則的形式、模糊推理以及反模糊化等基本理論；從傳統(tǒng)控制工程設(shè)計出發(fā)，將傳統(tǒng)控制理論應(yīng)用到模糊控制器的設(shè)計過程中；介紹了建立模糊控制系統(tǒng)仿真模型的方法及用MATLAB建立模糊推理系統(tǒng)和進(jìn)行系統(tǒng)仿真的方法；此外，還論述了模糊控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法以及穩(wěn)定性準(zhǔn)則；講述了目前工程上較多采用的模糊控制與其他先進(jìn)控制技術(shù)相結(jié)合的控制技術(shù)，分析其控制原理及控制系統(tǒng)設(shè)計方法。書中列舉了很多模糊控制應(yīng)用實(shí)例，具有一定的參考價值?！　”緯勺鳛楦叩葘W(xué)校自動化、電氣工程及其自動化、測控技術(shù)以及自動控制等相關(guān)專業(yè)高年級本科生、研究生教材，也可供有關(guān)工程技術(shù)人員和教師參考。

書籍目錄

第1章 緒論   1.1 概述 　1.2 模糊控制的起源及發(fā)展 　1.3 模糊控制理論的研究及應(yīng)用 　1.4 模糊控制展望第2章 模糊邏輯的數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 　2.1 模糊集合及其表示方法 　　2.1.1 經(jīng)典集合 　　2.1.2 模糊集合 　　2.1.3 模糊集合的隸屬函數(shù) 　　2.1.4 模糊集合的運(yùn)算 　　2.1.5 模糊集合運(yùn)算的基本性質(zhì) 　　2.1.6 模糊集合與普通集合的關(guān)系 　2.2 模糊語言邏輯及其算子 　　2.2.1 模糊語言邏輯 　　2.2.2 語言算子 　2.3 模糊關(guān)系與模糊邏輯推理 　　2.3.1 模糊關(guān)系 　　2.3.2 模糊關(guān)系的合成 　　2.3.3 模糊邏輯推理 　　2.3.4 模糊邏輯推理方式和方法 　2.4 解模糊判決方法 　　2.4.1 重心法 　　2.4.2 最大隸屬度法 　　2.4.3 系數(shù)加權(quán)平均法 　　2.4.4 隸屬度限幅元素平均法 　　2.4.5 中位數(shù)法 　習(xí)題第3章 模糊邏輯控制原理 　3.1 傳統(tǒng)控制方法 　　3.1.1 傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與設(shè)計方法 　　3.1.2 傳統(tǒng)控制的局限性 　3.2 模糊邏輯控制工作原理 　　3.2.1 模糊控制器結(jié)構(gòu) 　　3.2.2 選擇模糊控制器的輸入和輸出 　　3.2.3 將控制知識裝到模糊控制器的規(guī)則庫 　　3.2.4 知識的模糊量化 　　3.2.5 匹配： 確定使用哪些規(guī)則（或激活哪些規(guī)則） 　　3.2.6 推理 　　3.2.7 將推理結(jié)果轉(zhuǎn)換成實(shí)際作用 　　3.2.8 模糊決策的圖形描述 　3.3 模糊控制器的一般組成 　　3.3.1 模糊化 　　3.3.2 數(shù)據(jù)庫 　　3.3.3 規(guī)則庫 　　3.3.4 推理機(jī)（Inference Machine） 　　3.3.5 反模糊化（Defuzzification） 　3.4 間接模糊推理方法 　3.5 后件是函數(shù)形式的模糊推理方法 　3.6 模糊控制器結(jié)構(gòu)及其分類 　習(xí)題 第4章 模糊邏輯控制器及模糊控制系統(tǒng)設(shè)計 　4.1 模糊控制器設(shè)計 　　4.1.1 模糊控制器設(shè)計要求 　　4.1.2 常規(guī)模糊控制器設(shè)計 　　4.1.3 PID模糊控制器 　4.2 模糊控制器的輸出形式 　　4.2.1 位置式輸出 　　4.2.2 增量式輸出 　4.3 模糊控制器參數(shù)與系統(tǒng)控制性能 　　4.3.1 模糊控制器輸入、 輸出變量的論域 　　4.3.2 模糊控制器輸入比例因子Ke及Kc的影響 　　4.3.3 隸屬函數(shù)的分布對系統(tǒng)的影響 　4.4 模糊控制器的非線性控制面 　4.5 模糊控制器在控制系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn) 　　4.5.1 在線查表形式 　　4.5.2 在線推理 　4.6 模糊控制規(guī)則的調(diào)整 　4.7 模糊控制系統(tǒng)設(shè)計實(shí)例 　　4.7.1 溫度控制系統(tǒng) 　　4.7.2 控制系統(tǒng)性能分析 　習(xí)題 第5章 MATLAB輔助模糊系統(tǒng)設(shè)計 　5.1 使用圖形界面工具建立模糊推理系統(tǒng) 　　5.1.1 構(gòu)建模糊推理系統(tǒng) 　　5.1.2 模糊推理系統(tǒng)的調(diào)試 　5.2 MATLAB仿真環(huán)境 　　5.2.1 MATLAB仿真環(huán)境的建立 　　5.2.2 建立仿真系統(tǒng) 　5.3 模糊控制系統(tǒng)仿真 　　5.3.1 構(gòu)建模糊推理系統(tǒng) 　　5.3.2 建立Simulink仿真編輯環(huán)境 　習(xí)題 第6章 模糊控制系統(tǒng)的非線性分析 第7章 模糊自適應(yīng)控制 第8章 神經(jīng)模糊控制 第9章 模糊控制系統(tǒng)的應(yīng)用 附錄 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

第1章　緒論1.1 概述在現(xiàn)實(shí)世界中，隨著工業(yè)過程H益走向大型化、連續(xù)化、復(fù)雜化，很多系統(tǒng)極其復(fù)雜，具有高度的非線性、強(qiáng)耦合性、不確定性、信息不完全性和大時滯等特性，并存在苛刻的約束條件，使常規(guī)控制無法得到滿意的控制效果。由此，先進(jìn)的工業(yè)控制技術(shù)也就應(yīng)運(yùn)而生。先進(jìn)控制的目標(biāo)就是為了解決那些采用常規(guī)控制效果不佳甚至無法對付的復(fù)雜工業(yè)過程控制問題。先進(jìn)控制的實(shí)現(xiàn)通常需要足夠的計算能力作為支持，其主要技術(shù)內(nèi)容有：過程辨識技術(shù)；過程變量的采集、處理和軟測量技術(shù)；先進(jìn)控制算法，如傳統(tǒng)的串級、比值、前饋控制等和發(fā)展中的魯棒控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制等以及過程的故障檢測、預(yù)報、診斷和處理。對于過程控制的發(fā)展階段，不同的專家和學(xué)者有著不同的見解，但大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為過程控制大致經(jīng)歷了以下三個發(fā)展階段。第一階段，在20世紀(jì)70年代以前，由于受到控制理論和控制工具的限制，過程工業(yè)的自動化水平相對來講較低。當(dāng)時的控制理論主要是經(jīng)典控制理論，所用到的控制工具主要是常規(guī)儀表，控制系統(tǒng)絕大多數(shù)是單變量的簡單控制系統(tǒng)。但對于復(fù)雜的對象，即對于高維、大時滯、嚴(yán)重非線性、耦合及嚴(yán)重不確定性現(xiàn)象，上述簡單控制系統(tǒng)往往無能為力。第二階段，在20世紀(jì)70-80年代，基于現(xiàn)代控制理論的先進(jìn)過程控制應(yīng)運(yùn)而生。出現(xiàn)先進(jìn)過程控制的基礎(chǔ)是：市場上先進(jìn)控制工具的出現(xiàn)與完善，現(xiàn)代控制理論的不斷發(fā)展與提高。

編輯推薦

《模糊控制技術(shù)》：高等學(xué)校電子與電氣工程及自動化專業(yè)十一五規(guī)劃教材。

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