常用的幾種模糊控制器

1、常用的幾種模糊控制器l模糊控制利用隸屬度函數(shù)和模糊合成法則等思想，模糊控制利用隸屬度函數(shù)和模糊合成法則等思想，巧妙地綜合了人們的直覺經(jīng)驗。從而在其他經(jīng)典控巧妙地綜合了人們的直覺經(jīng)驗。從而在其他經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論不太奏效的場合，能夠?qū)崿F(xiàn)制理論和現(xiàn)代控制理論不太奏效的場合，能夠?qū)崿F(xiàn)較滿意的控制。較滿意的控制。l模糊控制必須具有較完善的控制規(guī)則，但模糊控制模糊控制必須具有較完善的控制規(guī)則，但模糊控制綜合定量知識的能力較差。一張較理想的模糊控制綜合定量知識的能力較差。一張較理想的模糊控制表必須通過反復(fù)精心整定才能投入使用。對于某些表必須通過反復(fù)精心整定才能投入使用。對于某些復(fù)雜的工業(yè)過程，有時

2、難以總結(jié)出較完整的經(jīng)驗。復(fù)雜的工業(yè)過程，有時難以總結(jié)出較完整的經(jīng)驗。l量化因子和比例因子的選擇也影響著整個系統(tǒng)的品量化因子和比例因子的選擇也影響著整個系統(tǒng)的品質(zhì)，并且當(dāng)對象動態(tài)特性發(fā)生變化，或者受到隨機(jī)質(zhì)，并且當(dāng)對象動態(tài)特性發(fā)生變化，或者受到隨機(jī)干擾的影響都會影響模糊控制的效果。以上問題都干擾的影響都會影響模糊控制的效果。以上問題都將導(dǎo)致模糊控制器存在一些缺陷。將導(dǎo)致模糊控制器存在一些缺陷。 l這主要是由于模糊控制表的級別有限而造成，通過增加量化等級數(shù)目雖可提高精度，但查詢表將過于龐大。須占用較大空間使運(yùn)算時間增加。實際上如果模糊控制器中不引入積分機(jī)制，原則上總是存在誤差的。因為它本身就是根據(jù)

3、誤差的大小和變化來實現(xiàn)控制的 l由于簡單模糊控制器中查詢表一旦整定下來后，就不再改變，量化因子和比例因子也是如此。這樣當(dāng)對象參數(shù)隨著環(huán)境的變遷發(fā)生漂移時，它不能對自己的控制規(guī)則進(jìn)行有效的調(diào)整，從而使其良好性能得不到充分發(fā)揮。l如果查詢表構(gòu)造不合理或量化因子和比例因子選擇不當(dāng)，都會導(dǎo)致振蕩。在仿真過程中，特別是系統(tǒng)進(jìn)入誤差的零檔級時產(chǎn)生高頻振蕩現(xiàn)象更為普遍。 l模糊控制與PID控制結(jié)合l帶有修正因子的自尋優(yōu)模糊控制器l語言變量基本論域量化曲線自調(diào)整控制器設(shè)計l自適應(yīng)模糊控制l常規(guī)PID(比例、積分、微分)控制是過程控制中應(yīng)用最廣泛最基本的一種控制方式，它具有簡單、穩(wěn)定性好、可靠性高的特點。而PI

4、D控制對大部分工業(yè)控制對象，特別是對于線性定常系統(tǒng)的控制是非常有效的，通常都能取得較為滿意的控制效果。PID控制的控制品質(zhì)取決于PID控制器各個參數(shù)的整定，但常規(guī)PID控制器不能在線整定參數(shù)。而且對于非線性、時變的復(fù)雜系統(tǒng)和模型不清的系統(tǒng)，就不能很好地加以控制。l簡單模糊控制器由于不具有積分環(huán)節(jié)，因而在模糊控制的系統(tǒng)中很難完全消除穩(wěn)態(tài)誤差，而且在變量分級不夠多的情況下，常常在平衡點附近會有小的振蕩現(xiàn)象。但是模糊控制系統(tǒng)對復(fù)雜的和模型不清的對象卻能有效地加以控制，所以把模糊控制和PID控制結(jié)合起來，就可以組成兼有兩者優(yōu)點的模糊PID控制方法。lFuzzyPID復(fù)合控制方法的出發(fā)點主要是因為模糊控

5、制器本身消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的性能比較差，難以達(dá)到較高的控制精度和較好的跟蹤性能。要提高模糊控制器的精度和跟蹤性能，就必須對語言變量取更多的語言值，但同時增加了推理規(guī)則的數(shù)量和增大了計算量，不能滿足實時控制的要求。lPI調(diào)節(jié)器的積分作用從理論上可使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差控制為零，有著很好的消除穩(wěn)態(tài)誤差的作用。當(dāng)誤差在某一個閾值以外時，可采用PI控制，以提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)態(tài)性能；l當(dāng)誤差在閾值以內(nèi)時，采用模糊控制可以提高系統(tǒng)的阻尼性能，減小超調(diào)，獲得更好的瞬態(tài)性能。l這種模糊控制與PI控制相結(jié)合的控制方式稱為模糊-PI雙?？刂疲浣Y(jié)構(gòu)如下圖所示。l該系統(tǒng)的控制作用是模糊控制器的控制作用和I調(diào)節(jié)器控制作用

6、的和，這相當(dāng)于一個具有變參數(shù)的比例微分控制作用和不變參數(shù)的積分控制作用的PID調(diào)節(jié)器。l對這種形式的控制方案實驗研究表明，它比單個的模糊控制器和單個的PID調(diào)節(jié)器均有更好的控制性能。l利用模糊控制規(guī)則，并根據(jù)不同的誤差情況，在線自整定(自校正、自調(diào)整) PID控制器的參數(shù)，可組成模糊自整定參數(shù)PID控制。l當(dāng)誤差較大時，應(yīng)取較大的Kp和較小的Kd，以使系統(tǒng)有較短的響應(yīng)時間，同時為了避免響應(yīng)出現(xiàn)較大的超調(diào)應(yīng)對積分作用加以限制，通常是去掉積分作用，即取Ki0；l當(dāng)誤差中等時，應(yīng)取較小的Kp，以使系統(tǒng)具有較小的超調(diào)，Kd和Ki的取值要適當(dāng)；l當(dāng)誤差較小時，應(yīng)取較大的Kp和Ki，以使系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)態(tài)

7、性能，同時為避免系統(tǒng)在設(shè)定值附近出現(xiàn)振蕩，Kd的取值要適當(dāng)。l修正因子l控制規(guī)則：l尋優(yōu)指標(biāo)函數(shù)l尋優(yōu)規(guī)則：優(yōu)選修正因子使指標(biāo)函數(shù)達(dá)到最小)()(tdtetJCEEUii)1 (l修正因子的自尋優(yōu)方法可以應(yīng)用于被控過程模型不精確且控制規(guī)則不完善的系統(tǒng)。應(yīng)用中可選擇一個初始控制規(guī)則，然后再依一定指標(biāo)函數(shù)優(yōu)化修正因子，最終得到在該指標(biāo)下的一組優(yōu)化控制規(guī)則。l當(dāng)被控過程參數(shù)發(fā)生變化時，也可通過在線自調(diào)整，獲得適應(yīng)于變化參數(shù)后的優(yōu)化控制規(guī)則。l量化曲線yf(x)是指語言變量y在其基本論域L，+L內(nèi)的數(shù)量值yi(i=1，2，l)和其論域元素xj(j0,l，m)之間的函數(shù)關(guān)系曲線。量化曲線yf(x)的形狀

8、是可以選擇的，不一定是線性的。非線性量化曲線非線性量化曲線l控制器在控制器在E較大時對過程粗調(diào)，在較大時對過程粗調(diào)，在E較小較小時對過程細(xì)調(diào)，從而達(dá)到防止出現(xiàn)過大時對過程細(xì)調(diào)，從而達(dá)到防止出現(xiàn)過大的超調(diào)和要求的控制精度，表明改變量的超調(diào)和要求的控制精度，表明改變量化曲線形狀具有改變控制器規(guī)則的功能?；€形狀具有改變控制器規(guī)則的功能。因此非線性的量化曲線設(shè)計通常被采用。因此非線性的量化曲線設(shè)計通常被采用。l改變量化曲線形狀由于不直接改變控制改變量化曲線形狀由于不直接改變控制規(guī)則，故具有較好的實時性和自學(xué)習(xí)功規(guī)則，故具有較好的實時性和自學(xué)習(xí)功能。能。l自適應(yīng)模糊控制就是它能自動地對模糊控制規(guī)則進(jìn)

9、行修改、改進(jìn)和完善，以提高控制系統(tǒng)的性能。已經(jīng)知道，模糊控制器控制質(zhì)量的好壞主要取決于模糊控制規(guī)則的設(shè)定，對于不太復(fù)雜而難于建立數(shù)學(xué)模型的系統(tǒng)，在專家力所能及的情況下，可以利用專家的知識和經(jīng)驗制定模糊控制規(guī)則。但是不同的專家對同一個被控系統(tǒng)所具有的經(jīng)驗并不相同，通過總結(jié)歸納操作人員和領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗來建立模糊控制器的規(guī)則很難完美無缺，一下子就能滿足控制要求，況且如果對于那些非線性、大時滯、高階、時變的復(fù)雜被控對象，以及環(huán)境的不斷變化或者嚴(yán)重的隨機(jī)干擾，根本達(dá)不到滿意控制效果。在這種情況下，自適應(yīng)模糊控制器有著更好的控制性能。 其思想是通過性能測量環(huán)節(jié)測量實際輸出特性與希望特性的誤差，以確定輸出響應(yīng)的校正量?？刂屏啃Ｕh(huán)節(jié)將輸出響應(yīng)的校正量轉(zhuǎn)換為對控制量的校正量?？刂埔?guī)則修正環(huán)節(jié)修改模糊控制器的控制規(guī)則，這樣也就實現(xiàn)了