模糊邏輯與模糊控制技術(shù)的發(fā)展

1、模糊邏輯與模糊控制技術(shù)的發(fā)展寧廷群1 肖英輝1任惠英2 （1山東科技大學(xué) 機(jī)電學(xué)院 山東 青島 266510 2山東兗礦集團(tuán)機(jī)械制修廠 山東 鄒城 273500）The DDeveeloppmennt oofFFuzzzy LLogiic aand Fuzzzy Conntrool TTechhnollogyy摘要：針對(duì)對(duì)現(xiàn)代工工業(yè)控制制領(lǐng)域的的模糊控控制技術(shù)術(shù)的新發(fā)發(fā)展，綜綜合介紹紹了當(dāng)代代該領(lǐng)域域的基本本理論和和發(fā)展現(xiàn)現(xiàn)狀，展展望了未未來的發(fā)發(fā)展應(yīng)用用。關(guān)鍵詞：模模糊控制制；應(yīng)用用發(fā)展；自適應(yīng)應(yīng)控制。Abstrractt: Thhis papper inttrodducees tthe d

2、evveloopmeent of fuzzzy loggic andd fuuzzyy coontrrol tecchnoologgy iin mmodeern conntrool ddomaain, annd ddisccussses thee baasicc thheorry aand maiin ddeveeloppmennt iin iinteegraatioon. At lasst iit ggivees ssomee prrosppectts. Key wwordds: fuzzzy conntrool, devveloopmeent andd apppliicattionn, a

3、adapptivve cconttroll引言在現(xiàn)代工業(yè)業(yè)控制領(lǐng)領(lǐng)域，伴伴隨著計(jì)計(jì)算機(jī)技技術(shù)的突突飛猛進(jìn)進(jìn)，出現(xiàn)現(xiàn)了智能能控制的的新趨勢(shì)勢(shì)，即以以機(jī)器模模擬人類類思維模模式，采采用推理理、演繹繹和歸納納等手段段，進(jìn)行行生產(chǎn)控控制，這這就是人人工智能能。其中中專家系系統(tǒng)、模模糊邏輯輯和神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是是人工智智能的幾幾個(gè)重點(diǎn)點(diǎn)研究熱熱點(diǎn)。相相對(duì)于專專家系統(tǒng)統(tǒng)，模糊糊邏輯屬屬于計(jì)算算數(shù)學(xué)的的范疇，包包含有遺遺傳算法法，混沌沌理論及及線性理理論等內(nèi)內(nèi)容，它它綜合了了操作人人員的實(shí)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)，具有有設(shè)計(jì)簡簡單，易易于應(yīng)用用、抗干干擾能力力強(qiáng)、反反應(yīng)速度度快、便便于控制制和自適適應(yīng)能力力強(qiáng)等優(yōu)優(yōu)點(diǎn)。近近年來

4、，在在過程控控制、建建摸、估估計(jì)、辯辯識(shí)、診診斷、股股市預(yù)測(cè)測(cè)、農(nóng)業(yè)業(yè)生產(chǎn)和和軍事科科學(xué)等領(lǐng)領(lǐng)域得到到了廣泛泛應(yīng)用。為為深入開開展模糊糊控制技技術(shù)的研研究應(yīng)用用，本文文綜合介介紹了模模糊控制制技術(shù)的的基本理理論和發(fā)發(fā)展?fàn)顩r況，并對(duì)對(duì)一些在在電力電電子領(lǐng)域域的應(yīng)用用作了簡簡單介紹紹。模糊邏輯與與模糊控控制、模糊糊邏輯與與模糊控控制的概概念年年，加州州大學(xué)伯伯克利分分校的計(jì)計(jì)算機(jī)專專家ooftyy adeeh提出出“模糊邏邏輯”的概念念，其根根本在于于區(qū)分布布爾邏輯輯或清晰晰邏輯，用用來定義義那些含含混不清清，無法法量化或或精確化化的問題題，對(duì)于于馮諾依曼曼開創(chuàng)的的基于“真假假”推理機(jī)機(jī)制，以以及

5、因此此開創(chuàng)的的電子電電路和集集成電路路的布爾爾算法，模模糊邏輯輯填補(bǔ)了了特殊事事物在取取樣分析析方面的的空白。在在模糊邏邏輯為基基礎(chǔ)的模模糊集合合理論中中，某特特定事物物具有特特色集的的隸屬度度，他可可以在“是”和“非”之間的的范圍內(nèi)內(nèi)取任何何值。而而模糊邏邏輯是合合理的量量化數(shù)學(xué)學(xué)理論，是是以數(shù)學(xué)學(xué)基礎(chǔ)為為為根本本去處理理這些非非統(tǒng)計(jì)不不確定的的不精確確信息。模糊控制是是基于模模糊邏輯輯描述的的一個(gè)過過程的控控制算法法。對(duì)于于參數(shù)精精確已知知的數(shù)學(xué)學(xué)模型，我我們可以以用Beerd圖圖或者NNyquuistt圖來分分析家其其過程以以獲得精精確的設(shè)設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)。而對(duì)對(duì)一些復(fù)復(fù)雜系統(tǒng)統(tǒng)，如粒粒子反應(yīng)

6、應(yīng)，氣象象預(yù)報(bào)等等設(shè)備，建建立一個(gè)個(gè)合理而而精確的的數(shù)學(xué)模模型是非非常困難難的，對(duì)對(duì)于電力力傳動(dòng)中中的變速速矢量控控制問題題，盡管管可以通通過測(cè)量量得知其其模型，但但對(duì)于多多變量的的且非線線性變化化，起精精確控制制也是非非常困難難的。而而模糊控控制技術(shù)術(shù)僅依據(jù)據(jù)與操作作者的實(shí)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)和直觀觀推斷，也也依靠設(shè)設(shè)計(jì)人員員和研發(fā)發(fā)人員的的經(jīng)驗(yàn)和和知識(shí)積積累，它它不需要要建立設(shè)設(shè)備模型型，因此此基本上上是自適適應(yīng)的，具具有很強(qiáng)強(qiáng)的魯棒棒性。歷歷經(jīng)多年年發(fā)展，已已有許多多成功應(yīng)應(yīng)用模糊糊控制理理論的案案例，如如Ruttherrforrd，CCartter 和Ossterrgaaard分分別應(yīng)用用與冶金

7、金爐和熱熱交換器器的控制制裝置。2、分析方方法探討討工業(yè)控制系系統(tǒng)的穩(wěn)穩(wěn)定性是是探討問問題的前前提，由由于難以以對(duì)非線線性和不不統(tǒng)一的的描述，做做出判斷斷，因此此模糊控控制系統(tǒng)統(tǒng)的分析析方法的的穩(wěn)定性性分析一一直是一一個(gè)熱點(diǎn)點(diǎn)，綜合合近年來來各位學(xué)學(xué)者的發(fā)發(fā)表的論論文,目目前系統(tǒng)統(tǒng)穩(wěn)定性性分析有有以下集集中:1、 李普普亞諾夫夫法:基基于直接接法的離離散時(shí)間間(D-T)和和連續(xù)時(shí)時(shí)間模糊糊控制的的穩(wěn)定性性分析和和設(shè)計(jì)方方法,相相對(duì)而言言起穩(wěn)定定條件比比價(jià)保守守.2、滑動(dòng)變變結(jié)構(gòu)系系統(tǒng)分析析法3、圓穩(wěn)定定性判據(jù)據(jù)方法:利用扇扇區(qū)有界界非線性性概念,根據(jù)穩(wěn)穩(wěn)定判據(jù)據(jù)可推導(dǎo)導(dǎo)模糊控控制的穩(wěn)穩(wěn)定性.4

8、、POPPOV判判據(jù)5、其他方方法如關(guān)關(guān)系矩陣陣分析法法，超穩(wěn)穩(wěn)定理論論，相平平面法，矩矩陣不等等式或凸凸優(yōu)化法法，模糊糊穴穴映映射等，詳詳細(xì)資料料及有關(guān)關(guān)文獻(xiàn)很很多，在在此不再再一一贅贅述模糊控控制的設(shè)設(shè)置設(shè)計(jì)計(jì)模糊控制的的設(shè)計(jì)是是一個(gè)非非常復(fù)雜雜的過程程，一般般而言，采采取的設(shè)設(shè)計(jì)步驟驟和工具具比較規(guī)規(guī)范其其中模糊糊控制器器一般采采用專用用軟硬件件，通用用型的硬硬件芯片片在目前前市場(chǎng)上上比較多多，其中中主流產(chǎn)產(chǎn)品如下下表所示示而專專用ICC發(fā)展也也很迅速速，它把把專用IIC和軟軟件控制制器集成成在一起起模糊邏輯工工具和產(chǎn)產(chǎn)品產(chǎn)品制造商主要特征用于微控制制器的模模糊邏輯輯核模糊邏輯教教育軟件

9、件包Motolloraa公司用于68HHC055和688HC111的模模糊處理理核。包包含基于于模糊知知識(shí)的發(fā)發(fā)生器為為核產(chǎn)生生代碼對(duì)理解和使使用模糊糊邏輯，交交互式訓(xùn)訓(xùn)練工具具提供了了比較好好的介紹紹。運(yùn)行行于MSS Wiindoows環(huán)環(huán)境下，包包括的FFidee演示版版本NLX2330模糊糊控制器器ADS2330模糊糊微機(jī)開開發(fā)系統(tǒng)統(tǒng)NLX1110模糊糊樣本相相關(guān)器NLX1112模糊糊數(shù)據(jù)相相關(guān)器Neuraaloggix公公司（美美）8位數(shù)字輸輸入輸出出、166位模糊糊器、664個(gè)規(guī)規(guī)則，每每秒處理理30000萬條條規(guī)則PC-兼容容機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)，使用用NLXX2300，具有有模擬和和數(shù)字輸輸

10、入輸出出接口相關(guān)8個(gè)11MB的的樣本，可可以擴(kuò)展展到2556個(gè)nn-biit樣本本完成樣本匹匹配和串串行數(shù)據(jù)據(jù)流水作作業(yè)CubiccalccCubiccalcc ruun-ttimee soourcce CCodeeCubiccalcc Cubiccalcc-RTTCHygoeerloogicc開發(fā)模糊邏邏輯應(yīng)用用的軟件件，在MMS WWinddowss的2886或者者更高的的微機(jī)上上運(yùn)行仿仿真模糊糊和非模模糊系統(tǒng)統(tǒng)包括Cubbicaalc-RTCC和基于于PC的的硬件用用于模擬擬和數(shù)字字輸入輸輸出接口口產(chǎn)生用于專專用微處處理器編編譯的CC源代碼碼Cubiccalcc的高級(jí)級(jí)版本，具具有運(yùn)行行

11、時(shí)間編編譯器支支持和鏈鏈接庫文文件，TIL開發(fā)發(fā)工具+模糊CC開發(fā)系系統(tǒng)FCC1100FC1100開發(fā)系系統(tǒng)微控制器產(chǎn)產(chǎn)品許可可證微控制器估估計(jì)軟件件包TogallInnfraabossic公公司全部模糊開開發(fā)系統(tǒng)統(tǒng)產(chǎn)生CC代碼，包包括調(diào)試試、模糊糊仿真和和圖形分分析工具具數(shù)字型模糊糊邏輯處處理器（IIC）無限制產(chǎn)品品許可FC1100硬件、軟軟件開發(fā)發(fā)系統(tǒng)，支支持IBBM PPC/AAT 總總線、SSbuss和 VVMEbbus設(shè)計(jì)過程中中，一般般采取的的設(shè)計(jì)步步驟為：綜合考慮該該課題能能否采用用模糊控控制系統(tǒng)統(tǒng)。即考考慮采用用常規(guī)控控制方式式的可能能。從設(shè)備操作作人員處處獲取盡盡可能多多的信

12、息息。選取可能的的數(shù)學(xué)模模型，如如果用常常規(guī)方法法設(shè)計(jì)，估估計(jì)設(shè)備備的性能能特點(diǎn)。確定模糊邏邏輯的控控制對(duì)象象。確定輸入輸輸出變量量。確定所確定定的各個(gè)個(gè)變量的的歸屬范范圍。確定各變量量的對(duì)應(yīng)應(yīng)規(guī)則。確定比例系系數(shù)。如果有現(xiàn)成成的數(shù)學(xué)學(xué)模型，用用已確定定的模糊糊控制器器對(duì)系統(tǒng)統(tǒng)仿真，觀觀測(cè)設(shè)備備性能，并并不斷調(diào)調(diào)整規(guī)則則和比例例系數(shù)直直到達(dá)到到滿意性性能。否否則重新新設(shè)計(jì)模模糊控制制器。實(shí)時(shí)運(yùn)行控控制器，不不斷調(diào)整整以達(dá)到到最佳性性能。三模糊糊控制應(yīng)應(yīng)用與前前景展望望作為人工智智能的一一種新研研究領(lǐng)域域，模糊糊控制吸吸收借鑒鑒了傳統(tǒng)統(tǒng)設(shè)計(jì)方方法和其其他新技技術(shù)的精精華，在在諸多領(lǐng)領(lǐng)域取得得了長

13、足足的進(jìn)展展在新新型的電電力電子子和自動(dòng)動(dòng)控制系系統(tǒng)中，有有些專家家在線性性功放的的加設(shè)條條件下，把把模糊控控制應(yīng)用用于為基基礎(chǔ)的伺伺服電機(jī)機(jī)控制中中，在把把模糊控控制系統(tǒng)統(tǒng)與PIID及模模型參考考自適應(yīng)應(yīng)控制（MMRACC）進(jìn)行行比較后后證明了了模糊控控制方法法的優(yōu)越越性另另有專家家開發(fā)了了應(yīng)用于于矢量控控制感應(yīng)應(yīng)電機(jī)傳傳動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)的模糊糊自適應(yīng)應(yīng)控制器器，其控控制方框框圖如下下所示，M逆變器矢量旋轉(zhuǎn)器ids 感應(yīng)應(yīng)電機(jī)M逆變器矢量旋轉(zhuǎn)器 r*G1 G1 m 模糊調(diào)諧控制器 r A* 模糊調(diào)諧控制器-+ r-+ e AA 實(shí)際估計(jì)器 VVsqs 實(shí)際估計(jì)器 Vsds IIsqs Isqs e

14、模糊轉(zhuǎn)差增增益調(diào)諧諧控制器器的見解解矢量控控制感應(yīng)應(yīng)電動(dòng)機(jī)機(jī)傳動(dòng)系系統(tǒng)模糊控制作作為一項(xiàng)項(xiàng)正在發(fā)發(fā)展的新新技術(shù)，目目前在大大多數(shù)專專家還把把主要精精力放在在應(yīng)用系系統(tǒng)研究究上，并并取得了了相當(dāng)?shù)牡某晒?，但但在理論論研究和和系統(tǒng)分分析上還還是相對(duì)對(duì)落后的的，以至至于一些些學(xué)者質(zhì)質(zhì)疑其理理論依據(jù)據(jù)和有效效性鑒鑒于此可可以明確確得知：模糊控控制理論論和實(shí)踐踐的結(jié)合合仍有待待于進(jìn)一一步探索索其發(fā)發(fā)展前景景是十分分誘人的的，而且且在近年年來，其其理論研研究也取取得了顯顯著進(jìn)展展在近近四十年年的發(fā)展展進(jìn)程中中，模糊糊控制也也有一些些局限性性：）控控制精度度低，性性能不高高，穩(wěn)定定性較差差；）理理論體系系不

15、完整整；）自自適應(yīng)能能力低對(duì)于這這些弱點(diǎn)點(diǎn)，模糊糊控制與與一些其其他新技技術(shù)，比比如神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（），遺遺傳算法法相結(jié)合合，向更更高層次次的應(yīng)用用發(fā)展拓拓展了巨巨大的空空間四總結(jié)模糊控制作作為一門門綜合應(yīng)應(yīng)用范例例，在全全球信息息化浪潮潮的推動(dòng)動(dòng)下，在在未來的的幾十年年中，必必將對(duì)經(jīng)經(jīng)濟(jì)的迅迅猛發(fā)展展注入新新的活力力，有專專家認(rèn)為為，下一一代工控控的基礎(chǔ)礎(chǔ)是模糊糊控制，神神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)，混沌沌理論為為支柱的的人工智智能隨隨著模糊糊控制理理論研究究的日益益完善和和深入，應(yīng)應(yīng)用范圍圍的日益益擴(kuò)大和和配套IIC的研研發(fā)制造造，模糊糊控制將將給工控控領(lǐng)域的的發(fā)展開開辟光明明的應(yīng)用用前景，同同時(shí)也給給各領(lǐng)域域

16、的研究究人員提提出了更更重大的的任務(wù)參考文獻(xiàn)：B.KK. BBosss電力力電子學(xué)學(xué)與變頻頻傳動(dòng)技技術(shù)應(yīng)用用姜建建國等譯譯中國國礦業(yè)大大學(xué)出版版社19999.9劉嵥，陳陳統(tǒng)寶模糊神神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)問題解解決分析析J機(jī)械制制造119999.122. Peddryccz. W. “Fuzzzy conntrool aand fuzzzy sysstemms” Johhn WWileey. Neww Yoorkeer.1198994 Zaddeh.L.AA “Fuzzzy sett” in forrmatt conntraas voll 885 Ostterggaarrd JJ.J “ Fuuzzyy c