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内容简介

　　本书介绍了模糊数学的基础知识；由浅入深地阐述了模糊控制系统的组成及设计方法；介绍了MATLAB中模糊工具箱的应用；探讨了模糊控制器的解析结构，揭示了模糊控制的本质；介绍了几种先进的模糊控制方法，包括：模糊参数PID控制、模糊预测控制和自适应模糊控制方法等；从工程应用的角度出发，详细介绍温度、压力，以及流量模糊控制的工程实例。

目　　录

第1章概述
1.1 控制系统中信息的不确定性
1.1.1 控制系统中的信息流程
1.1.2 控制系统中的信息不确定性
1.2 模糊数学的创立
1.2.1 模糊概念
1.2.2 模糊数学的产生
1.3 模糊控制技术
1.3.1 模糊控制技术的诞生
1.3.2 模糊控制技术的特点
1.3.3 模糊控制技术的发展
本章小结
习题
第2章模糊集合

第1章 概述 
1.1 控制系统中信息的不确定性 
1.1.1 控制系统中的信息流程 
1.1.2 控制系统中的信息不确定性 
1.2 模糊数学的创立 
1.2.1 模糊概念 
1.2.2 模糊数学的产生 
1.3 模糊控制技术 
1.3.1 模糊控制技术的诞生 
1.3.2 模糊控制技术的特点 
1.3.3 模糊控制技术的发展 
本章小结 
习题 
第2章 模糊集合 
2.1 模糊集合的概念 
2.1.1 集合的基本知识 
2.1.2 模糊集合 
2.1.3 模糊集合的表示 
2.2 模糊集合的隶属函数 
2.3 模糊集合的运算 
2.4 模糊集合的度量 
2.4.1 模糊集合之间的距离 
2.4.2 模糊集合之间的贴近度 
2.4.3 模糊度 
本章小结 
习题 
第3章 模糊关系 
3.1 普通关系 
3.2 模糊关系及运算 
3.2.1 模糊关系的定义 
3.2.2 模糊关系的运算 
3.2.3 模糊关系的表示 
3.2.4 模糊截矩阵 
3.3 模糊关系的合成 
3.3.1 模糊关系合成的定义 
3.3.2 模糊关系合成的运算性质 
3.4 模糊向量 
3.5 模糊变换 
3.6 模糊决策 
本章小结 
习题 
第4章 模糊逻辑与模糊推理 
4.1 模糊逻辑 
4.1.1 二值逻辑 
4.1.2 命题 
4.1.3 模糊命题和模糊逻辑 
4.1.4 模糊逻辑公式及范式 
4.2 模糊语言 
4.2.1 语言的集合描述 
4.2.2 语言算子 
4.2.3 语言值及其运算 
4.2.4 模糊语言变量 
4.3 模糊推理 
4.3.1 推理语句 
4.3.2 模糊推理 
4.3.3 模糊条件推理的基本形式 
本章小结 
习题 
第5章 模糊控制系统 
5.1 基本模糊控制器的设计 
5.1.1 模糊控制器的结构 
5.1.2 模糊化 
5.1.3 模糊规则设计 
5.1.4 模糊推理机 
5.1.5 去模糊化 
5.1.6 基本模糊控制器的设计举例 
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系统的T-S模型 
5.2.4 T-S模糊控制器设计 
5.3 模糊控制系统的设计 
5.3.1 模糊控制系统的基本结构及控制原理 
5.3.2 输入/输出变量的映射 
5.3.3 模糊控制系统的实现 
5.3.4 模糊控制系统举例 
本章小结 
习题 
第6章 模糊控制工具箱的应用 
6.1 GUI简介 
6.2 Mamdani模糊推理系统编辑器 
6.2.1 FIS编辑器 
6.2.2 隶属函数编辑器 
6.2.3 模糊规则编辑器 
6.2.4 模糊规则观测器 
6.2.5 输出曲面观测器 
6.3 Sugeno模糊推理系统编辑器 
6.4 在GUI中定制隶属函数 
6.5 GUI工具与Simulink链接 
6.5.1 控制系统描述 
6.5.2 构建基于GUI的模糊推理系统 
6.5.3 建立Simulink仿真模型 
6.6 命令行方式 
本章小结 
习题 
第7章 模糊控制器的结构分析 
7.1 模糊控制器的输入/输出关系 
7.1.1 一维模糊控制器的输入/输出关系 
7.1.2 隶属函数对控制性能的影响 
7.1.3 二维模糊控制器的输入/输出关系 
7.2 模糊控制器的解析结构概述 
7.2.1 模糊控制器解析结构的推导 
7.2.2 模糊控制器解析结构的分析 
7.3 二维Mamdani模糊控制器的解析结构 
7.3.1 二维模糊控制器的基本结构 
7.3.2 二维模糊控制器的结构分析 
7.3.3 二维模糊控制器的稳定性分析 
7.3.4 模糊控制器的一致逼近性 
7.4 三维模糊控制器的解析结构 
7.4.1 三维模糊控制器的结构 
7.4.2 三维模糊控制器的结构分析 
本章小结 
第8章 先进的模糊控制方法 
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 模糊预测控制 
8.2.1 预测控制基本原理 
8.2.2 基于模糊关系模型的模糊预测控制 
8.2.3 基于T-S模型的模糊预测控制 
8.3 自适应模糊控制 
8.3.1 自适应控制基本原理 
8.3.2 模糊模型参考学习控制 
8.3.3 间接自适应模糊控制 
8.3.4 量化因子和比例因子可调整的模糊自适应控制 
8.3.5 权系数可调整的模糊自适应控制 
本章小结 
习题 
第9章 模糊控制技术的应用 
9.1 工业电阻炉温度模糊控制系统 
9.2 浮选过程模糊控制系统 
9.2.1 浮选工艺过程 
9.2.2 浮选过程模糊控制器设计 
9.2.3 控制效果 
9.3 酸洗过程温度模糊-PID控制系统 
9.3.1 冷轧生产线酸洗工艺过程 
9.3.2 冷轧生产线酸洗控制系统组成 
9.3.3 酸洗模糊-PID控制器设计 
9.4 集气管压力模糊控制系统 
9.4.1 焦炉鼓冷系统的工艺过程 
9.4.2 焦炉集气管压力控制系统 
9.4.3 焦炉集气管压力模糊PID控制系统实现 
本章小结 
参考文献

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前　　言

模糊控制是模糊数学与控制理论相结合的产物，它已经成为智能控制领域中一个非常重要的分支。模糊控制以模糊集合、模糊语言规则为基础，根据专家经验或现场操作人员的经验知识及操作数据确定控制规则，利用模糊逻辑推理，对难以建立精确数学模型的复杂对象实现有效控制。模糊控制起源于美国加利福尼亚大学电气工程系教授扎德(L.A.Zadeh)1965年提出的“模糊集合”的概念。20世纪60年代末至70年代初，L.A.Zadeh在模糊映射、模糊推理和模糊控制原理等方面进行了一系列的研究，特别是提出并完善了模糊知识表示、语义变量、模糊规则以及模糊图等概念，这些成果为模糊建模和模糊控制的发展奠定了理论基础。1974年，英国伦敦大学教授马丹尼(E.H.Mamdani)首先利用模糊控制语句组成模糊控制器，并将它成功地应用于蒸汽机的控制。这项成果实现了应用模糊控制器处理实际系统的控制问题，标志着模糊控制技术的诞生。发展至今，模糊控制系统的应用已经十分广泛，在工业控制、信息工程、图像识别、人工智能、空间飞行、卫星与导弹的控制等诸多领域取得了显著的效果。全书共9章。第1章概述。第2章模糊集合，主要介绍模糊集合的相关知识，包括模糊集合的概念、表示方法、隶属函数及其建立方法、模糊集合的运算等。第3章模糊关系，主要介绍模糊数学中模糊关系的基础知识，包括模糊关系的概念、模糊矩阵的定义及其运算、模糊关系的合成、模糊相似关系和等价关系等。第4章模糊逻辑与模糊推理，介绍了模糊控制很重要的基础理论，包括模糊逻辑、模糊语言的概念、模糊规则的形式、模糊逻辑及模糊近似推理的概念和方法。第5章模糊控制系统，详细介绍了模糊控制器的基本结构、变量的模糊化和解模糊化、规则库的构成以及推理机。在此基础上，介绍了Takagi-Sugeno模糊控制器的设计。第6章介绍了MATLAB中模糊控制工具箱的应用。第7章模糊控制器的解析结构，介绍了模糊控制器的解析结构理论，揭示了模糊控制的非线性本质。第8章先进的模糊控制方法，介绍了基于模糊原理的PID控制器设计方法，包括：模糊参数PID控制、模糊预测控制和自适应模糊控制方法。第9章模糊控制技术的应用，介绍模糊控制在工业领域中的应用概况，详细介绍温度、压力以及流量模糊控制的工程实例，利于提高学生理论联系实际的能力。本书理论与实际紧密结合，适应面广，可作为相关专业本科生、研究生的教材，以及相关领域专业技术人员的参考书。对于本科教学，主要是学习模糊概念以及模糊控制的基础知识，以第1章至第6章为主，后面的章节可以作为选学内容；对于研究生教学，以模糊控制的理论研究和综合应用为主，在前六章的基础上，学习第7至第9章。参加本书编写工作的有方康玲(第1,9章)，谢蓉(第2, 5章)，黄卫华(第3, 4, 7章)刘晓玉(第6,8章)。本书由黄卫华任主编，方康玲任副主编，负责大纲的制定及全书的统编定稿。由于编者水平有限，不足之处在所难免，恳请读者批评指正。本书由“过程控制与集散系统”国家精品课程资助。编者

模糊控制是模糊数学与控制理论相结合的产物，它已经成为智能控制领域中一个非常重要的分支。模糊控制以模糊集合、模糊语言规则为基础，根据专家经验或现场操作人员的经验知识及操作数据确定控制规则，利用模糊逻辑推理，对难以建立精确数学模型的复杂对象实现有效控制。模糊控制起源于美国加利福尼亚大学电气工程系教授扎德(L.A.Zadeh)1965年提出的“模糊集合”的概念。20世纪60年代末至70年代初，L.A.Zadeh在模糊映射、模糊推理和模糊控制原理等方面进行了一系列的研究，特别是提出并完善了模糊知识表示、语义变量、模糊规则以及模糊图等概念，这些成果为模糊建模和模糊控制的发展奠定了理论基础。1974年，英国伦敦大学教授马丹尼(E.H.Mamdani)首先利用模糊控制语句组成模糊控制器，并将它成功地应用于蒸汽机的控制。这项成果实现了应用模糊控制器处理实际系统的控制问题，标志着模糊控制技术的诞生。发展至今，模糊控制系统的应用已经十分广泛，在工业控制、信息工程、图像识别、人工智能、空间飞行、卫星与导弹的控制等诸多领域取得了显著的效果。全书共9章。第1章概述。第2章模糊集合，主要介绍模糊集合的相关知识，包括模糊集合的概念、表示方法、隶属函数及其建立方法、模糊集合的运算等。第3章模糊关系，主要介绍模糊数学中模糊关系的基础知识，包括模糊关系的概念、模糊矩阵的定义及其运算、模糊关系的合成、模糊相似关系和等价关系等。第4章模糊逻辑与模糊推理，介绍了模糊控制很重要的基础理论，包括模糊逻辑、模糊语言的概念、模糊规则的形式、模糊逻辑及模糊近似推理的概念和方法。第5章模糊控制系统，详细介绍了模糊控制器的基本结构、变量的模糊化和解模糊化、规则库的构成以及推理机。在此基础上，介绍了Takagi-Sugeno模糊控制器的设计。第6章介绍了MATLAB中模糊控制工具箱的应用。第7章模糊控制器的解析结构，介绍了模糊控制器的解析结构理论，揭示了模糊控制的非线性本质。第8章先进的模糊控制方法，介绍了基于模糊原理的PID控制器设计方法，包括：模糊参数PID控制、模糊预测控制和自适应模糊控制方法。第9章模糊控制技术的应用，介绍模糊控制在工业领域中的应用概况，详细介绍温度、压力以及流量模糊控制的工程实例，利于提高学生理论联系实际的能力。本书理论与实际紧密结合，适应面广，可作为相关专业本科生、研究生的教材，以及相关领域专业技术人员的参考书。对于本科教学，主要是学习模糊概念以及模糊控制的基础知识，以第1章至第6章为主，后面的章节可以作为选学内容；对于研究生教学，以模糊控制的理论研究和综合应用为主，在前六章的基础上，学习第7至第9章。参加本书编写工作的有方康玲(第1,
9章)，谢蓉(第2, 5章)，黄卫华(第3, 4, 7章)刘晓玉(第6,
8章)。本书由黄卫华任主编，方康玲任副主编，负责大纲的制定及全书的统编定稿。由于编者水平有限，不足之处在所难免，恳请读者批评指正。本书由“过程控制与集散系统”国家精品课程资助。
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