去模糊化

去模糊化

去模糊化是將推論所得到的模糊值轉換為明確的控制訊號,做為系統的輸入值。去模糊化是模糊推理機中重要的一步,也稱解模糊化。去模糊化的方法有很多種,最常用的有最大隸屬度法,重心法和加權平均法。

基本介紹

  • 中文名:去模糊化
  • 外文名:defuzzification
  • 學科:控制科學與工程
  • 套用:模糊推理機
  • 類別:控制方法
  • 主要方法:最大隸屬度法
相關定義,模糊推理機,去模糊化方法,

相關定義

去模糊化:去模糊化是模糊推理機中重要的一步,也稱解模糊化。解模糊化的方法有很多種,最常用的有最大隸屬度法,重心法和加權平均法。
模糊化:將輸入值以適當的比例轉換到論域的數值,利用口語化變數來描述測量物理量的過程,依適合的語言值(linguisitc value)求該值相對之隸屬度,此口語化變數我們稱之為模糊子集合(fuzzy subsets)。

模糊推理機

一般控制系統的架構包含了五個主要部分,即:定義變數、模糊化、知識庫、邏輯判斷及反模糊化。下面是框架結構圖:
去模糊化
模糊控制定義變數
也就是決定程式被觀察的狀況及考慮控制的動作,例如在一般控制問題上,輸入變數有輸出誤差E與輸出誤差變化率EC,而模糊控制還將控制變數作為下一個狀態的輸入U。其中E、EC、U統稱為模糊變數。
模糊控制模糊化
將輸入值以適當的比例轉換到論域的數值,利用口語化變數來描述測量物理量的過程,根據適合的語言值(linguistic value)求該值相對的隸屬度,此口語化變數稱為模糊子集合(fuzzy subsets)。
模糊控制知識庫
包括資料庫(data base)與規則庫(rule base)兩部分,其中資料庫提供處理模糊數據的相關定義;而規則庫則藉由一群語言控制規則描述控制目標和策略。
模糊控制邏輯判斷
模仿人類下判斷時的模糊概念,運用模糊邏輯和模糊推論法進行推論,得到模糊控制訊號。該部分是模糊控制器的精髓所在。
模糊控制解模糊化
解模糊化(defuzzify):將推論所得到的模糊值轉換為明確的控制訊號,做為系統的輸入值。

去模糊化方法

在實行模糊控制時,將許多控制規則進行上述推論演算,然後結合各個由演算得到的推論結果獲得控制輸出;為了求得受控系統的輸出,必須將模糊集合解模糊化。
過模糊控制決策得到的是模糊量,要執行控制,必須把模糊量轉化為精確量,也就是要推導出模糊集合到普通集合的映射(也稱判決)。實際上是在一個輸出範圍內,找到一個被認為最具有代表性的、可直接驅動控制裝置的確切的輸出控制值。主要反模糊化判決方法有:最大隸屬度法,重心法和加權平均法。
最大隸屬度法
選取推理結果模糊集合中隸屬度最大的元素作為輸出值,即
去模糊化
如果在輸出論閾V中,其最大隸屬度對應的輸出值多於一個,則取所有具有最大隸屬度輸出的平均值,即
去模糊化
N為具有相同最大隸屬度輸出的總數。
最大隸屬度法不考慮輸出隸屬度函式的形狀,只考慮最大隸屬度處的輸出值。因此,難免會丟失許多信息。它的突出優點是簡單,在一些控制要求不高的場合,可以用最大隸屬度法。
重心法
為了獲得準確的控制量,就要求模糊方法能夠很好的表達輸出隸屬度函式的計算結果。重心法是取隸屬度函式曲線與橫坐標圍成面積的重心,作為模糊推理的最終輸出值,即
去模糊化
對於具有m個輸出量化級數的離散閾情況:
去模糊化
與最大隸屬度法相比較,重心法具有更平滑的輸出推理控制。即使對應於輸入信號的微小變化,輸出也會發生變化。
加權平均法
工業控制中廣泛套用的反模糊化法是加權平均法,輸出值由下式決定:
去模糊化
其中係數ki的選擇根據實際情況而定。不同的係數決定系統具有不同的回響特性。當係數ki取隸屬度
時,就化為重心法。
Matlab中的解模糊化方法
MATLAB提供五中解模糊化方法:
(1)centriod:面積重心法;
(2)bisector:面積等分法;
(3)mom:最大隸屬度平均法;
(4)som:最大隸屬度取最小法;
(5)lom:最大隸屬度取最大法。
在MATLAB中,可通過setfis()設定解模糊化方法,通過defuzz()執行反模糊化運算。

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