计算机控制技术教学课件 作者 陈红卫第四章.ppt

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1、4.1概述4.2模糊控制技术4.3预测控制技术4.4神经网络控制技术第4章先进控制技术4.1概述（1）先进控制技术的概念先进控制技术不是特指某一种控制技术，而是对那些不同于常规PID控制，并且在某些场合下效果好于PID控制的控制技术的统称，常见的有模糊控制、模型预测控制、神经网络控制、自抗扰控制等。（2）先进控制技术的特点1）先进控制大多是基于模型的,并以系统辨识、最优控制以及最优估计等现代控制理论为基础的控制方法。2）先进控制必须借助计算机来实现。先进控制技术中的数据预处理、系统辨识、性能指标和控制律的计算等环节的实现均需要计算机的支撑。3）先

2、进控制通常用于处理复杂的多变量过程控制问题。如大时滞、多变量耦合、被控变量与控制变量存在着各种约束等。4）优化方法在各类先进控制中发挥着重要的作用，并且越来越多的智能优化算法被应用到先进控制策略中，比如遗传算法、蚁群算法等。（3）先进控制技术的应用随着计算机控制技术和系统辨识技术的发展，先进控制技术的实现已经越来越简单，而且成本也越来越低，许多先进控制技术得以大量的推广。通过实施先进控制，可以大大提高生产过程操作和控制的稳定性，减少关键变量的操作波动幅度，使其更接近于优化目标值，从而将工业生产过程推向更接近装置约束边界条件下运行，最终达到增强工业

3、生产过程的稳定性和安全性，保证产品质量的均匀性，提高目标产品的收益率，降低生产过程运行成本以及减少环境污染等目的。4.2模糊控制技术4.2.1模糊控制的数学基础（1）模糊集合的定义定义4.1：给定论域，到[0,1]闭区间的任一映射：都确定的一个模糊子集，称为的隶属度函数，称为对于的隶属度，模糊子集称为模糊集合。隶属度函数：其大小反映了元素对于模糊集合的隶属程度。典型隶属函数表达式及其形状参见附录B。（2）模糊集合的表示方法当论域由有限多个元素组成时，设，模糊集合可用向量表示法或Zadeh表示法表示；当论域由无限个元素组成时，可用Zadeh表示法表

4、示。1)向量表示法：2)Zadeh表示法：有限元素时；无限元素连续时，无限元素离散时。（3）模糊集合的运算定义4.2：设A、B为论域上的模糊集合，若任一，均有，则称A包含于B，记作；若任一均有，则称A等于B，记作A=B。定义4.3：设A、B为论域上的模糊集合，则A与B的并集、交集、补集也是论域上的模糊集合，定义如下：1）A与B的交集，记作，其运算规则为：2）A与B的并集，记作，其运算规则为：3）A的补集，记作，其运算规则为：。定义4.4：设A、B为论域上的模糊集合，则称为模糊集合A和B的代数积，的隶属度函数为；称为模糊集合A和B的代数和，的隶属度

5、函数为（4）模糊集合运算的基本性质设模糊集合，为空集，则的并集、交集、补集运算满足：1）幂等律：2）交换律：5）吸收律：6）同一律：，7）复原律：8）对偶律：；9）互补律不成立，即。3）结合律：4）分配律：（5）模糊关系和模糊关系矩阵定义4.5：设X、Y是两个非空集合，则直积中的一个模糊子集称为从到的一个模糊关系，记作。是序偶的隶属度，它表明具有关系的程度。定义4.6：设和是到的模糊关系，则和运算关系定义如下：1）并运算：称为模糊关系和的并，其隶属度函数为；2）交运算：称为模糊关系和的交，其隶属度函数为3）补运算：称为模糊关系的补，其隶属度函数为

6、；4）转置：称为模糊关系的转置，其隶属度函数为。（6）模糊关系的合成定义4.7：设U、V、W是论域，Q是U→V的关系，R是V→W的关系，则是U→W的关系，称为关系Q和R的合成，其隶属度函数为。当论域有限时，模糊关系的合成用模糊矩阵的合成表示：设则。此时模糊关系合成运算性质与模糊矩阵合成运算性质完全相同。（7）模糊推理模糊推理又称模糊逻辑推理，它是根据模糊命题推出新的模糊命题作为结论的过程。常用的形式有：1）“若A则B”型，记为：IFATHENB，其模糊关系。2）“若A则B否则C”型，记为：IFATHENBELESC，其模糊关系。3）“若A且B则C

7、”型，记为：IFAandBTHENC，其模糊关系。思考：下列的模糊控制策略分别可以用哪种形式表示？1）加热炉的炉温控制中，“若温度偏低，则增加燃料量”的控制策略。2）加热炉的炉温控制中，“若温度偏低，则增加燃料量，否则减少燃料量”的控制策略。3）加热炉的炉温控制中，“若温度偏低，且温度有继续下降的趋势，即温度变化的导数为负，则增加燃料量”的控制策略。定义4.8：设A和B为不同论域上的模糊集合，则A和B的直积为：，设A、B、C为不同论域上的模糊集合，则它们的直积定义为：，其中L运算表示将括号内的矩阵按行写成mn维列向量的形式。4.2.2模糊控制原理

8、(1)问题的提出在实际工程中，比如锅炉温度控制、水位控制、热处理加热炉控制等许多系统和过程都十分复杂，其精确的数学模型难以建立，常规控制