【文章內(nèi)容簡介】 經(jīng)驗(yàn)包括他對被控對象特性的了解及在各種情況下的控制策略、性能指標(biāo)判據(jù)。然后根據(jù)這些經(jīng)驗(yàn)建立起一組用自然語言形式表達(dá)的具有模糊性的行之有效的控制規(guī)則，來對被控對象進(jìn)行控制。這就是所謂的模糊控制策略，它不要求已知受控對象的數(shù)學(xué)模型，卻能很好的解決了大量常規(guī)控制難以解決的控制難題，這已經(jīng)在不同領(lǐng)域的自動(dòng)控制系統(tǒng)中得以成功應(yīng)用?；诮?jīng)驗(yàn)的模糊控制在一些復(fù)雜條件下的控制效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)的控制方法，具有極好的穩(wěn)定特性和魯棒特性，可以很好的解決大量常規(guī)控制難以解決的控制難題。通過改進(jìn)焚燒控制方式，可實(shí)現(xiàn)較穩(wěn)定的垃圾燃燒過程，減小溫度波動(dòng)范圍，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度并為降低二次污染和減弱高溫腐蝕奠定基礎(chǔ)。3 模糊理論介紹3．1國內(nèi)外模糊控制理論的發(fā)展概況模糊集合和模糊控制的概念是由扎德教授在其Fuzzy Sets, Fuzzy Algorithm和A Rationale for Fuzzy Control等著名論著中首先提出的模糊集合的引入，可將人的判斷、思維過程用比較簡單的數(shù)學(xué)形式直接表達(dá)出來，從而使對復(fù)雜系統(tǒng)做出合乎實(shí)際的、符合人類思維方式的處理成為可能，為經(jīng)典模糊控制器的形成奠定了基礎(chǔ)。1972年，以日本東京大學(xué)為中心，發(fā)起成立了“模糊系統(tǒng)研究會”。1974年在加利福尼亞大學(xué)的美日研修班上，進(jìn)行了有關(guān)“模糊集合及其應(yīng)用”的國際學(xué)術(shù)交流。1978年在國際上開始發(fā)行Fuzzy Sets and Systems專業(yè)雜志。1984年IFS從International Fuzzy System Association)正式成立，并已召開了幾屆國際模糊系統(tǒng)會議。從1992年起，IEEE Fuzzy Systems國際會議每年舉辦一次。1993年，IEEE Trans. On Fuzzy Systems開始出版。至今，世界上研究“模糊”的學(xué)者已超過萬人，發(fā)表的重要論文達(dá)5000多篇，研究范圍從單純的模糊數(shù)學(xué)到模糊理論應(yīng)用、:模糊建模理論、模糊序列、模糊識別、模糊知識庫、模糊語言規(guī)則、模糊近似推理等。最近幾年，對于經(jīng)典模糊控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的改善，模糊集成控制、模糊自適應(yīng)控制、專家模糊控制與多變量模糊控制的研究，特別是針對復(fù)雜系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)與參數(shù)(或規(guī)則)自調(diào)整模糊系統(tǒng)方面的研究，尤其受到各國學(xué)者的重視。日前，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制技術(shù)相互結(jié)合，取長補(bǔ)短，形成一種模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，由此可以組成一組更接近于人腦的智能信息處理系統(tǒng)，其發(fā)展前景十分誘人。我國對模糊控制的理論與應(yīng)用研究起步較晚，但發(fā)展較快，諸如在模糊控制、模糊辨識、模糊聚類分析、模糊圖像處理、模糊信息論、模糊模式識別等領(lǐng)域取得了不少有實(shí)際影響的結(jié)果。1979年李寶綏、劉志俊等人開始用連續(xù)數(shù)字仿真方法研究典型模糊控制器的性能，隨后一些高校及科研單位的專家與學(xué)者都加入到研究隊(duì)伍之中。1981年，成立了中國模糊系統(tǒng)和模糊數(shù)學(xué)學(xué)會，并創(chuàng)辦了當(dāng)時(shí)世界上第二份模糊專業(yè)學(xué)術(shù)雜志《模糊數(shù)學(xué)》，1987年易名為《模糊系統(tǒng)與數(shù)學(xué)》。全國至少有40多所高校開設(shè)模糊數(shù)學(xué)課程，已出版的有關(guān)模糊系統(tǒng)方面的著作約有50木，正式發(fā)表的論文已達(dá)數(shù)千篇，引起國際模糊界的特別重視。但在應(yīng)用的深度和水平上還不高，模糊邏輯技術(shù)的開發(fā)工具落后，許多系統(tǒng)的開發(fā)方法仍停留在原始的手工編程開發(fā)階段。我國政府也十分重視模糊控制理論與應(yīng)用研究，并在1988年，將模糊控制理論研究正式列入國家自然科學(xué)基金項(xiàng)日和“863”計(jì)劃項(xiàng)日。1989年，國家教委在北京師范大學(xué)建立了國家級模糊實(shí)驗(yàn)室。劉增良教授主持完成的“模糊控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”和“基于因素神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論的學(xué)習(xí)型模糊推理機(jī)”成果，都達(dá)到了世界先進(jìn)水平。汪培莊、樓世博、王立新、張文修、諸靜、鄧聚龍、龍升一照、李友善、李士勇、徐承偉、張化光、閏世杰、孫庚山等學(xué)者在理論上取得了許多突出研究成果，他們所做的工作都對我國的模糊控制理論及其應(yīng)用研究起到了積極的促進(jìn)作用[11]。3．2模糊控制的應(yīng)用及其所面臨的主要任務(wù)1974年，首次將模糊控制理論應(yīng)用于蒸汽機(jī)及鍋爐的控制，取得了優(yōu)于常規(guī)調(diào)節(jié)器的控制品質(zhì)。其控制方法的特點(diǎn)是把人的經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為控制策略，為模型未知的復(fù)雜系統(tǒng)控制提供了簡便的模式。此項(xiàng)研究開創(chuàng)了模糊控制理論在工程上獲得成功應(yīng)用的先河。隨后，荷蘭、丹麥、美國與日本的學(xué)者相繼將模糊控制方法成功地應(yīng)用在溫度、熱水裝置、壓力與液面、十字路口交通樞紐指揮、水泥窯生產(chǎn)過程與汽車速度等自動(dòng)控制系統(tǒng)中。，它可在控制過程中不斷修改和調(diào)整控制規(guī)則，使控制系統(tǒng)的性能不斷完善。它標(biāo)志著模糊控制器“智能化”程度進(jìn)一步向高級階段發(fā)展。1984年，美國推出“模糊推理決策支持系統(tǒng)”。80年代末在日本興起的模糊控制技術(shù)是高科技領(lǐng)域的一次革命，其成果己被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，使得日本的模糊控制理論研究和應(yīng)用水平處于世界領(lǐng)先地位。與此同時(shí)，其它國家也不示弱。日前美國國家航空與航天局(NASA)正在考慮把模糊系統(tǒng)用于太空和航空系統(tǒng)。國際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)和國際工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)機(jī)構(gòu)(IIASA )也準(zhǔn)備在大型系統(tǒng)高速推理上應(yīng)用模糊系統(tǒng)理論。有文獻(xiàn)表明，在航天器空間對接的研究中，國外己將模糊控制應(yīng)用于繞飛和最后逼近階段的控制，克服了難以建立精確數(shù)學(xué)模型的困難:在空NJ機(jī)器人的控制系統(tǒng)中應(yīng)用模糊控制，使其對負(fù)載和工作條件的變化有很強(qiáng)的適應(yīng)性。日本九州大學(xué)的戶貝博士與山川教授于1983年分別開發(fā)了將模糊推理作為硬件的模糊集成塊，后來制成了推理機(jī)及模糊控制用的“模糊計(jì)算機(jī)”。雖然戶貝博士實(shí)現(xiàn)了模糊推理，但由于使用了常規(guī)數(shù)字技術(shù)，1秒鐘只能推理1000萬次。模糊集成塊的研究除日木外，中、美、英等國都在進(jìn)行，它將朝著體積小、速度快、應(yīng)用廣等方面迅速發(fā)展，從而為模糊控制的實(shí)時(shí)應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的硬件支持。19851986年，日本進(jìn)入了模糊控制實(shí)用化時(shí)期，特別反映在：1. 過去以大型機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程為研究對象，而目前以家用電器產(chǎn)品為應(yīng)用對象。根據(jù)日本電氣公司(NEC) 1991年9月統(tǒng)計(jì)，松下、三菱、東芝等公司在空調(diào)機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)、吸塵器等電器中普遍應(yīng)用了模糊控制理論，到1994年其普及率已超過50%,有的超過了80%。2. 向復(fù)雜系統(tǒng)、智能系統(tǒng)、人類與社會系統(tǒng)以及自然系統(tǒng)方向擴(kuò)展。3. 在硬件方面進(jìn)一步研制模糊控制器、“模糊控制通用系統(tǒng)”。在國外，模糊控制器集成硬件己有出售。如富士電機(jī)公司的FRUITAX(Fuzzy Rule Information Processing Tool for Advanced Control System)。立石電機(jī)公司的FZ30U0. FZ50013和英國Image Automation公司的LINK man。推理方法有MaxMin, MaxProduct等多種，規(guī)則數(shù)多達(dá)500條，前提命題數(shù)6個(gè)，結(jié)論部命題數(shù)為2個(gè)，輸出算法根據(jù)規(guī)則可分為速度型和位置型。所有這些努力都極大地加強(qiáng)了模糊控制理論研究與應(yīng)用的效果。國內(nèi)在模糊控制應(yīng)用方面也同樣取得了顯著成果. 1986年，何剛、能秋思、劉浪舟、于旭亮、張廣成、川成力、李友善等人相繼將模糊控制方法成功地應(yīng)用在堿熔金反應(yīng)溫度、氣煉機(jī)、玻璃窯爐、化工大滯后過程、功率因素補(bǔ)償、九管還原爐與選礦破碎過程、鍋爐與甜菜制搪控制系統(tǒng)中?？梢灶A(yù)料，隨著模糊控制理淪的不斷完善，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)訌V泛。雖然經(jīng)典模糊控制理論己在工程上獲得了許多成功的應(yīng)用，但目前仍處于發(fā)展過程的初級階段，還存在大量有待解決的問題，目前所面臨的主要任務(wù)是:1. 建立一套系統(tǒng)的模糊控制理論。模糊控制理論研究還期待著堅(jiān)實(shí)的、系統(tǒng)的、奠基性的內(nèi)容，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、新型自適應(yīng)模糊控制系統(tǒng)、專家模糊控制系統(tǒng)、從而建立一套嚴(yán)格的、系統(tǒng)的模糊控制理論。2. 模糊集成控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法研究。隨著被控對象日益復(fù)雜，往往需要二種或多種控制策略的集成，通過動(dòng)態(tài)控制特性上的互補(bǔ)來獲得滿意的控制效果?，F(xiàn)代控制理淪、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論與模糊控制的相互結(jié)合以及相互滲透，可構(gòu)成所謂的模糊集成控制系統(tǒng)。對其建立一套完整的分析與設(shè)計(jì)方法也是模糊控制理論研究的一個(gè)重要方向。3. 模糊控制在非線性復(fù)雜系統(tǒng)應(yīng)用中的模糊建模、模糊規(guī)則的建立和推理算法的深入研究。4. 自學(xué)習(xí)模糊控制策略和智能化系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)。5. 常規(guī)模糊控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的改善。6. 把已經(jīng)取得的研究成果應(yīng)用到工程實(shí)際過程中，盡快轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。因此，需要加快簡單、實(shí)用的模糊集成芯片和模糊控制裝置、通用模糊控制系統(tǒng)的開發(fā)與推廣應(yīng)用。綜上所述，模糊控制在工業(yè)中的應(yīng)用是一個(gè)相對迅速發(fā)展的領(lǐng)域。隨著模糊控制理論的不斷發(fā)展和運(yùn)用，模糊控制技術(shù)將為工業(yè)過程控制開辟新的應(yīng)用途徑，前景十分光明[11]。3．3模糊控制方法的設(shè)計(jì)步驟模糊控制理論發(fā)展至今天，已形成了比較完善的理論體系，其設(shè)計(jì)方法也日益成熟。這給工程設(shè)計(jì)帶來了方便，同時(shí)也對模糊控制器的設(shè)計(jì)提出了一些基本要求。模糊控制器的設(shè)計(jì)實(shí)際上有兩大部分：（1） 信號的處理過程的設(shè)計(jì)。這部分包括測量信號的模糊化，模糊表查詢，以及輸出控制量的解模糊化。（2） 模糊控制器核心的設(shè)計(jì)。這部分包括模糊控制器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、模糊控制查詢表的建立，查詢表的建立又包括隸屬函數(shù)、控制規(guī)則和推理方法的確定。一、 模糊控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模糊控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是指確定模糊控制器的輸入變量和輸出變量。究竟選擇哪些變量作為模糊控制器的信息量，還必須深入研究在手動(dòng)控制過程中，人如何獲取、輸出信息，因?yàn)槟：刂破鞯目刂埔?guī)則歸根到底還是要模擬人腦的思維決策方式。通常將模糊控制其輸入變量的個(gè)數(shù)稱為模糊控制的維數(shù)。一般情況下，一維模糊控制器用于一階被控對象，由于這種模糊控制器只有誤差這一個(gè)輸入變量，它的動(dòng)態(tài)控制性能不佳。目前被廣泛采用的均為二維模糊控制器，這種控制器以誤差和誤差的變化為輸入變量，以控制量的變化為輸出變量。從理論上講，模糊控制器的維數(shù)越高，控制越精細(xì)。但是維數(shù)過高，模糊控制規(guī)則變得過于復(fù)雜，控制算法的實(shí)現(xiàn)相當(dāng)困難。二、 模糊控制規(guī)則的設(shè)計(jì)模糊控制器是模擬人類控制特征的一種語言控制器，它在某種程度上體現(xiàn)了人的思維方式。但客觀世界上并沒有現(xiàn)成的控制規(guī)則，它需要設(shè)計(jì)者根據(jù)控制器的結(jié)構(gòu)從大量的觀察和實(shí)驗(yàn)中提取，經(jīng)過去偽存真、去粗存精的過程，形成一系列用模糊條件語句描述的語言控制規(guī)則。因此，模糊控制器又稱模糊語言控制器。在許多情況下模糊規(guī)則的提取和選擇是一個(gè)繁復(fù)的過程，往往摻雜著許多設(shè)計(jì)者的主觀思維，而作為設(shè)計(jì)者本身，應(yīng)盡量避免或減弱這種主觀性的影響。模