模糊控制技術概況課件

6.1模糊控制技術概況

6.1.1模糊控制技術的起源與特點

傳統(tǒng)的自動控制控制器的綜合設計都要建立在被控對象準確的數(shù)學模型(即傳遞函數(shù)模型或狀態(tài)空間模型)的基礎上，但是在實際中，很多系統(tǒng)的影響因素很多，油氣混合過程、缸內燃燒過程等)，很難找出精確的數(shù)學模型。這種情況下，模糊控制的誕生就顯得意義重大。因為模糊控制不用建立數(shù)學模型不需要預先知道過程精確的數(shù)學模型。第六章模糊控制技術6.1模糊控制技術概況

6.1.1模糊控制技術的起源與1模糊邏輯控制(FuzzyLogicControl)簡稱模糊控制(FuzzyControl)，是以模糊集合論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎的一種計算機智能數(shù)字控制技術。1965年，美國的L.A.Zadeh創(chuàng)立了模糊集合論；1973年他給出了模糊邏輯控制的定義和相關的定理。1974年，英國的E.H.Mamdani首先用模糊控制語句組成模糊控制器，并把它應用于鍋爐和蒸汽機的控制，在實驗室獲得成功。這一開拓性的工作標志著模糊控制論的誕生。模糊邏輯控制(FuzzyLogicControl)簡稱模2模糊控制技術具有如下特點：1、無須知道被控對象精確的數(shù)學模糊，對多輸入多輸出、時變及滯后等復雜系統(tǒng)都能進行控制，它的實現(xiàn)主要依賴模糊規(guī)則庫，且從工業(yè)過程的定性認識出發(fā)，

較

容易建立語言變量控制規(guī)則。2、是一種反映人類智慧思維的智能控制。模糊控制采用人類思維中的模糊量，如：“高”、“中”、“大”、“小”等，使得控制機理和控制策略易于理解和接受，設計

簡單，便于維護和推廣。模糊控制技術具有如下特點：33、構造容易。用單片機、PLC等來構造模糊控制系統(tǒng)，其結構與一般數(shù)字控制系統(tǒng)無異，而且隨著模糊控制系統(tǒng)軟硬件的發(fā)展，模糊控制系統(tǒng)的設計變得越來越簡單，成

本也越來越低。4、系統(tǒng)魯棒性強，尤其適用于非線性、時變、滯后系統(tǒng)的控制。

然而，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，還有一個非零的穩(wěn)態(tài)誤差，屬于有差調節(jié)。如果將PID控制技術和它結合起來，取長補短，發(fā)揮兩者的優(yōu)勢就能取得更好的控制效果。3、構造容易。用單片機、PLC等來構造模糊控制系統(tǒng)，其結構與46.1.2模糊控制研究現(xiàn)狀模糊控制實質上是一種非線性控制，從屬于智能控制的范疇。模糊控制的一大特點是既具有系統(tǒng)化的理論，又有著大量實際應用背景。隨著計算機及其相關技術的發(fā)展，模糊控制也由最初的經典模糊控制發(fā)展到自適應模糊控制，專家模糊控制和基于神經網絡的自學習模糊控制。其實現(xiàn)方式也由最初在微型機（單片機）上用軟件方法實現(xiàn)發(fā)展到應用模糊控制開發(fā)出模糊計算機進行直接控制。近20多年來，模糊控制不論從理論上還是技術上都有了長足的進步，成為自動控制領域中一個非?；钴S而又碩果累累的分支。其典型應用的例子涉及生產和生活的許多方面，例如在家用電器設備中有模糊洗衣機、空調、微波爐、吸塵器、照相機和攝錄機等；在工業(yè)控制領域中有水凈化處理、發(fā)酵過程、化學反應釜、水泥窯爐等的模糊控制；在專用系統(tǒng)和其它方面有地鐵靠站停車、汽車駕駛、電梯、自動扶梯、蒸汽引擎以及機器人的模糊控制等。6.1.2模糊控制研究現(xiàn)狀5將模糊集合理論運用于自動控制而形成的模糊控制理論，在近年來得到了迅速的發(fā)展，其原因在于對那些時變的非線性的復雜系統(tǒng)，當無法獲得精確的數(shù)學模型的時候，利用具有智能的模糊控制器能給出有效的控制。例如，在煉鋼，化工，人文系統(tǒng)，經濟系統(tǒng)以及醫(yī)學心理系統(tǒng)中，要得到正確而且精密的數(shù)學模型是相當困難的。對于這些系統(tǒng)卻具有大量的以定性的形式表示的極其重要的先驗信息，以及僅僅用語言規(guī)定的性能指標。同時，要求過程的操作人員是系統(tǒng)的基本組成部分等。所有這些都是一種不精確性，應用一般的控制理論是很難實現(xiàn)控制的，但是，這類系統(tǒng)由人來控制卻往往容易做到。這是因為過程操作人員的控制方法是建立在直觀的和經驗的基礎上，他們憑借實踐積累的經驗，采取適當?shù)膶Σ咄瓿煽刂迫蝿?，于是，人們把操作人員的控制經驗歸納成定性描述的一組條件語句，然后運用模糊集合理論將其定量化，使控制器得以接受人的經驗，模仿人的操作策略，這樣就產生了以模糊集合理論為基礎的模糊控制器。模糊控制理論的提出是控制思想的一次深刻的變革，它標志著人工智能發(fā)展到了一個新的階段。將模糊集合理論運用于自動控制而形成的模糊控制理論，在近年來得66.1.3模糊控制發(fā)展趨勢

模糊控制仍然是一個充滿爭議的領域。由于它的發(fā)展歷史還不長，理論上的系統(tǒng)性和完善性，技術上的成熟性和規(guī)范性都還是不夠的，有待人們的進一步提高。目前，國內外眾多專家學者圍繞著這些問題展開了廣泛的研究，取得了一定的階段性成果。未來模糊控制的發(fā)展大致有以下幾個方向：(1)復合模糊控制器。(2)和各種智能優(yōu)化算法相結合的模糊控制。(3)專家模糊控制。(4)多變量模糊控制。(5)很多公開發(fā)表的文獻對所設計模糊控制器的穩(wěn)定性及魯棒性分析采用仿真實驗的方法,而采用理論分析的較少。6.1.3模糊控制發(fā)展趨勢

模糊控制仍然是一個充滿爭議的領76.2模糊控制技的應用模糊控制作為智能領域中最具有實際意義的一種控制方法，已經滲入到工業(yè)控制領域、家用電器自動化領域和玩具等多個行業(yè)。世界上第一款運用模糊控制技術設計研發(fā)制造的人性化智能玩具——皮皮熊為玩具行業(yè)的結構調整提供了示范，為玩具業(yè)的發(fā)展開拓了一條新路。6.2模糊控制技的應用8所謂機器人的模糊控制是指對機器人控制時采用自然語言描述的模糊指令集，并以模糊指令的有序集合作為模糊控制算法。例如，1976年日本大阪大學田中研究室的三位學者對一個機