模糊控制綜述.doc

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1、模糊控制綜述一、模糊控制的概念模糊控制是一種利用模糊數(shù)學(xué)的基本思想和理論的控制方法。在傳統(tǒng)的控制領(lǐng)域里，控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模式的精確與否是影響控制優(yōu)劣的關(guān)鍵，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的信息越詳細(xì)，則越能達(dá)到精確控制的目的。然而，對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)，由于變量太多，往往難以正確的描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)，傳統(tǒng)的控制理論對(duì)于明確系統(tǒng)有強(qiáng)而有力的控制能力，但對(duì)于過于復(fù)雜或難以精確描述的系統(tǒng)，則顯得困難了。因此便嘗試著以模糊數(shù)學(xué)來處理這些控制問題。二、模糊理論及應(yīng)用簡史1、20世紀(jì)60年代：模糊理論的萌芽模糊理論是Zadeh在1965年提出的，自誕生之日起就一直處于各派的激烈爭論中。盡管沒有成為主流，但很多學(xué)者

2、畢生致力于這個(gè)領(lǐng)域的研究。2、20世紀(jì)70年代：模糊理論繼續(xù)發(fā)展并出現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了處理實(shí)際系統(tǒng)的模糊控制器。1975年，Mamdani和Assilian創(chuàng)立了模糊控制器的基本框架，并用于控制蒸汽機(jī)。3、20世紀(jì)80年代：模糊理論的大規(guī)模應(yīng)用使其產(chǎn)生巨大飛躍1980年，Sugeno開創(chuàng)了日本的首次模糊應(yīng)用——控制一家富士電子水凈化廠。1983年，他又開始研究模糊機(jī)器人。20世紀(jì)80年代初，日立公司開始給仙臺(tái)地鐵開發(fā)模糊系統(tǒng)。4、20世紀(jì)90年代：模糊理論仍有更多挑戰(zhàn)三、模糊數(shù)學(xué)原理模糊數(shù)學(xué)為模糊系統(tǒng)與模糊控制的發(fā)展提供了起點(diǎn)和基本語言。模糊數(shù)學(xué)本身就

3、是一個(gè)巨大的領(lǐng)域，其原理是用模糊集合的概念取代經(jīng)典集合的概念而發(fā)展來的。按照這種方式，所有的經(jīng)典數(shù)學(xué)分支都可以被“模糊化”，于是誕生了模糊測(cè)度理論、模糊拓?fù)?、模糊算術(shù)和模糊分析等。模糊數(shù)學(xué)僅有一部分可應(yīng)用到工程中。模糊系統(tǒng)和模糊控制涉及到的概念有模糊集合、模糊集合的運(yùn)算、模糊關(guān)系等。四、模糊系統(tǒng)模糊系統(tǒng)由四個(gè)部分組成：模糊規(guī)則庫、模糊推理機(jī)、模糊器和解模糊器。模糊規(guī)則庫是由模糊IF-THEN規(guī)則集合組成的。它是模糊系統(tǒng)的核心，從這個(gè)意義上講，模糊系統(tǒng)的其他部分是以一種合理而有效的方式來執(zhí)行這些規(guī)則的。在模糊推理機(jī)中，模糊邏輯原理常用于將模糊規(guī)則庫中的IF-THEN規(guī)

4、則組合成一個(gè)從U上的模糊集A到V上的模糊集B的映射。有兩種推理方法：組合推理和獨(dú)立推理。人們提出了五種推理機(jī)（乘積推理機(jī)、最小推理機(jī)、Lukasisewicz推理機(jī)、Zadeh推理機(jī)和Dienes-Rescher推理機(jī)）。在大多數(shù)應(yīng)用中，模糊系統(tǒng)的輸入輸出是實(shí)值數(shù)，所以必須在模糊推理機(jī)和外部環(huán)境之間構(gòu)建某些界面，這就是模糊器和解模糊器。模糊器（Fuzzifiers）是一實(shí)值點(diǎn)到模糊集的映射。有三種模糊器：單值模糊器、高斯模糊器、三角形模糊器。解模糊器是模糊集向清晰點(diǎn)的一種映射。有重心解模糊器、中心平均解模糊器、最大值解模糊器。五、模糊控制的典型應(yīng)用1、基于模糊控制的

5、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)恒流軟起動(dòng)運(yùn)用模糊控制方法，對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過程采用以晶體閘管為主電路元件，單片機(jī)為控制核心。這種方法系統(tǒng)超凋量小。響應(yīng)快，起動(dòng)過程比較平穩(wěn)．能較好地解決傳統(tǒng)方法和PID控制方法存在的缺點(diǎn)，可以提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。2、基于模糊控制的節(jié)電照明控制系統(tǒng)采用模糊控制的方法設(shè)計(jì)出一個(gè)節(jié)電控制器。在初始階段，以220V電壓輸出，等日光燈運(yùn)行穩(wěn)定后再降到200V，190V或180V低電壓輸出。系統(tǒng)通過不斷檢測(cè)在線電壓值來獲取其與標(biāo)準(zhǔn)電壓值的差E。偏差變化CE以及控制量變化U進(jìn)行模糊化。進(jìn)而通過查量化因子及比例因子修正表對(duì)E和CE進(jìn)行重新量化。然后查模糊控制規(guī)則表，

6、對(duì)輸出量電壓進(jìn)行處理。實(shí)驗(yàn)證明，該節(jié)電照明控制系統(tǒng)的節(jié)電效率為25％左右。該系統(tǒng)僅具有節(jié)電、延長燈泡壽命的功能，而且能使日光燈在電壓波動(dòng)較大范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。3、基于模糊控制的中央空調(diào)房間溫度控制系統(tǒng)：針對(duì)被控對(duì)象具有較大的慣性和遲延，傳遞函數(shù)具有非線形和時(shí)變性。設(shè)計(jì)可調(diào)整的模糊控制器。硬件選擇ST62TOIC單片機(jī)，其特點(diǎn)是寬電源電壓3～6V，寬溫40～125℃，低功耗，可直接驅(qū)動(dòng)晶閘管。從而使中央空調(diào)更節(jié)能，人感覺更舒適。模糊系統(tǒng)一直廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，從控制、信號(hào)處理、通信、集成電路制造到商業(yè)專家系統(tǒng)、醫(yī)藥、行為科學(xué)等。典型的產(chǎn)品有模糊洗衣機(jī)、數(shù)字圖像穩(wěn)定器等。

7、六、模糊控制的優(yōu)勢(shì)1、模糊控制是一種基于規(guī)則的控制，它直接采用語言型控制規(guī)則，出發(fā)點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)操作人員的控制經(jīng)驗(yàn)或相關(guān)專家的知識(shí)，在設(shè)計(jì)中不需要建立被控對(duì)象的精確的數(shù)學(xué)模型，因而使得控制機(jī)理和策略易于接受與理解，設(shè)計(jì)簡單，便于應(yīng)用。2、由工業(yè)過程的定性認(rèn)識(shí)出發(fā)，比較容易建立語言控制規(guī)則，因而模糊控制對(duì)那些數(shù)學(xué)模型難以獲取，動(dòng)態(tài)特性不易掌握或變化非常顯著的對(duì)象非常適用。3、基于模型的控制算法及系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，由于出發(fā)點(diǎn)和性能指標(biāo)的不同，容易導(dǎo)致較大差異；但一個(gè)系統(tǒng)語言控制規(guī)則卻具有相對(duì)的獨(dú)立性，利用這些控制規(guī)律間的模糊連接，容易找到折中的選擇，使控制效果優(yōu)于常規(guī)控制器。