GB T 17165-2008 模糊控制装置和系统性能评定方法.pdf

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1、ICS 2504040N 17 囝雪中华人民共和国国家标准GBT 171652008代替GBT 1716511997，GBT 171652 1997模糊控制装置和系统性能评定方法Fuzzy control devices and systems-Method of evaluating performance2008-06-30发布 20090101实施丰瞀髁紫瓣警糌瞥星发布中国国家标准化管理委员会促19前言1范围2规范性引用文件3术语和定义4检测内容、途径和类别5试样和技术资料6检测条件7检测方法8影响量试验9评价准则10检测报告-目 次GBT 17165-2008l117789uun刖 旨

2、GBT 171652008本标准是由GBT 171651 1997模糊控制装置和系统 第1部分：基本术语和GBT 171652 1997模糊控制装置和系统第2部分：模糊控制单元性能检测一本要求两标准整合而成的。本标准并非试图替代家用电器、复杂系统、工业过程的测量及控制的有关产品的现存标准。使用模糊控制技术的产品均应满足电工电子产品的可靠性和安全性的有关标准的相应要求。本标准与GBT 171651 1997和GBT 171652 1997相比，结构和内容都有较大改动，主要变化如下：将GBT 171651 1997的“3 基础术语”、“4 模糊推理术语”和“5 模糊控制术语”和GBT 171652

3、1997的“3定义”修改合并为本标准的“3术语和定义”；将GBT 171651-i997的311的“o1”修改为本标准的“o，1，(GBT 171651 1997的311，本标准的311)；将GBT 171651 1997的313的“作成”修改为本标准的“组成”(GBT 171651 1997的313，本标准的313)；将GBT 171651 1997的421的“43”修改为本标准的“320”(GBT 1716511997的421，本标准的3191)；一将GBT 1716511997的“则”修改为本标准的“若”(GBT 171651一一1997的411，本标准的328)；将GBT 171652

4、 1997的“图3”中增加“”；一一将GBT 1716521997的“图1”“图2图3”修改为“图1各规则块平行、独立实现模糊推理”“图2各规则块平行实现模糊推理，各规则块的输出为同类量”“图3各规则块分别实现模糊推理，规则块的部分输出作为其他规则块的输入”；删除了GBT 1716511997的附录A和附录B。本标准由中国机械工业联合会提出。本标准由全国工业过程测量和控制标准化技术委员会第二分技术委员会归口。本标准负责起草单位：西南大学、中国四联仪器仪表集团。本标准参加起草单位：机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、北京机械工业自动化研究所。本标准主要起草人：张为群、张渝、祁虔、刘进。本标准参加

5、起草人：冯晓升、谢兵兵。本标准所代替标准的历次发布情况为：一一GBT 171 651一1997：GBT 171652一1997。模糊控制装置和系统性能评定方法GBT 1716520081范围本标准确定了同模糊控制装置和系统有关的基础术语、模糊推理术语和控制术语，对模糊控制单元的性能检测提出了一般要求，规定了模糊控制单元基本性能检测方法和评价准则。本标准适用于模糊控制装置和有关标准的制定，适用于该领域内系统和产品的研究、设计、开发和生产的相应技术文件的编制以及贸易、教学等工作，也适用于使用基于模糊逻辑的控制技术(以下简称为模糊控制技术)的有关产品和附件。涉及模糊控制技术的其他工作也可参照使用。2

6、规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GBT 52712-1988数据处理词汇02部分算术和逻辑运算(eqv ISO 23822：1976)GBT 282812003计数抽样检验程序第l部分：按接收质量限(AQL)检索的逐批检验抽样计划(IS0 2859 l：1999，IDT)GBT 101111988利用随机数骰子进行随机抽样的方法3术语和定义下列术语和定义适用于本

7、标准。31集合set具有某种给定性质或某些共同性质的有限个或无限个任何种类物体、对象或概念的整体。(GBT 52712 1988附录C 001)32元素(关于集合的)element(of a set)具有可用以构成集合这样一种特性的物体、对象或概念。(GBT 52712 1988附录C 002)33子集subset一种集合，其中每一元素是另一给定集合的元素。(GBT 527121988附录C 004)34论域universe of discourse所论及事物(物体、对象或概念)的全体。35变量variable一对象，在给定的应用中未赋予它实际值以前，其值不定，或其值在已知界限内不定。(GBT

8、 52712 1988附录C 009)36函数function一种数学对象，其值(即因变量的值)以指定的方法随一个或多个自变量的值而定。对应于这些自1GBT 171652008变量的各自区间的值的每种允许的组合，因变量的值不多于一个。(GBT 52712一1988附录C 011)37模糊性fuzziness弗晰性fuzziness事物(物体、对象或概念)属性或类属划分的不清晰性。38模糊概念fuzzy concept外延不清晰的概念。例：快速、高温。39模糊集合fuzzy set模糊集 fuzzy set模糊子集(某论域上的) fuzzy subset(on an universe of di

9、scourse)带有隶属程度(以o，1区间上的数表示)的事物(物体、对象或概念)的整体。310隶属函数membership function表征论域中每一元素隶属于一个模糊集合的程度的函数。311隶属度degree of membership隶属函数的值。表示指定元素隶属于一个模糊集合的程度，其取值范围为o，1区间。312模糊幂集fuzzy power set以论域上所有模糊集合为元素组成的集合。313笛卡儿积Cartesian product从多个集合中各任取一元素组成的序组的全体。314模糊关系fuzzy relation笛卡儿积上的模糊集合。表示多个集合的元素问所具有的某种关联的程度。3

10、15模糊矩阵fuzzy matrix表示有限论域上模糊关系的矩阵。其元素的取值范围为o，1区闫。316模糊关系合成composition of fuzzy relations由第一个集合和第二个集合之间的模糊关系及第二个集合和第三个集合之间的模糊关系得到第一个集合和第三个集合之间的模糊关系的一中运算。317模糊变换(基于模糊关系的)fuzzy transformation(based on a fuzzy relation)给定两个集合之间的一个模糊关系，据此将一个集合上的模糊子集经运算得到另一个集合上的模糊子集的过程。318语言变量linguistic variable以自然或人工语言的词、

11、词组或句子作为值的变量。例：在模糊控制中的“偏差”、“偏差变化率”等。2GBT 171652008319语言值linguistic value语言变量的取值。一般为自然或人工语言的词、词组或句子。例：“极大”、“很大”、“大”、“较大”、“偏大”、“中”、“偏小”、“较小”、“小”、“很小”或“极小”等作为语言变量“偏差”或“偏差变化率”的值。3191词义(语言值的)meaning(of linguistic value)语言变量的语言值所对应的基础变量(320)论域上的模糊集合。320基础变量base variable语言变量对应的数值变量。例：语言变量“年纪”对应的以0，1，2，100作为

12、值的数值变量为语言变量“年纪”的基础变量。321模糊命题fuzzy proposition含有模糊概念，具有某种真实程度的陈述句。例：该熔炼炉是一个高温体。3211真值(模糊命题的)truthvalue(of fuzzy proposition)表征模糊命题真实程度的量。其取值范围为o，1区间。322模糊谓词fuzzy predicate在模糊命题中，表示一个个体的模糊性质或多个个体之间的模糊关系的部分。例：(是)高温、(是)低压、(是)差别大。323模糊判断语句fuzzy judgement statement具有“z是n”句型的语句。其中z为语言变量，a为该语言变量的一个值。例：温度偏差(

13、是)很大。324简单模糊条件语句simple fuzzy conditional statement句型为“若z是n，则，是6”的一种条件语句，其中“z是n”、“y是6”均为模糊判断语句。例：若水箱水位很低，则进水阀门应开大。325多维模糊条件语句multidimensional fuzzy conditional statement句型为“若z。是。，且z：是az，且z。是a。，则y是b”的一种条件语句。其中“z，是a，”，“37：是n。”，“z。是n。”，“，是6”均为模糊判断语句。例：若炉温偏差负大，且偏差变化率正小，则应给电炉升高电压。326多重简单模糊条件语句multiple sim

14、ple fuzzy conditional statement由多个简单模糊条件语句并列组成的语句。例：若水位高，则进水阀门应关小；若水位低，则进水阀门应开大327多重多维模糊条件语句multiple multidimensional fuzzy conditional statement由多个多维模糊条件语句并列组成的语句。3GBT 17 1652008例：若炉温偏差负大，且偏差变化率正小，则应给电炉升高电压；若炉温偏差正小，且偏差变化率正大，则应给电炉降低电压328前件antecedent条件部分condition part简单或多维模糊条件语句“若，则”中的“若”部分。329后件cons

15、equent结论部分conclusion part简单或多维模糊条件语句“若，则”中的“则”部分。330模糊逻辑fuzzy logic应用模糊集合理论对模糊的概念、判断和推理进行量化处理和分析的一种非经典逻辑。注：模糊逻辑的狭义理解是指真值在o，1区问上取值的无限多值逻辑。3，31模糊(逻辑)推理fuzzy(109ic)inference以已知的模糊命题为前提(包括大前提和小前提)，推出新的模糊命题作为结论的过程。注I：模糊推理包括三个组成部分：大前提、小前提和结论。大前提是一个或多个模糊条件语句。又称规则；小前提是一个模糊判断句，叉称事实；结论是一个新的模糊判断句。注2：模糊推理的英文名称，

16、还有“fuzzy reasoning”这一用法。3 311模糊推理算法fuzzy inference algorithm实现模糊推理的数值计算方法。33111关系合成推理法compositional rule of inference模糊推理算法的一种。用一个模糊关系表述大前提中全部模糊条件语句前件的基础变量和后件的基础变量间的关系，用一个模糊集合表述小前提，进而用基于模糊关系的模糊变换运算给出推理结果的一种算法。简称CRI法。33112规则评价法rule evaluating method模糊推理算法的一种。依据小前提，对大前提中每条模糊条件语句分别进行评价，并将其结果综合成最终推理结果的一

17、种算法。332多维模糊推理multidimensional fuzzy inference以多维模糊条件语句为大前提的一种模糊推理。333多重模糊推理multiple fuzzy inference以多重简单模糊条件语句为大前提的一种模糊推理。334多重多维模糊推理multiple multidimensional fuzzy inference以多重多维模糊条件语句为大前提的一种模糊推理。GBT 171652008335模糊(逻辑)控制fuzzy(109ic)control用模糊(逻辑)推理方法，模拟人的操作技能、控制经验和知识的一种控制方法。336模糊控制器fuzzy controller

18、具有模糊控制功能的物理单元。337模糊控制装置fuzzy control device至少含有一个模糊控制器的装置。338模糊控制规则fuzzy control rule“IFTHEN”规则“ibthen”rule表述模糊控制策略的模糊条件语句。3381模糊控制规则表rule table for fuzzy control以语言变量及其值表示的模糊控制规则的表格。339模糊化fuzzification将输入量的确定值转变为可用于模糊(逻辑)推理的模糊集合的过程。3391模糊化算法fuzzification algorithm实现模糊化的数值计算方法。340清晰化defuzzification将

19、模糊(逻辑)推理后得到的模糊集合转变为用作控制的确定值的过程。3401清晰化算法defuzzification algorithm实现清晰化的数值计算方法。34011最大隶属度法method of maximum member ship degree清晰化算法的一种。取模糊集合最大隶属度所对应的基础变量值作为确定值的方法。若最大隶属度所对应的基础变量值个数多于一个时，则取其平均值(为一区间时，取该区间中值)作为确定值。34012重心法method of centroid清晰化算法的一种。取模糊集合隶属函数曲线同基础变量轴所围面积的重心对应的基础变量值作为确定值。34013加权平均法method

20、 of weighted mean清晰化算法的一种。以各条规则的前件和输人的模糊集合按一定法则确定的值，为权，对后件代表值M加权平均计算输出的确定值，的方法，其计算公式为：5GBT 17 165-2008J一龇：I=1 i=1式中：z规则序号；n-一规则总数；权重，可根据每条控制规则对系统品质的不同影响进行调整。341模糊控制算法fuzzy control algorithm实现模糊控制的数值计算方法。一般包括模糊化算法、模糊推理算法和清晰化算法。342模糊控制查询表look-up table of fuzzy control根据模糊控制规则，通过模糊控制算法求出的模糊控制装置输入量和输出量给

21、定离散点上的对应关系的表格。343模糊组合控制fuzzy hybrid control模糊控制和其他控制相结合的一种控制方法。344自适应模糊控制adaptive fuzzy control根据被控对象或环境的变化，自动改变模糊控制器的结构或参数的一种控制方法。345专家模糊控制expert fuzzy control模糊控制和专家系统技术相结合的一种控制方法。346模糊预测控制fuzzy predictive control根据被控对象的过去、现在时刻的信息，应用模糊集合理论，预测被控对象未来时刻的状态及其变化趋势，确定提前控制量，以提高控制效果的一种控制方法。347模糊系统辨识fuzzy

22、system identification通过观测一个系统(或过程)的输入输出数据，应用模糊集合理论建立一个表征该系统(或过程)的数学模型。348神经模糊控制neurofuzzy control模糊控制和神经网络技术相结合的一种控制方法。349模糊控制单元fuzzy control unit模糊控制装置或系统中实现模糊控制功能的部分。350规则库 rule base一个模糊控制单元所使用的模糊控制规则的集合。351规则块rule base block规则库分块时，每个子块包含的模糊控制规则的集合。6GBT 17165200835Z上界型模糊集S-shape fuzzy set随论域内变量值的增

23、大，隶属函数值增加到1并保持1的模糊集。同义词：戒上型模糊集353下界型模糊集Zshape fuzzy set随论域内变量值的减小，隶属函数值增加到1并保持1的模糊集。同义词：戒下型模糊集354输入input模糊控制规则前件中的基础变量。355输出output模糊控制规则后件中的基础变量。356输入输出关系 input-output relation与一个规则块相对应的各个输入在论域内所有可能组合的取值与给定的模糊推理算法得到的相应输出取值的对应关系。4检测内容、途径和类别41检测内容模糊控制是以模糊推理为核心的控制技术，模糊推理性能为输入输出关系所体现。为评定模糊控制单元所作检测的主要内容是

24、：检测输入典型测试点(和或输入典型测试点间插值点)经由模糊推理得到的输出值，以及必要的影响量试验。42检测途径模糊控制单元的性能检测可采用下列两个途径之一：。) 脱开被控系统仅对实施控制的模糊控制单元本身作检测，这时应保证模拟来自传感装置作为输入量的信号和输往执行机构的输出量的信号的正确。b) 连接被控系统检测，这时应保证系统所使用的传感装置、执行机构和信号传输工作正常。43检测类别模糊控制单元的性能检测分为两类：型式试验中的检测和出厂试验中的检测。5试样和技术资料51试验的抽取作型式试验中的检测时，按该产品型式试验的有关规定由送检方提供试样。出厂试验检测的抽样方法遵从GBT 28281200

25、3和GBT 1011l一1988的规定。52技术资料送检方应随同试样提供产品标准、产品技术说明书和试样所用模糊推理方法说明资料。521产品标准该产品执行的国家标准、行业标准、经备案的企业标准。522产品技术说明书其内容包括：a)产品名称；7GBT 171652008b)型号和规格；c)功能；d)主要技术指标；e)基本工作原理；f)电气原理图；g)使用方法；h)其他。523试样所用模糊推理方法说明资料应清楚记述模糊控制技术用于本产品或本系统的主要特征，包括：a)规则库控制规则(IF-THEN)前件中的语言变量。包括语言变量的数目，每一个语言变量的名称以及对应的基础变量名、单位和论域，每一语言变量

26、的全部语言值(名称或标志)以及对应的隶属函数(以图表或公式形式给出)。当规则库分成若干规则块时，以上内容应按规则块来分别给出。b) 规则库控制规则后件中的语言变量。包括语言变量的数目，每一个语言变量的名称以及对应的基础变量名、单位和论域，每一语言变量的全部语言值(名称或标志)以及对应的隶属函数(以图表或公式形式给出)。当后件取前件基础变量的函数时，要给出其具体数学表达式。当规则库分成若干规则块时，以上内容应按规则块分别给出。c)典型的IFTHEN规则，每个规则块至少给出二条。d)以图形、表格或数学表达式给出的输入输出关系。当以表格方式给出输入输出关系时，各语言变量的基础变量的离散值的数目应有明

27、确规定，并且不应少于该语言变量的语言值的个数。53试样传送与检查当试样需从送检单位送往检测地时，必须按保证运输安全的要求包装，并随试样装人为安装和运行所必备的附件、使用手册和其他资料。在进行检测前应对装箱和试样作直观检查，在确认运输中无损伤后开始检测准备工作。在检测报告中应包含对包装和检测前试样检查的说明，如有损坏应予以说明。当试样是安装在被控系统现场时，应仔细检查各部件及其连接状况，并确认符合正常运行条件时开始检测准备工作。在检测报告中应包含对装置在检测前检查的说明，如有问题应予以说明。6检测条件61检测方案检测方案由检测单位在检测开始前编制。该方案应包括对检测中异常事件出现的处置。必要时检

28、测方案由检测单位和送检方共同拟订。62测试仪器所使用的测试仪器的精度、标定及有关技术要求均应符合有关的标准，并在检测开始前作必要的检查，以确认满足所有要求。63输入输出量及输入输出信号的质量输入输出量的测定必须在允许误差范围之内；输入输出信号必须确认没有对检测结果有重要影响的于扰。64检测环境检测的环境条件和动力条件等应满足送检产品有关标准的规定。87检测方法GBT 17165200871检测步骤711选定输入典型测试点一个输入典型测试点是规则库(或规则块)的前件所有语言变量各取相应基础变量某具体值的一个组合，这些基础变量值关于某一语言值的隶属度为1。a) 当语言值对应的隶属度为1的基础变量值

29、为唯一时，取该基础变量值。b) 当语言值对应的隶属度为l的基础变量值为区间且隶属函数不是上界型或下界型时，取该区间的中值。c) 当语言值对应的隶属度为1的基础变量值为区间且隶属函数为上界型或下界型时，取隶属度小于l与等于1转折点处对应的基础变量值。d) 当试验条件使某一个或几个基础变量取隶属度为1的值有困难时，允许取相近的值，但必须确保所取的值有典型意义。输入典型测试点的数量和选取方法可根据本标准系列的具体产品标准确定。712选定输入典型测试点间的插值点为评定试样的模糊推理功能，应在输入典型测试点间选定若干插值点(即相邻输入典型测试点对应的基础变量值之间的值的组合)，并作输入输出关系测量。输入

30、典型测试点的插值点的数量和选取方法可根据本标准系列的具体产品标准确定。713确定输出量的期望值输入典型测试点和插值点对应的输出量的期望值，是从523d)给出的输入输出关系得到，它是对应的后件中一个或多个语言变量的基础变量值。当输入输出关系以表格形式给出，且输入典型测试点和插值点与表格上前件语言值的基础的离散值不一致时，由相邻的离散值对应的输出量作线性插值算得。714检测输出量的实测值输入典型测试点和插值点对应的输出量的实测值，是指在规定检测条件下测得的对应的后件中一个或多个语言变量的基础变量值。715分块规则库的检测当规则库分块时，输入输出关系分别按以下三种情况确定：情况l：各规则块平行、独立

31、实现模糊推理，如图1所示。其中z，zz，z。和Y，Y 2一，Y。分别为规则库中模糊控制规则前件和后件的语言变量值(图2、图3同)。图1各规则块平行、独立实现模糊推理GBT 171652008对于情况1，检测与评价分别按规则块进行。以图1两个规则块为例，输入输出关系分别取(z1，z2，X，；Y1，Y2，Y)或(zl，z2，z。；Yt+l，YH2，Y。)情况2：各规则块平行实现模糊推理，但各规则块的输出为同类量。如图2所示。对于情况2，检测与评价按整体进行。以图2两个规则块为例，输入输出关系取(z1，Xz，X。；Y1，y2，Y。)规则块综口图2各规则块平行实现模糊推理，各规则块的输出为同类量情况3

32、：各规则块分别实现模糊推理，但某一个或几个规则块的部分输出作为另一个或几个规则块的输入，亦即推理过程的中间变量。如图3所示。对于情况3，检测与评价按整体进行。以图3所示两个规则块及其结构为例，输入输出关系取(zl，372，zi，z一1，zm；Y1，Y2，Yf，y卧1，Yn)规则块规则块B图3各规则块分别实现模糊推理，规则块的部分输出作为其他规则块的输入716测试次数型式试验中的检测每一输入典型测试点和每一插值点均测试35次，出厂试验中的检测均测3次。测试的顺序一般按选定的输入典型测试点和插值点按预定的测试程序循环进行。当确认对测试结果无影响时，亦可对一个输入典型测试点或插值点连续测量。测试顺序

33、应确认前一试验对相继试验的1 0GBT 171652008正确性和精度无影响。717重新开始试验当试验无法持续进行到全部检测计划完成，或因某种原因而必须在未完成全部检测计划时中断试验，在重新启动后续试验时，应按检测计划开始时的要求，详细检查检测条件，确认无疑义时重新开始检测。72检测数据处理721基本原则除另有标准规定外，检测数据的整理以输出量测量值与输出量期望值之差的最大值为基础。722整理方法实际测量输出值与模糊推理结果期望输出值之差作为推理偏差予以记录。推理偏差允许以三种方式之一或几种表示：方法l：实际测量值与期望输出值的差值；方法2：实际测量值与期望输出值的差值的绝对值；方法3：实际测

34、量值与期望输出值的差值相对于输出论域的百分比。除另有标准规定外，三种推理偏差的表示，均取同一测点的几次测量结果的偏差最大值，并以推理偏差予以记录。当用方法1表示且表示差值有正有负时，取差值绝对值最大值并带有该值原有正负号作为推理结果的最大值。8影响量试验81基本原则根据实际应用领域选定对被检产品的模糊控制功能有显著影响的因素，给出影响变动范围，以该范围的极限值为影响量，进行41规定内容的检测。82具体要求型式试验中的检测的影响量试验，每个测点的测量次数允许比716的规定数适当减少。出厂试验可不作影响量试验。影响量试验步骤和检测数据处理同71和72。9评价准则评价按第7章中给出的检测方法所得到的

35、输入典型测试点(或插值点)对应的输出期望值与输出实测值在容许范围内的一致性，也就是评判推理偏差是否小于容许偏差值。容许偏差值由具体产品标准确定。在输入典型测试点间的插值点上，容许偏差值可大于输入典型测试点的容许偏差值。10检测报告101原始记录检测过程中的全部原始记录均应保存，保存时间不少于该型号产品停止生产后的产品使用寿命期。102一般格式内容封面应写明“(被检产品名称)模糊控制单元性能检测报告”。当模糊控制单元性能检测仅为被检产品检测内容的一部分，则必须在检测报告中列出独立的一章，并标以小标题“模糊控制单元性能检测”。报告应注明被检产品名称，开发生产厂家名称、产品型号及试样数量、检测途径、

36、依据标准、检测类别、检测环境、检测时间、检测人员、报告编写人、审核人、负责人和日期等。最终检测报告中的检测数据可以用表格或图形给出，建议同时采用两种方法给出。103重点内容为对被检产品进行模糊推理和控制性能的评定，应明确列出：11GBT 171652008a) 每次试验的实际输出值、输出期望值和推理偏差。b) 同一输入典型测试点(或插值点)多次试验的最大推理偏差。c)全部输入典型测试点(或插值点)最大推理偏差的最大值和平均值，并指出该最大值所对应的输入典型测试点(或插值点)。d) 当后件中的输出量为连续时，应列出按722中方法3表示的推理偏差超过5各正整数倍的发生数量和所占百分数。当后件中的输出量为分挡时，应列出推理偏差为不同挡数的发生数量和所占百分数。104检测结论给出根据第9章评价准则对模糊控制单元性能检测的测试结果、一般评价和建议。至于被检产品模糊控制单元是否满足产品要求(合格)和适宜完成给定的控制任务，应根据本标准系列的具体产品标准确定。