模糊控制文獻(xiàn)報(bào)告.doc

模糊控制文獻(xiàn)閱讀報(bào)告1、前言模糊控制（fuzzy control）是以模糊集合理論、模糊語(yǔ)言變量和模糊控制邏輯推理為基礎(chǔ)的一種智能控制方法1，從行為上模擬人的思維方式，對(duì)難建模的對(duì)象實(shí)施模糊推理和決策的一種控制方法。模糊控制以現(xiàn)代控制理論為基礎(chǔ)，同時(shí)與自適應(yīng)控制技術(shù)、人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的相結(jié)合，在控制領(lǐng)域得到了空前的應(yīng)用，如模糊控制在工業(yè)控制領(lǐng)域、電力系統(tǒng)、家用電器自動(dòng)化等領(lǐng)域中解決了很多的問(wèn)題，引起了越來(lái)越多的工程技術(shù)人員的興趣。模糊控制方法是智能控制的重要組成部分，本文簡(jiǎn)要回顧了模糊控制理論的發(fā)展，介紹了模糊控制理論的原理以及其分類(lèi)，分析了模糊控制理論的優(yōu)缺點(diǎn)以及模糊控制需要完善或繼續(xù)研究的內(nèi)容。2、模糊控制概述 2模糊控制實(shí)質(zhì)上是一種非線性控制，從屬于智能控制的范疇，模糊控制方法是當(dāng)今世界最先進(jìn)的控制方法之一。模糊控制的發(fā)展最初在西方遇到了較大的阻力；然而在東方尤其是在日本，卻得到了迅速而廣泛的推廣應(yīng)用。近20多年來(lái)，模糊控制不論從理論上還是技術(shù)上都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，成為自動(dòng)控制領(lǐng)域中一個(gè)非?；钴S而又碩果累累的分支。其典型應(yīng)用的例子涉及生產(chǎn)和生活的許多方面，例如在家用電器設(shè)備中有模糊洗衣機(jī)、空調(diào)、微波爐、吸塵器、照相機(jī)和攝錄機(jī)等；在工業(yè)控制領(lǐng)域中有水凈化處理、發(fā)酵過(guò)程、化學(xué)反應(yīng)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(chē)、汽車(chē)駕駛、電梯、自動(dòng)扶梯、蒸汽引擎以及機(jī)器人的模糊控制等。2.1、國(guó)內(nèi)外概況 1965 年，美國(guó)加利福尼亞大學(xué)L .A .Zadeh 教授在他的fuzzyset中首先提出了模糊數(shù)學(xué)的概念，隨后于1972提出“A rationale for Fuzzy Control”即模糊控制理論的概念，隨之，模糊控制理論及其應(yīng)用也迅速發(fā)展起來(lái)。1974 年，e.h.mamdan 首先用模糊控制語(yǔ)句組成模糊控制器，對(duì)一個(gè)試驗(yàn)性的蒸汽機(jī)使用了24 條“if a then b then c”形式的語(yǔ)言規(guī)則實(shí)現(xiàn)了控制。1975-1976 年，荷蘭、丹麥等國(guó)家在工業(yè)過(guò)程中應(yīng)用了模糊控制，取得了滿意的成果。1975 年英國(guó)的p.j.king 和e.h.mamdani 將模糊控制系統(tǒng)應(yīng)用于工業(yè)反應(yīng)過(guò)程的溫度控制。1983 年，日本日立制造廠系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研究所的安信等人，用預(yù)測(cè)模糊控制方法對(duì)電氣鐵路列車(chē)的運(yùn)行和停止進(jìn)行控制。日本富士電機(jī)公司、明電舍公司、立石電機(jī)公司分別在1987 年-1989年生產(chǎn)出通用模糊控制器及相應(yīng)的控制軟件。目前模糊控制技術(shù)日趨成熟和完善，模糊芯片也己研制成功。我國(guó)學(xué)者在此領(lǐng)域也付出了巨大的努力，取得了豐碩的成果。糊控制從1974年到現(xiàn)在，模糊控制的發(fā)展經(jīng)歷了兩個(gè)階段，即簡(jiǎn)單模糊控制階段和自我完善模糊控制階段。簡(jiǎn)單模糊控制階段指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上把控制器上的推理過(guò)程處理成控制表，這種模糊控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但不靈活，自適應(yīng)能力和魯棒性有限，控制精度不高；自我完善模糊控制階段指具有參數(shù)自調(diào)整、自組織和自學(xué)習(xí)功能的模糊控制器，這樣使模糊控制系統(tǒng)的性能得到了很大的提高。2.2、模糊控制的原理 2模糊控制的總體思想是基于專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，模仿人類(lèi)對(duì)于模糊現(xiàn)象進(jìn)行不精確決策推理的能力，采用數(shù)學(xué)方法對(duì)系統(tǒng)實(shí)施控制。模糊控制實(shí)質(zhì)上是一種非線性控制，模糊控制算法的工作過(guò)程可以描述如下：微機(jī)通過(guò)中斷采樣獲取被控制量的精確值，并將此量與給定值比較得到一誤差信號(hào)e，把誤差信號(hào)e的精確量進(jìn)行模糊化后變成模糊量。誤差e的模糊量可用相應(yīng)的模糊語(yǔ)言表示，得到誤差e的模糊語(yǔ)言集合的一個(gè)子集e，再由e和模糊關(guān)系尺根據(jù)推理的合成規(guī)則進(jìn)行模糊決策，得到模糊控制量u，即u=er。2.3、模糊控制的分類(lèi) 3主要可以分為以下幾種：（1）Fuzzy-PID復(fù)合控制Fuzzy-PID復(fù)合控制將模糊技術(shù)與常規(guī)PID控制算法相結(jié)合，達(dá)到較高的控制精度。當(dāng)溫度偏差較大時(shí)采用Fuzzy控制，響應(yīng)速度快，動(dòng)態(tài)性能好；當(dāng)溫度偏差較小時(shí)采用PID控制，靜態(tài)性能好，滿足系統(tǒng)控制精度。因此它比單個(gè)的模糊控制器和單個(gè)的PID調(diào)節(jié)器都有更好的控制性能。（2）自適應(yīng)模糊控制這種控制方法具有自適應(yīng)自學(xué)習(xí)的能力，能自動(dòng)地對(duì)自適應(yīng)模糊控制規(guī)則進(jìn)行修改和完善，提高了控制系統(tǒng)的性能。對(duì)于那些具有非線性、大時(shí)滯、高階次的復(fù)雜系統(tǒng)有著更好的控制性能。（3）參數(shù)自整定模糊控制也稱為比例因子自整定模糊控制。這種控制方法對(duì)環(huán)境變化有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，在隨機(jī)環(huán)境中能對(duì)控制器進(jìn)行自動(dòng)校正，使得控制系統(tǒng)在被控對(duì)象特性變化或擾動(dòng)的情況下仍能保持較好的性能。（4）專家模糊控制EFC(Expert Fuzzy Controller)模糊控制與專家系統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步提高了模糊控制器智能水平。這種控制方法既保持了基于規(guī)則方法的價(jià)值和用模糊集處理帶來(lái)的靈活性，同時(shí)把專家系統(tǒng)技術(shù)的表達(dá)與利用知識(shí)的長(zhǎng)處結(jié)合起來(lái)，能夠處理更廣泛的控制問(wèn)題。（5）仿人智能模糊控制IC算法具有比例模式和保持模式兩種基本模式的特點(diǎn)。這兩種特點(diǎn)使得系統(tǒng)在誤差絕對(duì)值變化時(shí)，可處于閉環(huán)運(yùn)行和開(kāi)環(huán)運(yùn)行兩種狀態(tài)。這就能妥善解決穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性的矛盾，較好地應(yīng)用于純滯后對(duì)象。（6）神經(jīng)模糊控制(Neuro-Fuzzy Control)這種控制方法以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，利用了模糊邏輯具有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)性知識(shí)表達(dá)能力，即描述系統(tǒng)定性知識(shí)的能力、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)大的學(xué)習(xí)能力以及定量數(shù)據(jù)的直接處理能力。（7）多變量模糊控制這種控制適用于多變量控制系統(tǒng)。一個(gè)多變量模糊控制器有多個(gè)輸入變量和輸出變量。2.4、模糊控制理論的優(yōu)缺點(diǎn) 3模糊控制理論的優(yōu)點(diǎn)主要有：（1）簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，特別適用于非線性、時(shí)變、模型不完全的系統(tǒng)；（2）利用控制法則來(lái)描述系統(tǒng)變量間的關(guān)系；（3）不用數(shù)值而用語(yǔ)言式的模糊變量來(lái)描述系統(tǒng)，模糊控制器不必對(duì)被控制對(duì)象建立完整的數(shù)學(xué)模式；（4）模糊控制器是一語(yǔ)言控制器，便于操作人員使用自然語(yǔ)言自然語(yǔ)言進(jìn)行人機(jī)對(duì)話；（5）模糊控制器是一種容易控制、掌握的較理想的非線性控制器，具有較佳的適應(yīng)性、強(qiáng)健性(Robustness)及較佳的容錯(cuò)性(Fault Tolerance)。模糊控制理論的優(yōu)點(diǎn)主要有：（1）模糊控制的設(shè)計(jì)尚缺乏系統(tǒng)性，這對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的控制是難以奏效的。難以建立一套系統(tǒng)的模糊控制理論，以解決模糊控制的機(jī)理、穩(wěn)定性分析、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法等一系列問(wèn)題；（2）如何獲得模糊規(guī)則及隸屬函數(shù)即系統(tǒng)的設(shè)計(jì)辦法，完全憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行；（3）信息簡(jiǎn)單的模糊處理將導(dǎo)致系統(tǒng)的控制精度降低和動(dòng)態(tài)品質(zhì)變差。若要提高精度就必然增加量化級(jí)數(shù)，導(dǎo)致規(guī)則搜索范圍擴(kuò)大，降低決策速度，甚至不能進(jìn)行實(shí)時(shí)控制；（4）如何保證模糊控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性即如何解決模糊控制中關(guān)于穩(wěn)定性和魯棒性問(wèn)題還有待解決。2.5、模糊控制的發(fā)展展望 4 5模糊控制作為智能領(lǐng)域中最具有實(shí)際意義的一種控制方法，已經(jīng)在工業(yè)控制領(lǐng)域，家用電器自動(dòng)化領(lǐng)域和其他很多行業(yè)中傳統(tǒng)控制方法無(wú)法或是難以解決的問(wèn)題取得了很好的成果。模糊控制的理論和應(yīng)用雖然已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，但是就目前的狀況看，尚缺乏重大的突破，因此模糊控制無(wú)論在理論和應(yīng)用上都有待于進(jìn)一步的研究和探討。3、總結(jié)本次閱讀報(bào)告簡(jiǎn)要回顧了模糊控制理論的發(fā)展，介紹了模糊控制理論的原理以及其分類(lèi)，分析了模糊控制理論的優(yōu)缺點(diǎn)以及對(duì)模糊控制的展望等。從模糊控制問(wèn)世至今，已經(jīng)經(jīng)歷了近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，各國(guó)在對(duì)模糊控制理論的研究中也取得了可喜的成就，但也避免不了問(wèn)題的產(chǎn)生，但相信在未來(lái)的發(fā)展中問(wèn)題會(huì)一步步的解決。4、參考文獻(xiàn)1