位控制器設(shè)計方案考試

PAGE昆明理工大學(xué)機電工程學(xué)院課程名稱：32位控制器開發(fā)學(xué)期:2013—2014學(xué)年第1學(xué)期學(xué)生姓名：江波學(xué)號:201010301307任課教師：張文斌得分：PAGE1關(guān)于嵌入式系統(tǒng)PID控制和模糊控制摘要：隨著嵌入式系統(tǒng)在實際生活中的廣泛運用，嵌入式系統(tǒng)在改變我們的生活的同時也獲得了長足的發(fā)展。本文通過介紹基于嵌入式系統(tǒng)的PID控制和模糊控制的概念、基本原理、控制器設(shè)計、應(yīng)用與發(fā)展等的知識,對嵌入式系統(tǒng)在控制領(lǐng)域尤其是工業(yè)智能控制領(lǐng)域的應(yīng)用前景充滿期待.而PID控制與模糊控制的結(jié)合體模糊PID的產(chǎn)生使得控制器更加智能化，出現(xiàn)了一定程度的擬人特性。這將成為智能控制領(lǐng)域的新寵。關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)、PID、模糊控制、模糊PID嵌入式系統(tǒng)簡述經(jīng)過幾十年的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)在很大程度改變了人們的生活、工作和娛樂方式，而且這些改變還在加速。嵌入式系統(tǒng)具有無數(shù)的種類,每類都具有自己獨特的個性.例如，MP3、數(shù)碼相機與打印機就有很大的不同.汽車中更是具有多個嵌入式系統(tǒng),使汽車更輕快、更干凈、更容易駕駛。嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心的、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的、軟件硬件可裁剪的、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。它可完成信號控制的功能，它具有較小的體積，機構(gòu)緊湊，可以作為一個部件植入所控制的裝置中。它可提供用戶接口、能管理有關(guān)于信息的輸入輸出、監(jiān)控設(shè)備的工作情況.某些情況下，嵌入式系統(tǒng)在功能上是獨立的系統(tǒng)。例如網(wǎng)絡(luò)路由器是獨立的嵌入式系統(tǒng).它由特殊的通信處理器、內(nèi)存、許多網(wǎng)絡(luò)訪問接口（稱為網(wǎng)絡(luò)端口）以及實現(xiàn)包的路由算法的特殊軟件組成。換句話說，網(wǎng)絡(luò)路由器是一個獨立的嵌入式系統(tǒng),路由包從一個端口到另一個端口，實現(xiàn)程序化的路由算法。嵌入式系統(tǒng)相比較于純粹的計算機系統(tǒng)具有較為鮮明的特點:（1）軟件硬件一體化，其中以軟件的設(shè)計開發(fā)為主。嵌入式系統(tǒng)的軟件和硬件都可以很高效率的設(shè)計，冗余較少，可以在同樣面積的硅片上實現(xiàn)更高的性能。（2）專用性突出.嵌入式系統(tǒng)一般是面向于特定的應(yīng)用場合，將很多功能或任務(wù)集成在一個硅片上，從而具有小型化的特點，專用性較強。(3)多項技術(shù)融合.嵌入式系統(tǒng)將先進的計算機技術(shù)、通信技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各行各業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合，是一個技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng).（4）較通用計算機資源少。由于嵌入式系統(tǒng)通常設(shè)計成只完成少數(shù)幾個任務(wù)，因此設(shè)計時要充分考慮到經(jīng)濟性，不能使用通用CPU。這意味著其管理的資源少、成本低、結(jié)構(gòu)簡單。(5）具有專門的開發(fā)工具與環(huán)境。嵌入式系統(tǒng)本身不具有自主開發(fā)的能力，即使設(shè)計完成后，用戶通常也不能對其中的程序功能進行修改，因此必須具備一套開發(fā)工具和環(huán)境。(6）體積小、價格低廉、工藝先進、性價比高、系統(tǒng)配置要求低、實時性很強。隨著大量先進的微處理器制造技術(shù)的發(fā)展，越來越多的嵌入式系統(tǒng)用嵌入式處理器建造，而不是用通用目的的處理器。這些嵌入式處理器是為完成特殊的應(yīng)用而設(shè)計的特殊目的的處理器。關(guān)鍵是應(yīng)用意識，即知道應(yīng)用的自然規(guī)律并滿足這些應(yīng)用的需求。嵌入式處理器可根據(jù)不同的要求分為四類：嵌入式微處理器EMPU(EmbeddedMicroprocessorUnit）,嵌入式微控制器MCU(MicrocontrollerUnit)、嵌入式DSP處理器EDSP（EmbeddedDigitalSignalProcessor)、嵌入式片上系統(tǒng)SoC(SystemOnChip）。嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段單片機SCM（singlechipmicrocomputer)微控制器MCU(microcontrollerunit)、系統(tǒng)及芯片SoC(systemonachip)。實時操作系統(tǒng)(如嵌入式Linux、WinCE、VxWorks等）的應(yīng)用提高了系統(tǒng)的可靠性、開發(fā)效率、縮短了開發(fā)的周期，也增加了可開發(fā)嵌入式系統(tǒng)的復(fù)雜性，使更多復(fù)雜的用普通方法無法完成開發(fā)的嵌入式系統(tǒng)得以開發(fā)并運用到生產(chǎn)實際中.經(jīng)過這三個階段的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，嵌入式系統(tǒng)也獲得了更進一步發(fā)展的契機與更為廣闊的應(yīng)用前景。早在1990年之前，嵌入式系統(tǒng)通常是很簡單的且具有很長的產(chǎn)品生命周期的自主設(shè)備。近些年來，嵌入式工業(yè)經(jīng)歷了巨大的變革:（1)產(chǎn)品市場窗口現(xiàn)在預(yù)計翻番的周期狂熱到6—9個月.（2）全球重新定義市場的機會和膨脹的應(yīng)用空間。（3）互聯(lián)現(xiàn)在是一個需求而不是輔助性的,包括用有線和剛剛顯露頭角的無線技術(shù).(4）基于電子的產(chǎn)品更復(fù)雜化。

（5)互聯(lián)嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)生新的依賴網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的應(yīng)用。

（6）微處理器的處理能力按照莫爾定律(Moore’sLaw）預(yù)計的速度在增加。該定律認為集成電路和晶體管個數(shù)每18個月翻一番。如果說過去的趨勢能指明未來，那么隨著技術(shù)的革新，嵌入式軟件將繼續(xù)增加新的應(yīng)用，并產(chǎn)生更加靈巧的產(chǎn)品種類.根據(jù)人們對于自身虛擬運行設(shè)備的消費要求增加而不斷壯大的市場，以及由Internet創(chuàng)造的無限的機會，嵌入式系統(tǒng)將不斷地重新塑造未來的世界.關(guān)于數(shù)字控制系統(tǒng)和控制器的理解數(shù)字控制系統(tǒng)數(shù)字控制系統(tǒng)（DigitalControlSystems）采用數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)各種控制功能的自動控制系統(tǒng)"自動控制系統(tǒng).數(shù)字控制系統(tǒng)的特點是系統(tǒng)中一處或幾處的信號具有數(shù)字代碼的形式。它的主要類型是計算機控制系統(tǒng)，包括HYPERLINK”http：///wiki/%E8%AE％A1%E7%AE％97％E6％9C％BA％E7%9B％91％E7％9D％A3％E6%8E%A7%E5％88％B6％E7%B3%BB％E7%BB%9F"\o”計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)”計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)、\o”直接數(shù)字控制系統(tǒng)”直接數(shù)字控制系統(tǒng)、HYPERLINK”/wiki/%E8%AE%A1％E7%AE%97%E6%9C％BA%E5%A4%9A％E7%BA%A7%E6％8E%A7%E5%88％B6%E7%B3％BB%E7％BB％9F"\o"計算機多級控制系統(tǒng)”計算機多級控制系統(tǒng)和\o"分散控制系統(tǒng)"\t”_blank"分散控制系統(tǒng)。數(shù)字控制系統(tǒng)是在1970年左右為了滿足當時廣泛出現(xiàn)的復(fù)雜、精確和多功能的控制要求而發(fā)展起來的.早期的數(shù)字控制系統(tǒng)采用HYPERLINK”/wiki/％E5％B0%84％E6％B5%81%E5％85％83%E4%BB％B6”\o"射流元件”射流元件等邏輯控制元件和可編程序控制器來構(gòu)成。這種數(shù)字控制系統(tǒng)由于設(shè)計上簡單，使用上可靠，且控制器的通用性好，很快得到廣泛應(yīng)用.70年代后期,各類性能好、功能多、價格低的小型計算機和微型計算機的迅速發(fā)展，促進了以計算機為基礎(chǔ)的數(shù)字控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。在數(shù)字控制系統(tǒng)中,計算機的作用主要有三個方面：（1)信息處理.對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，輸入和偏差信號的計算（例如導(dǎo)航平臺中\(zhòng)o"指向誤差"指向誤差的計算)工作量很大,而模擬解算裝置不能滿足精度要求,需要采用數(shù)字計算機。（2）用數(shù)字計算機內(nèi)的校正程序來保證控制系統(tǒng)具有所要求的動態(tài)特性，使系統(tǒng)實現(xiàn)自適應(yīng)控制、最優(yōu)控制等高級控制功能。登月飛船在開始階段到燃料接近用完時，飛船的特性是隨時間變化的，需要用數(shù)字計算機的校正程序來保證飛船控制系統(tǒng)在每個階段都具有良好的穩(wěn)定性。（3）多功能計算調(diào)節(jié).HYPERLINK”http：///a2_83_13_01000000000000119081343001383_jpg.html”\o”數(shù)字控制系統(tǒng)"\t”_self”在很多情況下，數(shù)字控制系統(tǒng)這一術(shù)語也常用來表示數(shù)字計算機作為控制器的采樣控制系統(tǒng)"采樣控制系統(tǒng)。下圖為這種控制系統(tǒng)的組成框圖，其中系統(tǒng)的數(shù)字控制器由模數(shù)轉(zhuǎn)換器、計算機中央處理機和數(shù)模轉(zhuǎn)換器組成.模數(shù)轉(zhuǎn)換器將來自采樣器的離散的模擬偏差量轉(zhuǎn)換成數(shù)字偏差量（稱為量化）,由中央處理機根據(jù)控制算法計算出數(shù)字控制量，再由數(shù)模轉(zhuǎn)換器將它轉(zhuǎn)換成離散的模擬控制量,最后由保持器轉(zhuǎn)換成連續(xù)控制量?？刂朴玫挠嬎銠C系統(tǒng)除了計算機與過程的接口（采樣器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和保持器）需要單獨設(shè)計外，在實時計算、軟件編制和控制算法方面也需要專門設(shè)計.數(shù)字控制系統(tǒng)可應(yīng)用采樣控制理論”\t”_blank"采樣控制理論來分析和設(shè)計。在數(shù)字控制系統(tǒng)中，數(shù)字量化造成的誤差可能引起周期振蕩等特殊問題。控制器簡要介紹控制器是按照預(yù)定順序改變主電路或控制電路的接線和改變電路中電阻值來控制電動機（或其他執(zhí)行元件）的啟動、調(diào)速、制動和反向的主令裝置。由程序計數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時序產(chǎn)生器和操作控制器組成，它是發(fā)布命令的“決策機構(gòu)"，即完成協(xié)調(diào)和指揮整個嵌入式系統(tǒng)的操作。控制器一般應(yīng)具有下列6項基本功能（1)數(shù)據(jù)緩沖:由于I/O設(shè)備的速率較低而CPU和內(nèi)存的速率卻很高，故在控制器中必須設(shè)置一個緩沖器。在輸出時，用此緩沖器暫存由主機高速傳來的數(shù)據(jù),然后才以I/O設(shè)備所具有的速率將緩沖器中的數(shù)據(jù)傳送給I/O設(shè)備；在輸入時，緩沖器則用于暫存從I/O設(shè)備送來的數(shù)據(jù)，待接收到一批數(shù)據(jù)后，再將緩沖器中的數(shù)據(jù)高速地傳送給主機。（2）差錯控制:設(shè)備控制器還兼管對由I/O設(shè)備傳送來的數(shù)據(jù)進行差錯檢測。若發(fā)現(xiàn)傳送中出現(xiàn)了錯誤，通常是將差錯檢測碼置位，并向CPU報告，于是CPU將本次HYPERLINK”http：///view/161354。htm"\t”_blank”傳送來的/view/122229.htm"控制器之間、控制器與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。對于前者，是通過數(shù)據(jù)總線,由CPU并行地把數(shù)據(jù)寫入控制器，或從控制器中并行地讀出數(shù)據(jù)；對于后者，是設(shè)備將數(shù)據(jù)輸入到控制器，或從控制器傳送給設(shè)備。為此,在控制器中須設(shè)置數(shù)據(jù)寄存器。（4）狀態(tài)說明：標識和報告設(shè)備的狀態(tài)控制器應(yīng)記下設(shè)備的狀態(tài)供CPU了解。例如，僅當該設(shè)備處于發(fā)送就緒狀態(tài)時，CPU才能啟動控制器從設(shè)備中讀出數(shù)據(jù)。為此，在控制器中應(yīng)設(shè)置一個狀態(tài)寄存器,用其中的每一位來反映設(shè)備的某一種狀態(tài)。當CPU將該寄存器的內(nèi)容讀入后,便可了解該設(shè)備的狀態(tài)。（5)接收和識別命令:CPU可以向控制器發(fā)送多種不同的命令，設(shè)備控制器應(yīng)能接收并識別這些命令。為此，在控制器中應(yīng)具有相應(yīng)的控制寄存器，用來存放接收的命令和參數(shù)，并對所接收的命令進行譯碼.（6)地址識別：就像內(nèi)存中的每一個單元都有一個地址一樣，系統(tǒng)中的每一個設(shè)備也都有一個_blank"地址,而設(shè)備控制器又必須能夠識別它所控制的每個設(shè)備的地址。此外，為使CPU能向（或從)寄存器中寫入(或讀出)數(shù)據(jù)，這些寄存器都應(yīng)具有唯一的地址。PID控制原理及實現(xiàn)PID的基本原理和特點在工程實際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制,又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握,或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便.即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時,最適合用PID控制技術(shù)。PID控制,實際中也有PI和PD控制.PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。（1）比例（Proportion）控制比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-stateerror）。（2）積分（Integration）控制在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)(SystemwithSteady—stateError）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差,在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加,積分項將增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小,直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器,可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。（3)微分（Differention)控制在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系.自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件(環(huán)節(jié)）或有滯后組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前"，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零.這就是說，在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢,這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值,從而避免了被控量的嚴重超調(diào)。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分（PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。PID控制器是工業(yè)控制應(yīng)用中常見的反饋回路部件。這個控制器把收集到的數(shù)據(jù)和一個參考值進行比較，然后把這個差別用于計算新的輸入值，這個新的輸入值的目的是可以讓系統(tǒng)的數(shù)據(jù)達到或者保持在參考值.和其他簡單的控制運算不同，PID控制器可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和差別的出現(xiàn)率來調(diào)整輸入值，這樣可以使系統(tǒng)更加準確，更加穩(wěn)定.可以通過數(shù)學(xué)的方法證明,在其他控制方法導(dǎo)致系統(tǒng)有穩(wěn)定誤差或過程反復(fù)的情況下，一個PID反饋回路卻可以保持系統(tǒng)的穩(wěn)定.常用控制器有比例+微分（PD）控制器、比例+積分（PI)控制器、比例+積分+微分（PID)控制器.不同的控制器因為其性能的不同而具有不同的應(yīng)用場合.PID控制包括兩種：（1)位置型控制，其差分方程如下:(2）增量型控制，其差分方程如下:兩種數(shù)字PID控制示意圖如下：根據(jù)上述所闡述的知識，將算法轉(zhuǎn)化為程序植入相應(yīng)的工業(yè)控制過程中，再結(jié)合具體的情況整定好PID參數(shù)將可以很好地實現(xiàn)工業(yè)控制要求的穩(wěn)定性、準確性和快速性。PID參數(shù)整定調(diào)節(jié)PID的參數(shù)，可實現(xiàn)在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下,兼顧系統(tǒng)的帶載能力和抗干擾能力，同時，在PID調(diào)節(jié)器中引入積分項，系統(tǒng)增加了一個零積點，使之成為一階或一階以上的系統(tǒng),這樣系統(tǒng)階躍響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)誤差就為零。由于自動控制系統(tǒng)被控對象的千差萬別，PID的參數(shù)也必須隨之變化，以滿足系統(tǒng)的性能要求。下面簡單介紹一下調(diào)試PID參數(shù)的一般原則與步驟。(1）負反饋：自動控制理論也被稱為負反饋控制理論。首先檢查系統(tǒng)接線，確定系統(tǒng)的反饋為負反饋。例如電機調(diào)速系統(tǒng),輸入信號為正，要求電機正轉(zhuǎn)時，反饋信號也為正(PID算法時，誤差=輸入-反饋），同時電機轉(zhuǎn)速越高，反饋信號越大。其余系統(tǒng)同此方法。(2）PID調(diào)試一般原則：在輸出不振蕩時，增大比例增益P;在輸出不振蕩時,減小積分時間常數(shù)Ti；在輸出不振蕩時，增大微分時間常數(shù)Td。（3）一般步驟：a.確定比例增益P確定比例增益P時，首先去掉PID的積分項和微分項，一般是令Ti=0、Td=0,使PID為純粹的比例調(diào)節(jié)。輸入設(shè)定為系統(tǒng)允許的最大值的60%至70％，由零逐漸加大比例增益P,直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩;再反過來,從此時的比例增益P逐漸減小，直至系統(tǒng)振蕩消失，記錄此時的比例增益P,設(shè)定PID的比例增益P為當前值的60%至70％。比例增益P調(diào)試完成。b.確定積分時間常數(shù)Ti比例增益P確定后，設(shè)定一個較大的積分時間常數(shù)Ti的初值，然后逐漸減小Ti,直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩,之后再反過來，逐漸加大Ti，直至系統(tǒng)振蕩消失.記錄此時的Ti，設(shè)定PID的積分時間常數(shù)Ti為當前值的150%至180%。積分時間常數(shù)Ti調(diào)試完成。c。確定微分時間常數(shù)Td.微分時間常數(shù)Td一般不用設(shè)定，為0即可.若要設(shè)定,與確定P和Ti的方法相同，取不振蕩時的30％。d.系統(tǒng)空載、帶載聯(lián)調(diào)，再對PID參數(shù)進行微調(diào)，直至滿足要求.PID控制的應(yīng)用PID控制技術(shù)在各個設(shè)計到工業(yè)控制的領(lǐng)域都有涉及。如在機械電子或電力電子領(lǐng)域可運用PID算法控制電機轉(zhuǎn)速或舵機的偏角;在液壓或化工領(lǐng)域可利用PID算法設(shè)計程序完成對電磁閥門的控制，在冶金領(lǐng)域可以利用PID調(diào)節(jié)礦物浮選的液位達到合理的位置。PID在工業(yè)控制領(lǐng)域具有較為重要的地位。模糊控制原理及實現(xiàn)模糊理論模糊理論（FuzzyTheory）是指用到了\t”_blank"模糊集合的基本_blank”概念或連續(xù)HYPERLINK”http：///view/3977584。htm”\t”_blank"隸屬度函數(shù)的理論。它可分類為模糊數(shù)學(xué)，模糊系統(tǒng)，\t”_blank”不確定性和信息，HYPERLINK”/view/3722627.htm”模糊決策這五個分支，它并不是完全獨立的，它們之間有緊密的聯(lián)系。例如,\t”_blank"模糊控制就會用到模糊數(shù)學(xué)和\t"_blank”模糊邏輯中的\t”_blank”概念.從實際應(yīng)用的觀點來看，模糊理論的應(yīng)用大部分集中在模糊系統(tǒng)上，尤其集中在模糊控制上.也有一些模糊專家系統(tǒng)應(yīng)用于醫(yī)療診斷和決策支持。其所謂模糊概念是指這個概念的外延具有HYPERLINK”http：///view/452716.htm”\t"_blank”不確定性，或者說它的外延是不清晰的，是模糊的。模糊性是精確性的對立面，它與隨機性不同。我們在處理\t”_blank”客觀事物時，經(jīng)常借助于模糊性。模糊理論發(fā)展至今已接近三十余年，應(yīng)用的范圍非常廣泛，從工程科技到社會人文科學(xué)都可以發(fā)現(xiàn)模糊理論研究的蹤跡與成果。我們分別由工程科技與社會人文科學(xué)的角度，了解模糊理論應(yīng)用的范疇。一、工程科技方面（1）型樣識別：文字識別、指紋識別、手寫HYPERLINK”http：///view/285104。htm”字體辨識、影像辨識、語音辨識。（2)控制工程：機器人控制、汽車控制、家電控制、工業(yè)儀表控制、電力控制。(3）信號及資訊處理：影像處理、語音處理、_blank"資料整理、HYPERLINK”/view/600155.htm"\t"_blank”數(shù)據(jù)庫管理.（4）人工智能及專家系統(tǒng):故障診斷、_blank”自然語言處理、自動翻譯、HYPERLINK”/view/43664。htm”\t"_blank”地震預(yù)測、工業(yè)設(shè)計。（5）環(huán)保：HYPERLINK”http：///view/1008837。htm”\t"_blank”廢水處理、凈水處理廠工程、空氣污染檢驗、空氣品質(zhì)監(jiān)控。（6)其他:建筑結(jié)構(gòu)分析、化工制程控制。二、教育、社會及人文科學(xué)方面（1）教育：教學(xué)成果評量、心理測驗、性向測驗、計算機輔助教學(xué)。（2）心理學(xué)：心理分析、性向測驗。（3)決策決定：決策支援、決策分析、多目標評價、綜合評價、風(fēng)險分析。模糊理論是指用到了\t”_blank”模糊集合的基本\t"_blank”概念或連續(xù)HYPERLINK”http：///view/3977584。htm"\t”_blank”隸屬度函數(shù)的理論.根據(jù)下圖可將模糊理論進行大致的分類。下圖是其研究的領(lǐng)域示意圖。其五個分支為：（1）\t”_blank”模糊集合取代經(jīng)典集合從而擴展了經(jīng)典數(shù)學(xué)中的概念。(2）模糊邏輯與人工智能，它引入了經(jīng)典邏輯學(xué)中的近似推理，且在HYPERLINK”/view/2441700.htm"\t”_blank”模糊信息和近似推理的基礎(chǔ)上開發(fā)了\t”_blank"專家系統(tǒng).（3）模糊系統(tǒng)，它包含了信號處理和通信中的_blank”模糊控制和模糊方法。（4)不確定性和信息，它用于分析各種不確定性。（5）\t”_blank”模糊決策，它用軟約束來考慮優(yōu)化問題。這五個分支并不是完全獨立的，他們之間有緊密的聯(lián)系。例如，模糊控制就會用到模糊數(shù)學(xué)和模糊邏輯中的\t"_blank”概念。從實際應(yīng)用的觀點來看,模糊理論的應(yīng)用大部分集中在模糊系統(tǒng)上，尤其集中在模糊控制上。也有一些模糊專家系統(tǒng)應(yīng)用于醫(yī)療診斷和決策支持。由于模糊理論從理論和實踐的角度看仍然是新生事物，所以我們期望，隨著模糊領(lǐng)域的成熟，將會出現(xiàn)更多可靠的實際應(yīng)用。模糊控制原理模糊理論應(yīng)用最有效，最廣泛的領(lǐng)域就是模糊控制，模糊控制在各種領(lǐng)域出人意料的解決了傳統(tǒng)控制理論無法解決的或難以解決的問題。模糊控制的基本思想：是利用計算機來實現(xiàn)人的控制經(jīng)驗，而這些經(jīng)驗多是用語言表達的具有相當模糊性的控制規(guī)則.把人類專家對特定的被控對象或過程的控制策略總結(jié)成一系列以“IF（條件）THEN（作用)”形式表示的控制規(guī)則，通過模糊推理得到控制作用集，作用于被控對象或過程?？刂谱饔眉癁橐唤M條件語句，狀態(tài)語句和控制作用均為一組被量化了的模糊語言集,如“正大”、“負大"、“正小"、“負小"等。模糊控制的幾個研究方向：模糊控制的HYPERLINK”/view/251942.htm”\t”_blank”穩(wěn)定性研究、模糊模型及辯識、模糊最優(yōu)控制、模糊自組織控制、模糊自適應(yīng)控制、多模態(tài)\t"_blank”模糊控制等方向。模糊控制理論主要研究內(nèi)容：模糊控制穩(wěn)定性,模糊模型的辨識，模糊最優(yōu)控制，模糊自適應(yīng)控制，與其他控制結(jié)合等。如將智能控制與傳統(tǒng)控制方法相結(jié)合，產(chǎn)生了模糊變結(jié)構(gòu)控制（FVSC），自適應(yīng)模糊控制（AFC），自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制(ANNC)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)變結(jié)構(gòu)控制(NNVAC)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測控制（ANNPC)，模糊預(yù)測控制(FPC），專家模糊控制（EFC），模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制（FNNC)，專家神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制（ENNC)等方法。模糊控制以現(xiàn)代控制理論為基礎(chǔ)，同時與自適應(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)域得到了空前的發(fā)展與應(yīng)用。（1）Fuzzy—PID(模糊PID）復(fù)合控制Fuzzy—PID復(fù)合控制是模糊技術(shù)與常規(guī)PID控制算法相結(jié)合,以達到較高的控制精度。當溫度HYPERLINK”http：///view/692985.htm”\t”_blank"偏差較大時采用Fuzzy控制,響應(yīng)速度快，動態(tài)性能好；當溫度偏差較小時采用PID控制，使其靜態(tài)性能好，滿足系統(tǒng)控制精度。因此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。(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，能自動地對自適應(yīng)\t”_blank”模糊控制規(guī)則進行修改和完善，以提高控制系統(tǒng)的性能。對于那些具有非線性、大時滯、高階次的HYPERLINK”/view/228782.htm”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http：///view/87377.htm”\t”_blank"模糊控制與\t”_blank"專家系統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合，進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)則的方法的價值和用模糊集處理帶來的靈活性，同時把\t”_blank”專家系統(tǒng)技術(shù)的表達與利用知識的長處結(jié)合起來,能處理更廣泛的控制問題。（5）仿人智能模糊控制其特點在于IC算法具有比例模式和保持模式兩種基本模式.這兩種特點使得系統(tǒng)對誤差絕對值變化時，可使系統(tǒng)處于閉環(huán)運行和HYPERLINK”http：///view/1649383.htm"\t”_blank”開環(huán)運行兩種狀態(tài)。這樣能妥善解決穩(wěn)定性、HYPERLINK”http：///view/3874582.htm”準確性、快速性的矛盾，能較好地應(yīng)用于純滯后對象.（6）神經(jīng)模糊控制(Neuro-FuzzyControl）這種控制方法以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ),利用了\t”_blank”模糊邏輯具有較強的結(jié)構(gòu)性知識表達能力，即描述系統(tǒng)定性知識的能力以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的強大的學(xué)習(xí)能力與定量數(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)。一個多變量模糊控制器有多個輸入變量和輸出變量。模糊控制特點模糊控制具有一定的擬人特性，因此，它在智能控制領(lǐng)域的應(yīng)用很有前景.模糊控制主要有一下幾點優(yōu)點：（1）簡化系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性,特別適用于非線性、時變、模型不完全的系統(tǒng)上.由工業(yè)過程的定性認識出發(fā)，比較容易建立語言控制規(guī)則,因而模糊控制對那些_blank”數(shù)學(xué)模型難以獲取、動態(tài)特性不易掌握或變化非常顯著的對象非常適用。（2）利用控制法則來描述系統(tǒng)變量間的關(guān)系.基于模型的控制算法及系統(tǒng)設(shè)計方法，由于出發(fā)點和性能指標的不同，容易導(dǎo)致較大差異；但一個系統(tǒng)的語言控制規(guī)則卻具有相對的獨立性,利用這些控制規(guī)律間的模糊連接，容易找到折中的選擇,使控制效果優(yōu)于常規(guī)控制器。（3）不用數(shù)值而用語言式的模糊變量來描述系統(tǒng),模糊控制器不必對被控制對象建立完整的數(shù)學(xué)模式。HYPERLINK”/view/87377.htm"\t"_blank”模糊控制是一種基于規(guī)則的控制。它直接采用語言型控制規(guī)則，出發(fā)點是現(xiàn)場操作人員的控制經(jīng)驗或相關(guān)專家的知識，在設(shè)計中不需要建立被控對象的精確HYPERLINK”/view/76167。htm"\t”_blank"數(shù)學(xué)模型，因而使得控制機理和策略易于接受與理解，設(shè)計簡單，便于應(yīng)用。（4）模糊控制器是一語言控制器，使得操作人員易于使用自然語言進行人機對話。HYPERLINK”http：///view/87377。htm"\t”_blank"模糊控制算法是基于啟發(fā)性的知識及語言決策規(guī)則設(shè)計的，這有利于模擬人工控制的過程和方法，增強控制系統(tǒng)的適應(yīng)能力，使之具有一定的智能水平。（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)性及強健性（Robustness)、較佳的容錯性（FaultTolerance).模糊控制系統(tǒng)的HYPERLINK”/view/45520.htm”\t"_blank”魯棒性強，干擾和參數(shù)變化對控制效果的影響被大大減弱,尤其適合于非線性、時變及純滯后系統(tǒng)的控制然而模糊控制理論建立時間不很長，理論相對不成熟，信息簡單的模糊處理將導(dǎo)致系統(tǒng)的控制精度降低和動態(tài)品質(zhì)變差.若要提高精度則必然增加量化級數(shù),從而導(dǎo)致規(guī)則搜索范圍擴大，降低決策速度,甚至不能實時控制.模糊控制的HYPERLINK”http：///view/14417.htm”\t”_blank”設(shè)計尚缺乏系統(tǒng)性,無法定義控制目標?？刂埔?guī)則的選擇，論域的選擇，模糊集的定義，量化因子的選取多采用試湊法，這對復(fù)雜系統(tǒng)的控制是難以奏效的。因此它也具有以下幾點缺點:（1)模糊控制的設(shè)計尚缺乏系統(tǒng)性，這對\t"_blank”復(fù)雜系統(tǒng)的控制是難以奏效的。所以如何建立一套系統(tǒng)的模糊穩(wěn)定性分析、系統(tǒng)化設(shè)計方法等一系列問題。（2)如何獲得HYPERLINK”http：///view/8674124。htm"\t”_blank”模糊規(guī)則及隸屬函數(shù)即系統(tǒng)的設(shè)計辦法，21世紀初完全憑經(jīng)驗進行。（3)信息簡單的模糊處理將導(dǎo)致系統(tǒng)的控制精度降低和動態(tài)品質(zhì)變差。若要提高精度則必然增加量化級數(shù)，從而導(dǎo)致規(guī)則搜索范圍擴大，降低決策速度,甚至不能實時控制.(4）如何保證HYPERLINK”/view/87377.htm"\t”_blank”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)定性和魯棒性問題.模糊控制的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢模糊控制在許多實際控制系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，如工業(yè)控制過程中的蒸汽發(fā)生裝置控制系統(tǒng)、合金鋼冶煉控制系統(tǒng)、煉油廠催化爐控制系統(tǒng)、鑄鐵退火爐溫度控制系統(tǒng)等。另外,模糊控制也應(yīng)用于航天飛行器控制、機器人控制、核反應(yīng)堆控制、熱交換過程控制、異步電動機控制、污水處理、肌肉麻醉控制、病人血壓調(diào)整、電梯群控制、吊車自動控制等系統(tǒng)中。日用家電產(chǎn)品中的模糊控制應(yīng)用也已相當普遍,如用模糊控制系統(tǒng)控制水溫.盡管模糊控制理論已經(jīng)取得了可觀的進展,但與常規(guī)控制理論相比仍不成熟.模糊控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計尚未建立起有效的方法，在很多場合下仍然需要依靠經(jīng)驗和試湊。近年來,許多人一直嘗試將常規(guī)控制理論的概念和方法擴展至模糊控制系統(tǒng)，而模糊控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方法已成為研究的熱點，二者的結(jié)合有效地推動了自學(xué)習(xí)模糊控制的發(fā)展。模糊控制易于獲得由語言表達的專家知識，能有效地控制那些難以建立精確模型而憑經(jīng)驗可控制的系統(tǒng)，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)則由于其仿生特性更能有效利用系統(tǒng)本身的信息,并能映射任意函數(shù)關(guān)系,具有并行處理和自學(xué)習(xí)能力，容錯能力也很強.在集成大系統(tǒng)中,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可用于處理低層感知數(shù)據(jù)，模糊邏輯可用于描述高層的邏輯框架。模糊邏輯與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合有兩種情況：

一是將模糊技術(shù)用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)形成模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),一是用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)模糊控制.這兩方面均見于大量的研究文獻.

常規(guī)模糊控制的兩個主要問題在于:

改進穩(wěn)態(tài)控制精度和提高智能水平與適應(yīng)能力。從大量文獻中可以看出，在實際應(yīng)用中,往住是將模糊控制或模糊推理的思想,與其他相對成熟的控制理論或方法結(jié)合起來,發(fā)揮各自的長處,從而獲得理想的控制效果。如：利用模糊復(fù)合控制理論的分檔控制,將PI或PID控制策略引入Fuzzy控制器，構(gòu)成Fuzzy2PI或Fuzzy2PID復(fù)合控制；適應(yīng)高階系統(tǒng)模糊控制需要的三維模糊控制器；將精確控制和模糊控制結(jié)合起來的精確-模糊混合控制;將預(yù)測控制與模糊控制相結(jié)合，利用預(yù)測模型對控制結(jié)果進行預(yù)報，并根據(jù)目標誤差和操作者的經(jīng)驗應(yīng)用模糊決策方法在線修正控制策略的模糊預(yù)測控制等。模糊控制的發(fā)展過程中，提出了多種自組織、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)模糊控制器。它們根據(jù)被控過程的特性和系統(tǒng)參數(shù)的變化,自動生成或調(diào)整模糊控制器的規(guī)則和參數(shù)，達到控制目的。這類模糊控制器在實現(xiàn)人的控制策略基礎(chǔ)上,又進一步將人的學(xué)習(xí)和適應(yīng)能力引入控制器,使模糊控制具有更高的智能性。自校正模糊控制器、參數(shù)自調(diào)整模糊控制等控制方法也都較大地增強了對環(huán)境變化的適應(yīng)能力.模糊控制與其他智能控制方法的結(jié)合組成的模糊控制,如專家模糊控制能夠表達和利用控制復(fù)雜過程和對象所需的啟發(fā)式知識，重視知識的多層次和分類的需要，彌補了模糊控制器結(jié)構(gòu)過于簡單、規(guī)則比較單一的缺陷，賦予了模糊控制更高的智能。二者的結(jié)合還能夠擁有過程控制復(fù)雜的知識，并能夠在更為復(fù)雜的情況下對這些知識加以有效利用.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊控制能夠?qū)崿F(xiàn)局部或全部的模糊邏輯控制功能。

模糊控制器正在向著自適應(yīng)、自組織、自學(xué)習(xí)方向發(fā)展,使得模糊控制參數(shù)、規(guī)則在控制過程中自動地調(diào)整、修改和完善，從而不斷完善系統(tǒng)的控制性能，達到更好的控制效果，而與專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等其他智能控制技術(shù)相融合成為其發(fā)展趨勢.模糊PID的原理及應(yīng)用模糊PIDPID控制具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性能好、可靠性高等優(yōu)點,尤其適用于可建立精確數(shù)學(xué)模型的確定性控制系統(tǒng)。但是在實際的應(yīng)用中，大多數(shù)工業(yè)過程都不同程度地存在非線性、參數(shù)時變性和模型不確定性，因而一般的PID控制無法實現(xiàn)對這樣過程的精確控制。模糊控制對數(shù)學(xué)模型的依賴性弱，不需要建立過程的精確數(shù)學(xué)模型。模糊自適應(yīng)PID控制器比常規(guī)PID控制器明顯地改善了控制系統(tǒng)的動態(tài)性能，抗干擾能力更強，且易于實現(xiàn),便于工程應(yīng)用。模糊自適應(yīng)PI