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02 模糊逻辑推理#

1. 本章定位#

本章是模糊控制的推理核心。考试重点是模糊规则、模糊关系、合成推理和去模糊化。

2. 模糊推理一般形式#

规则:

IF X=A THEN Y=B\text{IF } X=A \text{ THEN } Y=B

事实:

X=AX=A'

结论:

Y=BY=B'

解题思路:

  1. 把规则转化为模糊关系 RR
  2. 用事实 AA' 与关系 RR 合成,得到 BB'

3. Mamdani 与 Larsen 关系#

Mamdani 最小关系:

μR(x,y)=μA(x)μB(y)\mu_R(x,y)=\mu_A(x)\wedge\mu_B(y)

Larsen 乘积关系:

μR(x,y)=μA(x)μB(y)\mu_R(x,y)=\mu_A(x)\mu_B(y)

速记:

  • Mamdani:取小。
  • Larsen:相乘。

4. 合成推理#

一般形式:

B=AR=A(AB)B'=A'\circ R=A'\circ(A\to B)

最大-最小合成:

μB(y)=xX[μA(x)μR(x,y)]\mu_{B'}(y)=\bigvee_{x\in X}\left[\mu_{A'}(x)\wedge\mu_R(x,y)\right]

最大-代数积合成:

μB(y)=xX[μA(x)μR(x,y)]\mu_{B'}(y)=\bigvee_{x\in X}\left[\mu_{A'}(x)\mu_R(x,y)\right]

5. 单前件单规则#

规则:

IF x is A THEN y is B\text{IF }x\text{ is }A\text{ THEN }y\text{ is }B

事实:

x is Ax\text{ is }A'

采用 max-min 推理:

μB(y)=x[μA(x)μA(x)μB(y)]\mu_{B'}(y)=\bigvee_x[\mu_{A'}(x)\wedge\mu_A(x)\wedge\mu_B(y)]

令:

ω=x[μA(x)μA(x)]\omega=\bigvee_x[\mu_{A'}(x)\wedge\mu_A(x)]

则:

μB(y)=ωμB(y)\mu_{B'}(y)=\omega\wedge\mu_B(y)

含义:事实 AA' 与规则前件 AA 的匹配度为 ω\omega,后件 BBω\omega 截断。

6. 多前件单规则#

规则:

IF x=A AND y=B THEN z=C\text{IF }x=A\text{ AND }y=B\text{ THEN }z=C

事实:

x=A,y=Bx=A',\quad y=B'

匹配度:

ω1=x[μA(x)μA(x)]\omega_1=\bigvee_x[\mu_{A'}(x)\wedge\mu_A(x)] ω2=y[μB(y)μB(y)]\omega_2=\bigvee_y[\mu_{B'}(y)\wedge\mu_B(y)]

结论:

μC(z)=(ω1ω2)μC(z)\mu_{C'}(z)=(\omega_1\wedge\omega_2)\wedge\mu_C(z)

7. 多规则推理#

多规则时,每条规则得到一个输出模糊集,最后对各规则输出取并集,得到总输出模糊集合。

答题时可写:

各规则分别匹配 -> 后件截断或缩放 -> 多个输出集合合并 -> 去模糊
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8. 去模糊化#

模糊推理输出是模糊集合,实际控制需要清晰数值,因此要去模糊化。

常见方法:

  1. 极大隶属度法。
  2. 重心法。
  3. 面积均分法。

重心法连续形式:

y=yμB(y)dyμB(y)dyy^*=\frac{\int y\mu_B(y)\,dy}{\int \mu_B(y)\,dy}

离散形式:

y=i=1lyiμB(yi)i=1lμB(yi)y^*=\frac{\sum_{i=1}^{l}y_i\mu_B(y_i)}{\sum_{i=1}^{l}\mu_B(y_i)}

面积均分法:

ayμB(y)dy=ybμB(y)dy\int_a^{y^*}\mu_B(y)\,dy=\int_{y^*}^{b}\mu_B(y)\,dy

9. Mamdani 与 T-S 推理#

Mamdani 推理:

IF x1 is M1 AND x2 is M2 THEN u is M3\text{IF }x_1\text{ is }M_1\text{ AND }x_2\text{ is }M_2 \text{ THEN }u\text{ is }M_3

Takagi-Sugeno 推理:

IF x1 is M1 AND x2 is M2 THEN u=f(x1,x2)\text{IF }x_1\text{ is }M_1\text{ AND }x_2\text{ is }M_2 \text{ THEN }u=f(x_1,x_2)

区别:

类型后件特点
Mamdani模糊集合直观,接近专家语言规则
T-S函数适合建模、优化和计算

10. 本章考点#

必背:

  1. 模糊推理一般形式。
  2. Mamdani 与 Larsen 关系。
  3. 最大-最小合成公式。
  4. 单规则推理的匹配度 ω\omega
  5. 去模糊化重心法。
  6. Mamdani 与 T-S 推理区别。
02 模糊逻辑推理
https://zerohour.fun/blog/intelligent_control/02-%E6%A8%A1%E7%B3%8A%E9%80%BB%E8%BE%91%E6%8E%A8%E7%90%86
Author ZeroHour
Published at 2026年5月12日
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