胡茹

摘 要：本文章在查閱現(xiàn)有文獻(xiàn)的基礎(chǔ)之上，簡(jiǎn)要介紹了模糊控制的起源、發(fā)展、基本概念、基本原理和部分典型應(yīng)用，對(duì)于了解模糊控制具有較好的參考意義。

關(guān)鍵詞：模糊控制；原理；應(yīng)用

模糊控制起源于60 年代的美國(guó)，由加利福尼亞大學(xué)的L.A.Zaoleh 教授提出的模糊數(shù)學(xué)理論發(fā)展而來(lái)。[1]由于模糊控制具有精確數(shù)學(xué)模型依賴性弱、魯棒性強(qiáng)、有較強(qiáng)的容錯(cuò)能力、易于通過(guò)人的自然語(yǔ)言進(jìn)行人機(jī)界面聯(lián)系等特點(diǎn)，受到了學(xué)術(shù)界研究人員的廣泛關(guān)注，在上世紀(jì)八十年代后期得到了迅速發(fā)展，取得了眾多的研究成果，其被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療、經(jīng)濟(jì)、軍事等部門，甚至在城市垃圾焚燒、家用電器行業(yè)等方面得到了應(yīng)用，并相應(yīng)地取得了廣泛有益的應(yīng)用效果。

1 模糊控制基本概念

我們通常所說(shuō)的模糊控制，其實(shí)也就是一種控制的方法，它是基于應(yīng)用模糊集合、模糊語(yǔ)言變量及模糊邏輯推理等一系列有關(guān)模糊知識(shí)來(lái)模擬具有思維能力的人的模糊思維方法，用以計(jì)算機(jī)功能輔助來(lái)實(shí)現(xiàn)或人思維相同的控制。這種模糊控制理論就是以模糊集合、模糊語(yǔ)言變量和模糊邏輯為最基本的理論基礎(chǔ)，用最為簡(jiǎn)便易懂的數(shù)學(xué)邏輯運(yùn)算形式而直接表達(dá)人的判斷、思維過(guò)程。[2]

在模糊控制現(xiàn)實(shí)理論應(yīng)用中，用來(lái)描述模糊量的基礎(chǔ)是模糊集合，模糊控制器的研究和設(shè)計(jì)以及應(yīng)用是模糊控制的最高境界。模糊控制器必須得以客觀實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中的精確量來(lái)實(shí)現(xiàn)并相互進(jìn)行海量信息的基本交換，或者說(shuō)輸出的模糊控制量要想實(shí)現(xiàn)控制其被控制的對(duì)象時(shí)，就必須要完成環(huán)境中的精確量和模糊量相互轉(zhuǎn)換這個(gè)核心難題，只有這樣完成了環(huán)境中的精確量和模糊量相互轉(zhuǎn)換后才能使精確量在模糊控制器中充分得到正確無(wú)誤快算有效處理。同時(shí)，還可以向控制對(duì)象提供及其精確的控制輸出變量，以此來(lái)達(dá)到控制對(duì)象的目的。在我們學(xué)習(xí)的模糊控制理論中，另一個(gè)問(wèn)題就是，在應(yīng)用過(guò)程中模糊控制器控制中按正確形式輸入模糊量以后，它又是以哪一種機(jī)理產(chǎn)生如此恰當(dāng)?shù)哪：刂戚敵隽康哪?？這個(gè)問(wèn)題的解決依賴于模糊控制器的推理形式、準(zhǔn)確程度及其速度和具體的推理算法等一系列的因素。

2 模糊控制基本原理[3]

下圖1是一般模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，它的主要核心控制部分是系統(tǒng)中的模糊控制器，而在我們所談到的模糊控制中，其機(jī)理就是通過(guò)系統(tǒng)中的模糊控制器體現(xiàn)出來(lái)的，而模糊控制器本身的思維就是來(lái)自于生產(chǎn)實(shí)踐中需要對(duì)被控對(duì)象動(dòng)作、思維、推理速度等一系列動(dòng)作或其他類似思維的控制，模糊控制器它對(duì)被控制對(duì)象的控制，其依據(jù)是來(lái)自人類對(duì)生活中或生產(chǎn)實(shí)際運(yùn)用等模糊控制所積累的經(jīng)驗(yàn)或?qū)嶋H需求理念并表現(xiàn)出來(lái)的模糊控制語(yǔ)句等描述形式。在模糊控制編程的語(yǔ)句中，不能缺少的是人類對(duì)現(xiàn)實(shí)環(huán)境的模糊檢測(cè)以及對(duì)被控制對(duì)象的模糊執(zhí)行命令，并通過(guò)計(jì)算機(jī)一系列運(yùn)算，最終去執(zhí)行完成上述需要完成的命令。

模糊控制器的核心在于模糊化處理、邏輯推理和反模糊化處理模塊，模糊控制器的核心結(jié)構(gòu)如圖2所示。

模糊控制器其結(jié)構(gòu)由模糊化處理模塊、反模糊化處理模塊、知識(shí)庫(kù)和規(guī)則庫(kù)組成。其特征在于：（a）模糊化處理功能模塊完成對(duì)被控制的對(duì)象其有關(guān)輸出狀態(tài)的精確量向?qū)?yīng)的模糊量轉(zhuǎn)換；（b）用以存儲(chǔ)的知識(shí)庫(kù)用的計(jì)算機(jī)應(yīng)該要把應(yīng)用于模糊控制方面的知識(shí)庫(kù)內(nèi)的相關(guān)內(nèi)容存儲(chǔ)在其內(nèi)部，以備于知識(shí)模糊控制器在邏輯推理時(shí)檢索或應(yīng)用。本模糊控制裝置中知識(shí)庫(kù)是由數(shù)據(jù)庫(kù)和語(yǔ)言控制規(guī)則庫(kù)兩者構(gòu)成，數(shù)據(jù)庫(kù)就是一個(gè)隸屬的函數(shù)集合，而語(yǔ)言控制規(guī)則庫(kù)也就是我們?nèi)粘ＭǔＫf(shuō)的模糊控制規(guī)則庫(kù)；

（c）推理機(jī)功能模塊。它就是模糊控制器最為核心的功能模塊，模糊控制器它將用來(lái)模擬人類的一些決策能力、思維能力等來(lái)進(jìn)行模糊決策；（d）反模糊處理模塊，它的主要作用就是把模糊控制器執(zhí)行以后的決策，所產(chǎn)生的那些模糊控制量轉(zhuǎn)換成合理的精確的控制量。

模糊控制器它的工作過(guò)程為：首先是將模糊量和模糊控制規(guī)則存儲(chǔ)到知識(shí)庫(kù)內(nèi)，然后向模糊化處理模塊提供模糊量的隸屬函數(shù)形態(tài)。其次是，模糊化處理模塊在接收到外部的精確量輸入后，將其轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的模糊量及隸屬度。再就是，知識(shí)庫(kù)也向反模糊化模塊轉(zhuǎn)換接口提供模糊量的隸屬函數(shù)形態(tài)，反模糊化處理模塊根據(jù)輸出的模糊量及隸屬度，轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的精確控制量。知識(shí)庫(kù)向推理機(jī)中的決策邏輯模塊提供控制規(guī)則，然后由決策邏輯模塊執(zhí)行其推理過(guò)程，推斷并對(duì)外輸出控制的模糊量。

3 模糊控制的典型應(yīng)用介紹

模糊控制以其眾多的優(yōu)良特性被廣泛應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)、生活等眾多領(lǐng)域，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益，其應(yīng)用研究與應(yīng)用案例眾多。

文獻(xiàn)[4]作者在原有模糊控制的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了作用于模糊子集的推理及其運(yùn)用方法，逐步的將該模糊子集的推理方法與現(xiàn)有的成熟的單片機(jī)數(shù)字邏輯運(yùn)算等特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，因此就有了作者前面所提出的基于作用于模糊子集推理的單片機(jī)模糊控制理論及其工作原理，并在此基礎(chǔ)上研制完成了對(duì)80C552型單片機(jī)模糊控制器的開發(fā)及應(yīng)用，最終是以熱工系統(tǒng)作為被控對(duì)象，并通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集整理計(jì)算，終究在研究人員大量數(shù)據(jù)佐證下正確驗(yàn)證了所研發(fā)的模糊控制器當(dāng)初提出的研究目的是有效的。

文獻(xiàn)[5]將模糊控制技術(shù)同樣也可以應(yīng)用于供水系統(tǒng)，基于模糊控制技術(shù)技術(shù)人員設(shè)計(jì)出了有關(guān)自調(diào)整修正因子的Fuzzy-PID控制器，克服了傳統(tǒng)PID控制設(shè)計(jì)中參數(shù)調(diào)整困難的問(wèn)題，并通過(guò)變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)了供水系統(tǒng)恒壓控制。實(shí)驗(yàn)證明，該系統(tǒng)可取代高位水塔和直接水泵加壓等傳統(tǒng)供水模式，具有明顯的節(jié)能效果和穩(wěn)定的控制性能。

4 結(jié)語(yǔ)

本文簡(jiǎn)要描述了模糊控制的起源、發(fā)展過(guò)程以及其工作過(guò)程和典型的應(yīng)用領(lǐng)域。由于模糊控制不完全依賴精確的數(shù)學(xué)模型，適用性廣泛，控制原則改變?nèi)菀椎葍?yōu)點(diǎn)，使其極容易進(jìn)行廣泛應(yīng)用。我們有理由相信，在自動(dòng)化相關(guān)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，模糊控制以其眾多的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，必定能得到更為廣泛的應(yīng)用，也會(huì)受到更多控制工作者的青睞。

參考文獻(xiàn)：

[1]張麗香，牛昱光.模糊控制淺談[J].自動(dòng)化博覽，1994（4）：25-26.

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[3]吳再華，尹立賢.模糊控制系統(tǒng)原理及應(yīng)用淺析[M].蘭州文理學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，22（1）：91-94.

[4]張吉禮，歐進(jìn)萍，孫德興.基于作用模糊子集推理的單片機(jī)模糊控制實(shí)現(xiàn)原理及其應(yīng)用[J].控制理論與應(yīng)用，2001，18（4）：576-580

[5]張吉禮，孫德興，歐進(jìn)萍.模糊控制技術(shù)在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].電氣傳動(dòng)自動(dòng)化，2003，25（6）：16-17.