智能控制理論與汽車控制智能控制理論與汽車控制1第八章智能控制理論與汽車控制智能控制的意義1智能控制的產(chǎn)生和發(fā)展2智能控制的定義和特點(diǎn)3智能控制的主要形式4模糊控制5智能控制和汽車控制6智能控制理論與汽車控制第八章智能控制理論與汽車控制智能控制的意義1智能控制的產(chǎn)生2《智能控制》在自動化課程體系中的位置《智能控制》是一門控制理論課程，研究如何運(yùn)用人工智能的方法來構(gòu)造控制系統(tǒng)和設(shè)計控制器。與《自動控制原理》和《現(xiàn)代控制原理》一起構(gòu)成了自動控制課程體系的理論基礎(chǔ)?！吨悄芸刂啤吩诳刂评碚撝械奈恢谩吨悄芸刂啤肥悄壳翱刂评碚摰淖罡呒壭问?，代表了控制理論的發(fā)展趨勢，能有效地處理復(fù)雜的控制問題。其相關(guān)技術(shù)可以推廣應(yīng)用于控制之外的領(lǐng)域：金融、管理、土木、設(shè)計等等。8.1智能控制的意義智能控制是人工智能、控制論、系統(tǒng)論和信息論等多種學(xué)科的綜合與集成，是當(dāng)前的一個研究熱點(diǎn)。智能控制理論與汽車控制《智能控制》在自動化課程體系中的位置《智能控制》是一門控制理3智能控制的基本概念什么是“智能”，什么是“智能控制”?傳統(tǒng)控制理論難以解決的復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題：不確定性的模型；高度非線性；復(fù)雜的任務(wù)要求。但一些復(fù)雜的生產(chǎn)過程難以實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)控制，可以通過熟練的操作獲得滿意的控制效果。智能控制原理的目標(biāo)：如何有效地將熟練的操作工、技術(shù)人員、專家的經(jīng)驗(yàn)知識和控制理論結(jié)合起來去解決系統(tǒng)的控制問題。（采用人的智能）人工智能（ArtificialIntelligence）：研究如何應(yīng)用計算機(jī)的軟硬件來模擬人類某些智能行為的基本理論、方法和技術(shù)智能控制理論與汽車控制智能控制的基本概念什么是“智能”，什么是“智能控制”?人工智4產(chǎn)生的背景經(jīng)典控制理論現(xiàn)代控制理論智能控制理論對由微分方程和差分方程描述的動力學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行控制研究的是單變量常系數(shù)線性系統(tǒng)只適用于單輸入單輸出控制系統(tǒng)(SISO)控制對象由單輸入單輸出系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)槎噍斎硕噍敵鱿到y(tǒng)；系統(tǒng)信息的獲得由借助傳感器轉(zhuǎn)變?yōu)榻柚鸂顟B(tài)模型；研究方法由積分變換轉(zhuǎn)向矩陣?yán)碚?、幾何方法，由頻率方法轉(zhuǎn)向狀態(tài)空間的研究；由機(jī)理建模向統(tǒng)計建模轉(zhuǎn)變，開始采用參數(shù)估計和系統(tǒng)辨識理論適用大型、復(fù)雜、高維、非線性和不確定性嚴(yán)重的對象不依賴對象模型，適用于未知或不確定性嚴(yán)重的對象具有人類智能的特征能夠表達(dá)定性的知識或具有自學(xué)習(xí)能力8.2智能控制的產(chǎn)生和發(fā)展智能控制理論與汽車控制產(chǎn)生的背景經(jīng)典控制理論現(xiàn)代控制理論智能控制理論對由微分方程和5智能控制理論與汽車控制智能控制理論與汽車控制6智能控制的兩個發(fā)展方向

模擬人類的專家控制經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行控制智能控制模擬人類的學(xué)習(xí)能力來進(jìn)行控制8.2智能控制的產(chǎn)生和發(fā)展智能控制理論與汽車控制智能控制的兩個發(fā)展方向模擬人類的專家控制經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行控制智能7智能控制的三個發(fā)展階段

現(xiàn)在發(fā)展期形成期萌芽期1960197019808.2智能控制的產(chǎn)生和發(fā)展智能控制理論與汽車控制智能控制的三個發(fā)展階段現(xiàn)在發(fā)展期形成期萌芽期196019781）萌芽期（1960－1970）1960年代初，F(xiàn).W.Smiths首先采用性能模式識別器來學(xué)習(xí)最優(yōu)控制方法試圖用模式識別技術(shù)來解決復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題1965年，加利福尼亞大學(xué)的扎德(L.A.Zadeh)教授提出了模糊集合理論1965年，美國的Feigenbaum著手研制世界上第一個專家系統(tǒng)1965年，普渡大學(xué)傅京孫教授將人工智能中的直覺推理方法用于學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)。1967年，Leondes等人首先正式使用“智能控制”一詞，并把記憶、目標(biāo)分解等一些簡單的人工智能技術(shù)用于學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)處理不確定性問題的能力。這標(biāo)志著智能控制的思想已經(jīng)萌芽。8.2智能控制的產(chǎn)生和發(fā)展模式識別（PatternRecognition）：通過計算機(jī)用數(shù)學(xué)技術(shù)方法來研究模式(環(huán)境與客體)的自動處理和判讀,如視聽覺信息智能控制理論與汽車控制1）萌芽期（1960－1970）1960年代初，F(xiàn).W.Sm92）形成期（1970－1980）1970年代初，傅京孫等人從控制論的角度進(jìn)一步總結(jié)了人工智能技術(shù)與自適應(yīng)、自組織、自學(xué)習(xí)控制的關(guān)系，正式提出智能控制是人工智能技術(shù)與控制理論的交叉（二元結(jié)構(gòu)），并在核反應(yīng)堆、城市交通的控制中成功地應(yīng)用了智能控制系統(tǒng)。1970年代中期，智能控制在模糊控制的應(yīng)用上取得了重要的進(jìn)展。1974年英國倫敦大學(xué)瑪麗皇后分校的E.H.Mamdani教授把模糊理論用于控制領(lǐng)域，把扎德教授提出的IF～THEN～型模糊規(guī)則用于模糊推理，再把這種推理用于蒸汽機(jī)的自動運(yùn)轉(zhuǎn)中．通過實(shí)驗(yàn)取得良好的結(jié)果。1977年，薩里迪斯(Saridis)提出了智能控制的三元結(jié)構(gòu)定義，即把智能控制看作為人工智能、自動控制和運(yùn)籌學(xué)的交叉。1970年代后期起，把規(guī)則型模糊推理用于控制領(lǐng)域的研究頗為盛行。1979年，Mandani又成功研制出自組織模糊控制器，使得模糊控制器具有了較高的智能。智能控制理論與汽車控制2）形成期（1970－1980）1970年代初，傅京孫等人從103）發(fā)展期（1980－）1982年，F(xiàn)ox等人完成了一個稱為ISIS的加工車間調(diào)度的專家系統(tǒng)1982年，Hopfield引用能量函數(shù)的概念，使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的平衡穩(wěn)定狀態(tài)有了明確的判據(jù)方法，并利用模擬電路的基本元件構(gòu)作了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的硬件模型，為實(shí)現(xiàn)硬件奠定了基礎(chǔ)，使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究取得突破性進(jìn)展1985年，IEEE在紐約召開了第一屆全球智能控制學(xué)術(shù)討論會，標(biāo)志著智能控制作為一個學(xué)科分支正式被學(xué)術(shù)界接受。1986年，Rumelhart提出多層網(wǎng)絡(luò)的“遞推”(或稱“反傳”)學(xué)習(xí)算法，簡稱BP算法，從實(shí)踐上證實(shí)了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的運(yùn)算能力，BP算法是最為引人注目，應(yīng)用最廣的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法之一1987年在費(fèi)城舉行的國際智能控制會議上，提出了智能控制是自動控制，人工智能、運(yùn)疇學(xué)相結(jié)合或自動控制、人工智能、運(yùn)疇學(xué)和信息論相結(jié)合的說法。此后，每年舉行一次全球智能控制研討會，形成了智能控制的研究熱潮。智能控制理論與汽車控制3）發(fā)展期（1980－）1982年，F(xiàn)ox等人完成了一個118.3智能控制的定義和特點(diǎn)智能控制的定義IEEE定義：智能控制必須具有模擬人類學(xué)習(xí)和自適應(yīng)的能力。一般來說，一個智能控制系統(tǒng)要具有對環(huán)境的敏感，進(jìn)行決策和控制的功能，根據(jù)其性能要求的不同．可以有各種人工智能的水平。分析、組織數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)變換為機(jī)器理解的結(jié)構(gòu)化信息的能力；在復(fù)雜環(huán)境中選取優(yōu)化行為，使系統(tǒng)能在不確定情況下繼續(xù)工作的能力。具有辯識對象和事件、在客觀世界模型中獲取和表達(dá)知識、進(jìn)行思考和計劃未來行動的能力。具有感知環(huán)境、作出決策和控制的能力。高級較高簡單智能控制理論與汽車控制8.3智能控制的定義和特點(diǎn)智能控制的定義一般來說，一個智能128.3智能控制的定義和特點(diǎn)智能控制的特點(diǎn)應(yīng)能為復(fù)雜系統(tǒng)（如非線性、快時變、多變量、強(qiáng)耦合、不確定性等）進(jìn)行有效的全局控制，并具有較強(qiáng)的容錯能力；是定性決策和定量控制相結(jié)合的多模態(tài)組合控制；其基本目的是從系統(tǒng)的功能和整體優(yōu)化的角度來分析和綜合系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的目標(biāo)，并應(yīng)具有自組織能力。是同時具有以知識表示的非數(shù)學(xué)廣義模型和以數(shù)學(xué)表示的數(shù)學(xué)模型的混合控制過程，系統(tǒng)在信息處理上，既有數(shù)學(xué)運(yùn)算，又有邏輯和知識推理。智能控制理論與汽車控制8.3智能控制的定義和特點(diǎn)智能控制的特點(diǎn)智能控制理論與汽車138.4智能控制的主要形式智能控制BECDA分級遞階智能控制模糊控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制仿人智能控制專家控制F各種方法的綜合集成智能控制理論與汽車控制8.4智能控制的主要形式智能控制BECDA分級遞階模糊控制148.4智能控制的主要形式以模糊系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)的模糊控制

人類最初對事物的認(rèn)識來看，都是定性的、模糊的和非精確的，因而將模糊信息引入智能控制具有現(xiàn)實(shí)的意義。模糊邏輯在控制領(lǐng)域的應(yīng)用稱為模糊控制。它的基本思想是把人類專家對特定的被控對象或過程的控制策略總結(jié)成一系列以“IF（條件）THEN（作用）”形式表示的控制規(guī)則，通過模糊推理得到控制作用集，作用于被控對象或過程。智能控制理論與汽車控制8.4智能控制的主要形式以模糊系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)的模糊控制人類158.4智能控制的主要形式基于腦模型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用仿生學(xué)的觀點(diǎn)與方法來研究人腦和智能系統(tǒng)中的高級信息處理。智能控制理論與汽車控制8.4智能控制的主要形式基于腦模型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制人工168.4智能控制的主要形式基于知識工程的專家控制系統(tǒng)專家控制可定義為：具有模糊專家智能的功能，采用專家系統(tǒng)技術(shù)與控制理論相結(jié)合的方法設(shè)計控制系統(tǒng)。專家系統(tǒng):是一種模擬人類專家解決領(lǐng)域問題的計算機(jī)程序系統(tǒng)智能控制理論與汽車控制8.4智能控制的主要形式基于知識工程的專家控制系統(tǒng)專家控制178.4智能控制的主要形式基于規(guī)則的仿人智能控制仿人智能控制的核心思想是在控制過程中，利用計算機(jī)模擬人的控制行為功能，最大限度地識別和利用控制系統(tǒng)動態(tài)過程提供的特征信息，進(jìn)行啟發(fā)和直覺推理，從而實(shí)現(xiàn)對缺乏精確模型的對象迸行有效的控制。其基本原理是模仿人的啟發(fā)式直覺推理邏輯，即通過特征辯識判斷系統(tǒng)當(dāng)前所處的特怔狀態(tài)，確定控制的策略，進(jìn)行多模態(tài)控制。智能控制理論與汽車控制8.4智能控制的主要形式基于規(guī)則的仿人智能控制仿人智能控制188.4智能控制的主要形式組織級起主導(dǎo)作用，涉及知識的表示與處理，主要應(yīng)用人工智能；協(xié)調(diào)級在組織級和執(zhí)行級間起連接作用，涉及決策方式及其表示，采用人工智能及運(yùn)籌學(xué)實(shí)現(xiàn)控制；執(zhí)行級是底層，具有很高的控制精度，采用常規(guī)自動控制。組織級協(xié)調(diào)級執(zhí)行級精度智能基于信息論的分級遞階智能控制

三級分級遞階智能控制系統(tǒng)是由G．N．Saridis于1977年提出的。該系統(tǒng)由組織級、協(xié)調(diào)級和執(zhí)行級組成，遵循“精度遞增伴隨智能遞減”的原則。智能控制理論與汽車控制8.4智能控制的主要形式組織級起主導(dǎo)作用，涉及知識的表示與19遞階控制及汽車應(yīng)用組織級協(xié)調(diào)級執(zhí)行級智能控制理論與汽車控制遞階控制及汽車應(yīng)用組織級協(xié)調(diào)級執(zhí)行級智能控制理論與汽車控制208.4智能控制的主要形式各種方法的綜合集成模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模糊專家控制模糊PID控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)魯棒控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制……智能控制理論與汽車控制8.4智能控制的主要形式各種方法的綜合集成模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制21智能控制的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢智能控制的基礎(chǔ)理論和方法研究；智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究；知識系統(tǒng)和專家控制的研究；模糊控制系統(tǒng)的研究；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究；基于進(jìn)化理論的學(xué)習(xí)控制研究；模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的研究；智能控制與其它控制方法結(jié)合的研究目前的主要研究方向和內(nèi)容智能控制理論與汽車控制智能控制的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢智能控制的基礎(chǔ)理論和方法研究；目前的22１、什么叫模糊控制？所謂模糊控制，就是對難以用已有規(guī)律描述的復(fù)雜系統(tǒng)，采用自然語言（如大、中、?。┘右詳⑹?，借助定性的、不精確的及模糊的條件語句來表達(dá)，模糊控制是一種基于語言的一種智能控制

8.5模糊控制智能控制理論與汽車控制１、什么叫模糊控制？8.5模糊控制智能控制理論與汽車控制232、為什么采用模糊控制？

傳統(tǒng)的自動控制控制器的綜合設(shè)計都要建立在被控對象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型(即傳遞函數(shù)模型或狀態(tài)空間模型)的基礎(chǔ)上，但是在實(shí)際中，很多系統(tǒng)的影響因素很多，油氣混合過程、缸內(nèi)燃燒過程等)，很難找出精確的數(shù)學(xué)模型。這種情況下，模糊控制的誕生就顯得意義重大。因?yàn)槟：刂撇挥媒?shù)學(xué)模型不需要預(yù)先知道過程精確的數(shù)學(xué)模型。要研制智能化的汽車，就離不開模糊控制技術(shù)如汽車空調(diào)：人體舒適度的模糊性和空調(diào)復(fù)雜系統(tǒng)

智能控制理論與汽車控制2、為什么采用模糊控制？智能控制理論與汽車控制243、工作原理把由各種傳感器測出的精確量轉(zhuǎn)換成為適于模糊運(yùn)算的模糊量,然后將這些量在模糊控制器中加以運(yùn)算,最后再將運(yùn)算結(jié)果中的模糊量轉(zhuǎn)換為精確量,以便對各執(zhí)行器進(jìn)行具體的操作控制。在模糊控制中,存在著一個模糊量和精確量之間相互轉(zhuǎn)化的問題智能控制理論與汽車控制3、工作原理把由各種傳感器測出的精確量轉(zhuǎn)換成為適于模糊運(yùn)算的25

模糊控制原理圖s:系統(tǒng)的設(shè)定值。x1,x2:模糊控制的輸入(精確量)。X1,X2:模糊量化處理后的模糊量。U:經(jīng)過模糊控制規(guī)則和近似推理后得出的模糊控制量。u:經(jīng)模糊判決后得到的控制量(精確量)。y:對象的輸出。智能控制理論與汽車控制模糊控制原理圖s:系統(tǒng)的設(shè)定26也可以表示成

輸入量模糊化建立模糊規(guī)則進(jìn)行模糊推理輸出量反模糊智能控制理論與汽車控制也可以表示成輸入量模糊化智能控制理論與汽車控27

1)普通集合的基本概念論域被討論的對象的全體稱作論域。論域常用大寫字母U、X、Y、Z等來表示。元素論域中的每個對象稱為元素。元素常用小寫字母a、b、x、y等來表示。集合給定一個論域，論域中具有某種相同屬性的元素的全體稱為集合。集合常用大寫字母A、B、C等來表示，集合的元素可用列舉法（枚舉法）和描述法表示。列舉法：將集合的元素一一列出，如：A={a1，a2，a3，…an}。描述法：通過對元素的定義來描述集合。如：A＝｛x│x≥0andx/2=自然數(shù)｝4、模糊控制的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)——模糊數(shù)學(xué)智能控制理論與汽車控制1)普通集合的基本概念論域被討論的對象的全體稱作論域。論28

2）模糊集合和隸屬度

在普通集合中，論域中的元素（如a）與集合（如A）之間的關(guān)系是屬于（a∈A），或者不屬于（aA），它所描述的是非此即彼的清晰概念。但在現(xiàn)實(shí)生活中并不是所有的事物都能用清晰的概念來描述，如:風(fēng)的強(qiáng)弱人的胖瘦年齡大小個子高低

在模糊數(shù)學(xué)中，稱沒有明確邊界（沒有清晰外延）的集合為模糊集合。常用大寫字母下加波浪線的形式來表示，元素屬于模糊集合的程度用隸屬度或模糊度來表示。

用于計算隸屬度的函數(shù)稱為隸屬函數(shù)。智能控制理論與汽車控制2）模糊集合和隸屬度在普通集合中，論域中的元素29隸屬度即論域元素屬于模糊集合的程度。用來表示。隸屬度的值為[0，1]閉區(qū)間上的一個數(shù)，其值越大，表示該元素屬于模糊集合的程度越高，反之則越低。計算隸屬度的函數(shù)稱為隸屬函數(shù)。用表示。

隸屬度和隸屬函數(shù)的表示形式看起來很相似，但是它們的意義是完全不一樣的。指論域中特定元素xi屬于A的隸屬度，而中的x是一個變量，可表示論域中的任一元素。智能控制理論與汽車控制隸屬度即論域元素屬于模糊集合的程度。用來表30(1)向量表示法(2)扎德表示法當(dāng)論域U由有限多個元素組成時，模糊集合可用向量表示法或法扎德表示法表示。設(shè)3）模糊集合的表示例：設(shè)論域U={鋼筆，衣服，臺燈，紙}，他們屬于學(xué)習(xí)用品（集合）的隸屬度分別為:1，0，0.6，0.8，則模糊集合學(xué)習(xí)用品可分別用向量表示法和扎德表示法表示如下：智能控制理論與汽車控制(1)向量表示法(2)扎德表示法當(dāng)論域U由有限多個元素組31如扎德給出的計算老年人模糊集合的隸屬函數(shù)為:其論域?yàn)閇0，200]的連續(xù)區(qū)間，論域上任一元素的隸屬度，可通過隸屬函數(shù)求得。當(dāng)論域U為連續(xù)區(qū)域時,模糊集合可用隸屬函數(shù)來表示當(dāng)論域U由無限個元素組成時，可用扎德表示法表示上式表示模糊集合由論域U上無限多個元素與其相應(yīng)的隸屬度關(guān)系組成。智能控制理論與汽車控制如扎德給出的計算老年人模糊集合的隸屬函數(shù)為:其論域?yàn)閇0，2324)模糊集合的并、交、補(bǔ)運(yùn)算補(bǔ)集：將集合的每一個元素的隸屬度取反。設(shè)、為論域U上的兩個模糊集合。則與的并集()、交集（）、補(bǔ)集（）也是論域上的模糊集合。

并集：將對應(yīng)的論域元素的隸屬度兩兩取大。交集：將對應(yīng)的論域元素的隸屬度兩兩取小。智能控制理論與汽車控制4)模糊集合的并、交、補(bǔ)運(yùn)算補(bǔ)集：將集合的每一個元素的隸335）

模糊關(guān)系與模糊推理

關(guān)系是指對兩個普通集合的直積施加某種條件限制后得到的序偶集合。常用R表示。例：A=（1，3，5），B=（2，4，6）則直積集合為：A×B={(1，2)(1，4)(1，6)(3，2)(3，4)(3，6)(5，2)(5，4)(5，6)}對其施加a>b的條件限制，則滿足條件的集合為：A×Ba>b={(3，2)(5，2)(5，4)}對A×B施加a>b的條件限制后得到的新的集合定義為關(guān)系，記做R。則：Ra>b={(3，2)(5，2)(5，4)}。智能控制理論與汽車控制5）模糊關(guān)系與模糊推理關(guān)系是指對兩個普通集合的直積34Ra>b=A1

0003

1005

110

246B關(guān)系R可以用矩陣形式來表示。一般形式為：則對上例有：智能控制理論與汽車控制Ra>b=A100031005135模糊關(guān)系指對普通集合的直積施加某種模糊條件限制后得到的模糊集合。記作R表示。模糊關(guān)系可用扎德表示法、隸屬函數(shù)或矩陣形式來表示。當(dāng)論域元素有限時，模糊關(guān)系R可用扎德表示法表示和模糊關(guān)系矩陣來表示。模糊關(guān)系例：設(shè)A和B為兩個不同論域上的普通集合，A=（123），B=（12345），對A×B施加a?b的模糊條件限制后得到一個模糊關(guān)系為：或智能控制理論與汽車控制模糊關(guān)系指對普通集合的直積施加某種模糊條件限制后得到的模糊集36

例：設(shè)A與B均為實(shí)數(shù)集合，A到B的一個模糊關(guān)系R的隸屬函數(shù)為它表示的是a?

b的模糊關(guān)系。當(dāng)論域?yàn)檫B續(xù)區(qū)間時，模糊關(guān)系R可用隸屬函數(shù)來表示。智能控制理論與汽車控制例：設(shè)A與B均為實(shí)數(shù)集合，A到B的一個模糊關(guān)系R的隸屬函數(shù)376)并、交、補(bǔ)、合成運(yùn)算設(shè)、為同一論域U上的兩個模糊關(guān)系矩陣，，。。則其并、交、補(bǔ)運(yùn)算分別定義為：，并運(yùn)算：交運(yùn)算：補(bǔ)運(yùn)算：設(shè)模糊關(guān)系，，則對的合成定義為：為合成符號模糊關(guān)系矩陣的合成與普通矩陣的乘法運(yùn)算過程一樣，運(yùn)算符號不同。普通矩陣乘法運(yùn)算：智能控制理論與汽車控制6)并、交、補(bǔ)、合成運(yùn)算設(shè)、為同一論域U上的兩個38模糊集合的直積三個模糊集合的直集定義為：L運(yùn)算表示將括號內(nèi)的矩陣按行寫成mn維列向量的形式設(shè)、分別為不同論域上的模糊集合，則對的直積定義為：智能控制理論與汽車控制模糊集合的直積三個模糊集合的直集定義為：L運(yùn)算表示將括號內(nèi)的397）模糊推理在程序設(shè)計中，經(jīng)常用到的三種條件語句if條件then語句if條件then語句1else語句2if條件1and條件2then語句三種普通條件語句模糊條件語句簡記形式Zadeh推理結(jié)構(gòu)智能控制理論與汽車控制7）模糊推理在程序設(shè)計中，經(jīng)常用到的三種條件語句if條件405、模糊控制系統(tǒng)舉例

以水位的模糊控制為例。設(shè)有一個水箱，通過調(diào)節(jié)閥可向內(nèi)注水和向外抽水。設(shè)計一個模糊控制器，通過調(diào)節(jié)閥門將水位穩(wěn)定在固定點(diǎn)附近。按照日常的操作經(jīng)驗(yàn)，可以得到基本的控制規(guī)則：“若水位高于O點(diǎn)，則向外排水，差值越大，排水越快”；“若水位低于O點(diǎn)，則向內(nèi)注水，差值越大，注水越快”。根據(jù)上述經(jīng)驗(yàn)，按下列步驟設(shè)計模糊控制器：智能控制理論與汽車控制5、模糊控制系統(tǒng)舉例以水位的模糊控制為例。設(shè)41圖

水箱液位控制

智能控制理論與汽車控制圖水箱液位控制智能控制理論與汽車控制421）

確定觀測量和控制量定義理想液位O點(diǎn)的水位為h0，實(shí)際測得的水位高度為h，選擇液位差將當(dāng)前水位對于O點(diǎn)的偏差e作為觀測量，2）

輸入量和輸出量的模糊化將偏差e分為五級（集合）：負(fù)大（NB），負(fù)?。∟S），零（O），正小（PS），正大（PB）。智能控制理論與汽車控制1）確定觀測量和控制量2）輸入量和輸出量的模糊化智能控制43根據(jù)偏差e的變化范圍分為七個等級：-3，-2，-1，0，+1，+2，+3（論域）。得到水位變化模糊表。水位變化劃分表智能控制理論與汽車控制根據(jù)偏差e的變化范圍分為七個等級：-3，-2，-1，0，+144

控制量u為調(diào)節(jié)閥門開度的變化。將其分為五級：負(fù)大（NB），負(fù)?。∟S），零（O），正?。≒S），正大（PB）。并根據(jù)u的變化范圍分為九個等級：-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4。得到控制量模糊劃分表。智能控制理論與汽車控制控制量u為調(diào)節(jié)閥門開度的變化。將其分為五級：負(fù)大（N45

控制量變化劃分表智能控制理論與汽車控制控制量變化劃分表智能控制理論與汽車控制463）

模糊規(guī)則的描述根據(jù)日常的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計以下模糊規(guī)則：（1）“若e負(fù)大，則u正大”（2）“若e負(fù)小，則u正小”（3）“若e為0，則u為0”（4）“若e正小，則u負(fù)小”（5）“若e正大，則u負(fù)大”智能控制理論與汽車控制3）模糊規(guī)則的描述智能控制理論與汽車控制47

上述規(guī)則采用“IFATHENB”形式來描述：（1）ife=NBthenu=NB（2）ife=NSthenu=NS（3）ife=0thenu=0（4）ife=PSthenu=PS（5）ife=PBthenu=PB

根據(jù)上述經(jīng)驗(yàn)規(guī)則，可得模糊控制表。智能控制理論與汽車控制上述規(guī)則采用“IFATHENB”形式來描述：48

模糊控制規(guī)則表4）

求模糊關(guān)系模糊控制規(guī)則是一個多條語句，它可以表示為U×V上的模糊子集，即模糊關(guān)系R：其中規(guī)則內(nèi)的模糊集運(yùn)算取交集，規(guī)則間的模糊集運(yùn)算取并集。智能控制理論與汽車控制模糊控制規(guī)則表4）求模糊關(guān)系智能控制理論與汽車控制49智能控制理論與汽車控制智能控制理論與汽車控制50智能控制理論與汽車控制智能控制理論與汽車控制51由以上五個模糊矩陣求并集（即隸屬函數(shù)最大值），得：智能控制理論與汽車控制由以上五個模糊矩陣求并集（即隸屬函數(shù)最大值），得：智能控制理525）

模糊決策模糊控制器的輸出為誤差向量和模糊關(guān)系的合成：當(dāng)誤差e為NB時，控制器輸出為智能控制理論與汽車控制5）模糊決策智能控制理論與汽車控制53智能控制理論與汽車控制智能控制理論與汽車控制546）

控制量的反模糊化由模糊決策可知，當(dāng)誤差為負(fù)大時，實(shí)際液位遠(yuǎn)高于理想液位，e=NB，控制器的輸出為一模糊向量，可表示為：如果按照“隸屬度最大原則”進(jìn)行反模糊化，則選擇控制量為，即閥門的開度應(yīng)關(guān)大一些，減少進(jìn)水量。智能控制理論與汽車控制6）控制量的反模糊化智能控制理論與汽車控制55

重心法為了獲得準(zhǔn)確的控制量，就要求模糊方法能夠很好的表達(dá)輸出隸屬度函數(shù)的計算結(jié)果。重心法是取隸屬度函數(shù)曲線與橫坐標(biāo)圍成面積的重心為模糊推理的最終輸出值，即如果按照“重心法”進(jìn)行反模糊化，則選擇控制量為-2.8，即具有更平滑的輸出推理控制，可反映輸入信號的微小變化。智能控制理論與汽車控制重心法智能控制理論與汽車控制56一、

模糊控制與汽車控制1、ABS防抱死系統(tǒng)工況的多變及輪胎的非線性2、汽車巡航系統(tǒng)外界負(fù)荷的擾動、汽車質(zhì)量和傳動系效率的不確定性、被控對象的強(qiáng)非線性3、汽車空調(diào)人體舒適感的模糊性和空調(diào)復(fù)雜結(jié)構(gòu)4、半主動懸架系統(tǒng)參數(shù)不穩(wěn)定性5、發(fā)動機(jī)8.6智能控制和汽車控制智能控制理論與汽車控制一、模糊控制與汽車控制1、ABS防抱死系統(tǒng)工況的多變及輪胎57二、模糊控制在汽車空調(diào)上的應(yīng)用對汽車空調(diào)系統(tǒng)的要求：★技術(shù)性能和控制性能優(yōu)良，滿足人體舒適性的要求；★節(jié)能自動控制的應(yīng)用是達(dá)到這兩方面要求的一個重要途徑。經(jīng)典控制理論：建立數(shù)學(xué)模型現(xiàn)代控制理論：狀態(tài)方程

空調(diào)器為典型的傳質(zhì)換熱系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)和內(nèi)部物理過程復(fù)雜，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型。汽車空調(diào)由于工作條件多變，用傳統(tǒng)的控制方法如:PID控制，難以獲得較好的控制效果。對于環(huán)境干擾，希望尋求魯棒性好，能夠抑制非線性因素對控制器的影響智能控制理論與汽車控制二、模糊控制在汽車空調(diào)上的應(yīng)用對汽車空調(diào)系統(tǒng)的要求：智能控制58建立隸屬函數(shù)：各參數(shù)對相應(yīng)子集的隸屬函數(shù)分別由不同的函數(shù)族決定。參數(shù)的相應(yīng)子集指該參數(shù)被人為地劃分成的等級所構(gòu)成的一組模糊集合。相應(yīng)子集的多少，由控制精度決定。例如，參數(shù)“溫差”的相應(yīng)子集可以是“正大，正小，負(fù)小，負(fù)大”，也可以是“正大，正中，正小，負(fù)小，負(fù)中，負(fù)大”，后者比前者模糊子集多，因而控制精度更高（在其它條件相同的情況下）。溫度偏差x的相應(yīng)子集為：

正大：u(ⅹ)=1-1/（1+0.5X2）(X>0)

正中：u(ⅹ)=1/（1+（x-2）2）(X>0)

正?。簎(ⅹ)=1/（1+(x-1)2）(X>0)

正很小：u(ⅹ)=1/（1+0.5X2）(X>0)

負(fù)很?。簎(ⅹ)=1/（1+0.5X2）(X<0)

負(fù)?。簎(ⅹ)=1/（1+(x+1)2）(X<0)

負(fù)中：u(ⅹ)=1/（1+(x+2)2）(X<0)

負(fù)大：u(ⅹ)=1-1/（1+0.5X2）(X<0)智能控制理論與汽車控制建立隸屬函數(shù)：智能控制理論與汽車控制59溫度偏差E的隸屬函數(shù)溫度變化率Eu的隸屬函數(shù)控制輸出量U的隸屬函數(shù)智能控制理論與汽車控制溫度偏差E的隸屬函數(shù)溫度變化率Eu的隸屬函數(shù)控制輸出量U的隸60★汽車空調(diào)模糊控制系統(tǒng)的控制執(zhí)行器壓縮機(jī)、蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)、電子膨脹閥★控制目標(biāo):

壓縮機(jī)能量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)控制其排量;

蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)控制車內(nèi)的送風(fēng)量;

電子膨脹閥控制壓縮機(jī)吸入氣體的過熱度

智能控制理論與汽車控制★汽車空調(diào)模糊控制系統(tǒng)的控制執(zhí)行器壓縮機(jī)、蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)、電子膨61

汽車空調(diào)模糊控制框圖智能控制理論與汽車控制汽車空調(diào)模糊控制框圖智能控制理論與汽車控62模糊控制規(guī)則：（根據(jù)人工經(jīng)驗(yàn)設(shè)定）

根據(jù)溫差和溫差變化率設(shè)定等級，推導(dǎo)壓縮機(jī)排量、膨脹閥開度和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的等級。

(1)如果溫差“正大”,溫差變化率“負(fù)很小”,認(rèn)為機(jī)器制冷力嚴(yán)重不足。運(yùn)行狀態(tài)設(shè)置為:壓縮機(jī)排量為“最大”,膨脹閥開度為“最大”,風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為“最大”。(2)如果溫差“正中”,溫差變化率“正大”,認(rèn)為機(jī)器制冷力不足,運(yùn)行狀態(tài)設(shè)置