【文章內容簡介】 經(jīng)驗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、性能指標判據(jù)。然后根據(jù)這些經(jīng)驗建立起一組用自然語言形式表達的具有模糊性的行之有效的控制規(guī)則，來對被控對象進行控制。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)在不同領域的自動控制系統(tǒng)中得以成功應用。基于經(jīng)驗的模糊控制在一些復雜條件下的控制效果要遠遠好于傳統(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。通過改進焚燒控制方式，可實現(xiàn)較穩(wěn)定的垃圾燃燒過程，減小溫度波動范圍，減輕工人勞動強度并為降低二次污染和減弱高溫腐蝕奠定基礎。3 模糊理論介紹3．1國內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)學形式直接表達出來，從而使對復雜系統(tǒng)做出合乎實際的、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。1972年，以日本東京大學為中心，發(fā)起成立了“模糊系統(tǒng)研究會”。1974年在加利福尼亞大學的美日研修班上，進行了有關“模糊集合及其應用”的國際學術交流。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”的學者已超過萬人，發(fā)表的重要論文達5000多篇，研究范圍從單純的模糊數(shù)學到模糊理論應用、: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，特別是針對復雜系統(tǒng)的自學習與參數(shù)(或規(guī)則)自調整模糊系統(tǒng)方面的研究，尤其受到各國學者的重視。日前，將神經(jīng)網(wǎng)絡和模糊控制技術相互結合，取長補短，形成一種模糊神經(jīng)網(wǎng)絡技術，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、模糊模式識別等領域取得了不少有實際影響的結果。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者都加入到研究隊伍之中。1981年，成立了中國模糊系統(tǒng)和模糊數(shù)學學會，并創(chuàng)辦了當時世界上第二份模糊專業(yè)學術雜志《模糊數(shù)學》，1987年易名為《模糊系統(tǒng)與數(shù)學》。全國至少有40多所高校開設模糊數(shù)學課程，已出版的有關模糊系統(tǒng)方面的著作約有50木，正式發(fā)表的論文已達數(shù)千篇，引起國際模糊界的特別重視。但在應用的深度和水平上還不高，模糊邏輯技術的開發(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基金項日和“863”計劃項日。1989年，國家教委在北京師范大學建立了國家級模糊實驗室。劉增良教授主持完成的“模糊控制計算機系統(tǒng)”和“基于因素神經(jīng)網(wǎng)絡理論的學習型模糊推理機”成果，都達到了世界先進水平。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用研究起到了積極的促進作用[11]。3．2模糊控制的應用及其所面臨的主要任務1974年，首次將模糊控制理論應用于蒸汽機及鍋爐的控制，取得了優(yōu)于常規(guī)調節(jié)器的控制品質。其控制方法的特點是把人的經(jīng)驗轉化為控制策略，為模型未知的復雜系統(tǒng)控制提供了簡便的模式。此項研究開創(chuàng)了模糊控制理論在工程上獲得成功應用的先河。隨后，荷蘭、丹麥、美國與日本的學者相繼將模糊控制方法成功地應用在溫度、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控制系統(tǒng)中。，它可在控制過程中不斷修改和調整控制規(guī)則，使控制系統(tǒng)的性能不斷完善。它標志著模糊控制器“智能化”程度進一步向高級階段發(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是高科技領域的一次革命，其成果己被廣泛地應用于各個領域，使得日本的模糊控制理論研究和應用水平處于世界領先地位。與此同時，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)。國際原子能機構(IAEA)和國際工業(yè)應用系統(tǒng)機構(IIASA )也準備在大型系統(tǒng)高速推理上應用模糊系統(tǒng)理論。有文獻表明，在航天器空間對接的研究中，國外己將模糊控制應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)學模型的困難:在空NJ機器人的控制系統(tǒng)中應用模糊控制，使其對負載和工作條件的變化有很強的適應性。日本九州大學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，后來制成了推理機及模糊控制用的“模糊計算機”。雖然戶貝博士實現(xiàn)了模糊推理，但由于使用了常規(guī)數(shù)字技術，1秒鐘只能推理1000萬次。模糊集成塊的研究除日木外，中、美、英等國都在進行，它將朝著體積小、速度快、應用廣等方面迅速發(fā)展，從而為模糊控制的實時應用提供了強有力的硬件支持。19851986年，日本進入了模糊控制實用化時期，特別反映在：1. 過去以大型機械設備和生產(chǎn)過程為研究對象，而目前以家用電器產(chǎn)品為應用對象。根據(jù)日本電氣公司(NEC) 1991年9月統(tǒng)計，松下、三菱、東芝等公司在空調機、全自動洗衣機、吸塵器等電器中普遍應用了模糊控制理論，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)方向擴展。3. 在硬件方面進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。如富士電機公司的FRUITAX(Fuzzy Rule Information Processing Tool for Advanced Control System)。立石電機公司的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500條，前提命題數(shù)6個，結論部命題數(shù)為2個，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了模糊控制理論研究與應用的效果。國內在模糊控制應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用在堿熔金反應溫度、氣煉機、玻璃窯爐、化工大滯后過程、功率因素補償、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。可以預料，隨著模糊控制理淪的不斷完善，應用領域將會更加廣泛。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實的、系統(tǒng)的、奠基性的內容，以解決模糊控制的機理、穩(wěn)定性分析、系統(tǒng)化設計方法、新型自適應模糊控制系統(tǒng)、專家模糊控制系統(tǒng)、從而建立一套嚴格的、系統(tǒng)的模糊控制理論。2. 模糊集成控制系統(tǒng)設計方法研究。隨著被控對象日益復雜，往往需要二種或多種控制策略的集成，通過動態(tài)控制特性上的互補來獲得滿意的控制效果?，F(xiàn)代控制理淪、神經(jīng)網(wǎng)絡理論與模糊控制的相互結合以及相互滲透，可構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計方法也是模糊控制理論研究的一個重要方向。3. 模糊控制在非線性復雜系統(tǒng)應用中的模糊建模、模糊規(guī)則的建立和推理算法的深入研究。4. 自學習模糊控制策略和智能化系統(tǒng)及其實現(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)取得的研究成果應用到工程實際過程中，盡快轉化為生產(chǎn)力。因此，需要加快簡單、實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)與推廣應用。綜上所述，模糊控制在工業(yè)中的應用是一個相對迅速發(fā)展的領域。隨著模糊控制理論的不斷發(fā)展和運用，模糊控制技術將為工業(yè)過程控制開辟新的應用途徑，前景十分光明[11]。3．3模糊控制方法的設計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，其設計方法也日益成熟。這給工程設計帶來了方便，同時也對模糊控制器的設計提出了一些基本要求。模糊控制器的設計實際上有兩大部分：（1） 信號的處理過程的設計。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計。這部分包括模糊控制器結構的設計、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、 模糊控制器的結構設計模糊控制器的結構設計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控制過程中，人如何獲取、輸出信息，因為模糊控制器的控制規(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輸入變量，它的動態(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。但是維數(shù)過高，模糊控制規(guī)則變得過于復雜，控制算法的實現(xiàn)相當困難。二、 模糊控制規(guī)則的設計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，它需要設計者根據(jù)控制器的結構從大量的觀察和實驗中提取，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繁復的過程，往往摻雜著許多設計者的主觀思維，而作為設計者本身，應盡量避免或減弱這種主觀性的影響。模