陳愛敏

模糊控制模仿人的決策能力和推理功能，是又一類智能控制的形式。本文研究模糊控制理論及其實(shí)現(xiàn)。模糊控制的基本思想就是利用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)人的控制經(jīng)驗(yàn)，而人的控制經(jīng)驗(yàn)一般是由語言來表達(dá)的，這些語言表達(dá)的控制規(guī)則又帶有相當(dāng)?shù)哪：?。因此要了解被控對象?shù)學(xué)模型的結(jié)構(gòu)、階次、參數(shù)等，然后在此基礎(chǔ)上合理選擇控制策略。

模糊邏輯控制（Fuzzy Logical Control）簡稱模糊控制（Fuzzy Control），是以模糊集合論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)。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)鍵所在，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，對于復(fù)雜的系統(tǒng)，由于變量太多，往往難以正確描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)，于是工程師便利用各種方法來簡化系統(tǒng)動(dòng)態(tài)，以達(dá)成控制的目的，但卻不理想。換言之，傳統(tǒng)的控制理論對于明確系統(tǒng)有強(qiáng)而有力的控制能力，但對于過于復(fù)雜或難以精確描述的系統(tǒng)，則顯得無能為力。因此嘗試以模糊數(shù)學(xué)來處理這些控制問題。

如人工控制反應(yīng)釜的釜內(nèi)溫度經(jīng)驗(yàn)可以表達(dá)為：若釜內(nèi)溫度過高，則開大冷水閥；若溫度和要求的溫度相差不太大，則把水閥關(guān)小；若溫度快接近要求的溫度，則把閥門關(guān)得很小。這些經(jīng)驗(yàn)規(guī)則中，“較小”“不太大”“接近”“開大”“關(guān)小”“關(guān)得很小”等表示溫度狀態(tài)和控制閥門動(dòng)作的概念都帶有模糊性。這些規(guī)則的形式正是模糊條件語句的形式，可以用模糊數(shù)學(xué)的方法來描述過程變量和控制作用的這些模糊概念及它們之間的關(guān)系，又可以根據(jù)這種模糊關(guān)系及某時(shí)刻過程變量的檢測值（需化成模糊語言值）用模糊邏輯推理的方法得出此刻的控制量。這正是模糊控制的基本思路。

模糊控制理論發(fā)展至今，模糊邏輯推理的方法大致可分為3種，第一種依據(jù)模糊關(guān)系的合成法則；第二種依據(jù)模糊邏輯的推論法簡化而成；第三種和第一種相類似，只是其后件部分改由一般的線性式組成。

由于模糊控制器的模型不是由數(shù)學(xué)公式表達(dá)的數(shù)學(xué)模型，而是由一組模糊條件語句構(gòu)成的語言形式，因此從這個(gè)角度上講，模糊控制器又稱模糊語言控制器。模糊控制器的模型是由帶有模糊性的有關(guān)控制人員和專家的控制經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)組成的知識(shí)模型，是基于知識(shí)的控制，因此，模糊控制屬于智能控制的范疇。

可以說，模糊控制是以人的控制經(jīng)驗(yàn)作為控制的知識(shí)模型，以模糊集合、模糊語言變量以及模糊邏輯推理作為控制算法的數(shù)學(xué)工具，用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)的一種智能控制。

1 模糊控制系統(tǒng)的組成

模糊控制系統(tǒng)的基本原理圖如圖1所示。其中的核心部分為模糊控制器，由于模糊控制器的控制規(guī)則是根據(jù)操作人員的控制經(jīng)驗(yàn)取得的，所以它的作用就是模仿人工控制。模糊控制器的控制規(guī)律由計(jì)算機(jī)的程序?qū)崿F(xiàn)。其功能的實(shí)現(xiàn)是要先把計(jì)算機(jī)觀測控制過程得到的精確量轉(zhuǎn)化為模糊輸入信息，按照總結(jié)人的控制經(jīng)驗(yàn)及策略取得的語言控制規(guī)則進(jìn)行模糊推理和模糊決策，再經(jīng)去模糊化處理得到輸出控制的精確量，求得輸出控制量的模糊集作用于被控對象。因此，控制器的結(jié)構(gòu)通常是由它的輸入和輸出變量的模糊化、模糊推理算法、模糊合成和模糊判決等部分組成。

2 模糊控制器的設(shè)計(jì)原理

模糊控制器結(jié)構(gòu)如圖2所示。模糊控制器主要由模糊化、模糊推理和模糊決策（反模糊化）3部分組成。模糊控制器的輸入是實(shí)際量，經(jīng)模糊化后轉(zhuǎn)換成模糊輸入。根據(jù)輸入條件滿足的程度和控制規(guī)則進(jìn)行模糊推理得到模糊輸出。該模糊輸出經(jīng)過模糊判決（反模糊化）轉(zhuǎn)化成非模糊量用于過程的控制。

模糊控制器3部分的共同基礎(chǔ)是知識(shí)庫，它包含模糊化所用的隸屬函數(shù)、模糊推理的控制規(guī)則及反模糊化所用的公式。和常規(guī)控制方法比較，模糊控制有其明顯的優(yōu)越性。由于模糊控制實(shí)質(zhì)上是用計(jì)算機(jī)去執(zhí)行操作人員的控制策略，因而可以避開復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型。對于非線性、時(shí)變的大滯后及帶有隨機(jī)干擾的系統(tǒng)，由于數(shù)學(xué)模 型難以建立，因而常規(guī)控制方法也就失效；而對這樣的系統(tǒng)，設(shè)計(jì)一個(gè)模糊控制器卻沒有多大困難。

3 小結(jié)

模糊控制的精度受到量化等級的制約。另外，對于普通的模糊控制而言，它類似于比例微分的控制方式，還有一個(gè)非零的穩(wěn)態(tài)誤差，屬于有差調(diào)節(jié)。如果將PID控制技術(shù)和它結(jié)合起來，取長補(bǔ)短，發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，就能取得更好的控制效果。