模糊控制理论_模糊控制理论的探索与研究

~ 　　模糊控制模仿人的决策能力和推理功能，是又一类智能控制的形式。本文研究模糊控制理论及其实现。模糊控制的基本思想就是利用计算机来实现人的控制经验，而人的控制经验一般是由语言来表达的，这些语言表达的控制规则又带有相当的模糊性。因此要了解被控对象数学模型的结构、阶次、参数等，然后在此基础上合理选择控制策略。
　　模糊逻辑控制（Fuzzy Logical Control）简称模糊控制（Fuzzy Control），是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制技术。在传统的控制领域里，控制系统动态模式的精确与否是影响控制优劣的关键所在，系统动态的信息越详细，则越能达到精确控制的目的。然而，对于复杂的系统，由于变量太多，往往难以正确描述系统的动态，于是工程师便利用各种方法来简化系统动态，以达成控制的目的，但却不理想。换言之，传统的控制理论对于明确系统有强而有力的控制能力，但对于过于复杂或难以精确描述的系统，则显得无能为力。因此尝试以模糊数学来处理这些控制问题。
　　如人工控制反应釜的釜内温度经验可以表达为：若釜内温度过高，则开大冷水阀；若温度和要求的温度相差不太大，则把水阀关小；若温度快接近要求的温度，则把阀门关得很小。这些经验规则中，“较小”“不太大”“接近”“开大”“关小”“关得很小”等表示温度状态和控制阀门动作的概念都带有模糊性。这些规则的形式正是模糊条件语句的形式，可以用模糊数学的方法来描述过程变量和控制作用的这些模糊概念及它们之间的关系，又可以根据这种模糊关系及某时刻过程变量的检测值（需化成模糊语言值）用模糊逻辑推理的方法得出此刻的控制量。这正是模糊控制的基本思路。
　　模糊控制理论发展至今，模糊逻辑推理的方法大致可分为3种，第一种依据模糊关系的合成法则；第二种依据模糊逻辑的推论法简化而成；第三种和第一种相类似，只是其后件部分改由一般的线性式组成。
　　由于模糊控制器的模型不是由数学公式表达的数学模型，而是由一组模糊条件语句构成的语言形式，因此从这个角度上讲，模糊控制器又称模糊语言控制器。模糊控制器的模型是由带有模糊性的有关控制人员和专家的控制经验与知识组成的知识模型，是基于知识的控制，因此，模糊控制属于智能控制的范畴。
　　可以说，模糊控制是以人的控制经验作为控制的知识模型，以模糊集合、模糊语言变量以及模糊逻辑推理作为控制算法的数学工具，用计算机来实现的一种智能控制。
　　
　　1 模糊控制系统的组成
　　
　　模糊控制系统的基本原理图如图1所示。其中的核心部分为模糊控制器，由于模糊控制器的控制规则是根据操作人员的控制经验取得的，所以它的作用就是模仿人工控制。模糊控制器的控制规律由计算机的程序实现。其功能的实现是要先把计算机观测控制过程得到的精确量转化为模糊输入信息，按照总结人的控制经验及策略取得的语言控制规则进行模糊推理和模糊决策，再经去模糊化处理得到输出控制的精确量，求得输出控制量的模糊集作用于被控对象。因此，控制器的结构通常是由它的输入和输出变量的模糊化、模糊推理算法、模糊合成和模糊判决等部分组成。
　　
　　2 模糊控制器的设计原理
　　
　　模糊控制器结构如图2所示。模糊控制器主要由模糊化、模糊推理和模糊决策（反模糊化）3部分组成。模糊控制器的输入是实际量，经模糊化后转换成模糊输入。根据输入条件满足的程度和控制规则进行模糊推理得到模糊输出。该模糊输出经过模糊判决（反模糊化）转化成非模糊量用于过程的控制。
　　
　　模糊控制器3部分的共同基础是知识库，它包含模糊化所用的隶属函数、模糊推理的控制规则及反模糊化所用的公式。和常规控制方法比较，模糊控制有其明显的优越性。由于模糊控制实质上是用计算机去执行操作人员的控制策略，因而可以避开复杂的数学模型。对于非线性、时变的大滞后及带有随机干扰的系统，由于数学模 型难以建立，因而常规控制方法也就失效；而对这样的系统，设计一个模糊控制器却没有多大困难。
　　
　　
　　3 小结
　　
　　模糊控制的精度受到量化等级的制约。另外，对于普通的模糊控制而言，它类似于比例微分的控制方式，还有一个非零的稳态误差，属于有差调节。如果将PID控制技术和它结合起来，取长补短，发挥两者的优势，就能取得更好的控制效果。

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覃塘区13531292005： 模糊控制理论 - ？
权狮鹿丹： 现在模糊控制是比较成熟的控制算法了.广泛用于大滞后的控制对象.据我所知温度控制、压力控制方面都有比较成熟的模糊控制算法实现了.目前很多PLC厂商已经提供了比较成熟的模糊控制模块.

覃塘区13531292005： 模糊理论该如何理解? ？
权狮鹿丹： 模糊理论是在模糊集合理论的数学基 础上发展起来的,主要包括模糊集合理论、 模糊逻辑、模糊推理和模糊控制等方面的 内容.模糊理论的基本精神是接受模糊性 现象存在的事实,以处理不确定的事物为 其研究目标,并将其严密地量化成计算机 可以处理的讯息,不主张用繁杂的数学分 析来解决模型.模糊理论发展至今已接近 三十余年,应用的范围非常广泛,从工程科 技到社会人文科学都可以发现模糊理论研 究的踪迹与成果.模糊理论应用最有效、 最广泛的领域是模糊控制.模糊控制在各 种领域出人意料地解决了传统控制理论无 法解决的或难以解决的问题,并取得了令 人信服的成效.

覃塘区13531292005： 经典控制理论与模糊控制理论的特点、区别及关系是什么?？
权狮鹿丹： 1)它是一种非线性控制方法,工作范围宽,适用范围广,特别适合非线性系统的控制. (2)它不依赖于对象的数学模型,对无法建模或很难建模的复杂对象,也能利用人的经验知识来设计模糊控制器完成控制任务.而传统的控制方法都要已知被控对象的数学模型,才能设计控制器. (3)它具有内在的并行处理机制,表现出极强的鲁棒性,对被控对象的特性变化不敏感,模糊控制器的设计参数容易选择调整.算法简单,执行快,容易实现.不需要很多的控制理论知识,容易普及推广. 正因为模糊控制具有以上显著的优点,很多国际著名的专家学者指出:“模糊控制是21世纪的控制技术”,将有非常广阔的发展前途和产品市场.

覃塘区13531292005： 经典控制与模糊控制的差别是什么?各有什么优缺点? - ？
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