【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，就可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。模糊控制器的特點(diǎn)（5）中闡述模糊控制對(duì)干擾和參數(shù)變化不敏感和模糊控制不用建立數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)，使得模糊控制對(duì)在不同環(huán)境下的同一直流電機(jī)對(duì)象（在不同環(huán)境下，同一對(duì)象的參數(shù)或許己經(jīng)發(fā)生了不小的變化）進(jìn)行控制，或是己經(jīng)調(diào)好的模糊控制系統(tǒng)應(yīng)用于參數(shù)稍有變化的控制對(duì)象時(shí)，系統(tǒng)性能沒有多大變化，使得現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員不必為同一控制對(duì)象設(shè)置不同的調(diào)試參數(shù)。他在深入探索和研究“大系統(tǒng)”、“模糊性”、“計(jì)算機(jī)”和“人腦思維”間的關(guān)系中，從數(shù)學(xué)與人腦思維的分離處入手，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Contor所創(chuàng)的集合論實(shí)質(zhì)上是剔除了模糊性而抽象出來的數(shù)學(xué)概念，是把思維過程絕對(duì)化，從而達(dá)到精確和嚴(yán)格的目的。為此，他將模糊性和數(shù)學(xué)統(tǒng)一起來，并且不是讓數(shù)學(xué)放棄其嚴(yán)格性去遷就模糊性，而是讓數(shù)學(xué)回過頭來吸取人腦對(duì)于模糊現(xiàn)象認(rèn)識(shí)和推理中的優(yōu)點(diǎn)，于是在1965年發(fā)表了第一篇開創(chuàng)性經(jīng)典論文“Fuzzy Sets”，這就標(biāo)志著模糊數(shù)學(xué)的正式誕生。模糊數(shù)學(xué)在工業(yè)生產(chǎn)控制中的實(shí)際應(yīng)用要晚近十年，突破性工作當(dāng)首推英國(guó)劍橋的E. H. Mamdani，他于1974年首次應(yīng)用模糊控制器實(shí)現(xiàn)了對(duì)蒸汽機(jī)的控制，并獲得了比傳統(tǒng)DDC控制更好的效果。進(jìn)入80年代，曾掀起一股模糊控制的研究熱潮。模糊控制技術(shù)開辟了自動(dòng)控制的一條新途徑。模糊控制器理論的早期應(yīng)用是在一些特定的專用控制系統(tǒng)中?，F(xiàn)在，模糊控制器的發(fā)展異常迅速，通用模糊控制器和軟件的研究更引人注目。國(guó)外很多廠家已紛紛推出商品化的通用模糊控制器和通用軟件，模糊控制器開發(fā)支持工具等。1987年日本出現(xiàn)了利用模糊推理芯片制作的模糊計(jì)算機(jī)。緊接著，1988年又成功研制了世界上第一個(gè)模糊計(jì)算機(jī)微處理器。隨后不久，美國(guó)制成了具有模糊化、模糊推理和反模糊化命令句的第三代模糊微處理器。這意味著模糊控制技術(shù)己開始深入到硬件技術(shù)之中，而硬件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)將會(huì)帶來模糊控制系統(tǒng)的更新飛躍。多年來，模糊邏輯的應(yīng)用日益廣泛。據(jù)文獻(xiàn)資料報(bào)導(dǎo)，從金融系統(tǒng)到地震預(yù)報(bào)工程等各個(gè)領(lǐng)域，均有不少應(yīng)用實(shí)例。并且，許多應(yīng)用實(shí)例都證明基于模糊邏輯控制器（FLC）的系統(tǒng)，具有比傳統(tǒng)控制系統(tǒng)更優(yōu)良的性能。模糊控制在工業(yè)中的應(yīng)用已經(jīng)取得顯著效果的有：熱交換過程控制，交通管理，水泥窯，模型小車?？亢娃D(zhuǎn)向，機(jī)器人，汽車傳動(dòng)與速度控制，以及水凈化，電梯，電力系統(tǒng)及原子核反應(yīng)控制等。模糊控制理論除了在大型工業(yè)設(shè)備和過程控制領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用以外，至今在計(jì)算機(jī)制造、故障診斷、圖象識(shí)別、天氣預(yù)報(bào)以及家電產(chǎn)品等各個(gè)領(lǐng)域中，也得到越來越普遍的應(yīng)用。模糊控制的發(fā)展可大致劃分為以下三個(gè)階段：第一階段：（19651974）萌芽階段。主要是模糊數(shù)學(xué)的發(fā)展和成形時(shí)期。第二階段：（19741979）簡(jiǎn)單模糊控制器階段。這種控制器的模糊控制表通過離線運(yùn)算，在線調(diào)試完成后一直保持不變，因此其自適應(yīng)能力和魯棒性有限，穩(wěn)態(tài)精度也不是很理想。第三階段：（1979）高性能模糊控制器階段。人們?cè)谑褂眠^程中針對(duì)簡(jiǎn)單模糊控制器的不足，提出了很多高性能模糊控制策略。特別是1979年由T. . H. Mamdani共同提出了給模糊控制器增加學(xué)習(xí)功能，使之能在控制過程中不斷獲取新的信息，并對(duì)控制量作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，系統(tǒng)性能大為改善。近些年來，模糊控制發(fā)展迅速，這主要是由于模糊控制器可以應(yīng)用專家的控制經(jīng)驗(yàn)，對(duì)難以建立精確數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。這是因?yàn)檫^程操作人員的控制方法是建立在直觀的和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，他們憑借實(shí)踐積累的經(jīng)驗(yàn)，采取適當(dāng)?shù)膶?duì)策完成控制任務(wù)，于是，人們把操作人員的控制經(jīng)驗(yàn)歸納成定性描述的一組條件語句，然后運(yùn)用模糊集合理論將其定量化，使控制器得以接受人的經(jīng)驗(yàn)，模仿人的操作策略，這樣就產(chǎn)生了以模糊集合理論為基礎(chǔ)的模糊控制器。模糊控制理論的提出是控制思想的一次深刻的變革，它標(biāo)志著人工智能發(fā)展到了一個(gè)新的階段。模糊技術(shù)作為一門引人注目的應(yīng)用科學(xué)，越來越受到全世界人們的關(guān)注，專家們認(rèn)為它有可能成為21世紀(jì)科學(xué)發(fā)展的一項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)。為了確保21世紀(jì)的科技競(jìng)爭(zhēng)力，各國(guó)爭(zhēng)先恐后地發(fā)展模糊技術(shù)。在日本，模糊控制得到了廣泛應(yīng)用。許多公司成立了模糊系統(tǒng)研究機(jī)構(gòu)專門從事模糊系統(tǒng)的研究，并取得了很好的進(jìn)展。表現(xiàn)在模糊控制在洗衣機(jī)、吸塵器、冶金、制造等自動(dòng)控制行業(yè)中的應(yīng)用。除此外，模糊邏輯芯片和模糊計(jì)算機(jī)的研制也取得了進(jìn)展。模糊集合理論是模糊控制器的基礎(chǔ)，模擬人的知識(shí)表達(dá)、知識(shí)推理方法是模糊理論的表達(dá)方法，其基本內(nèi)容包括：模糊化、模糊控制規(guī)則、模糊推理和精確化。模糊控制是一種類人智能控制，可以實(shí)現(xiàn)非線性控制，可以得到比常規(guī)控制更優(yōu)良的控制效果，能實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜過程的控制。然而，模糊控制要有較好的發(fā)展，必須具有較完善的控制規(guī)則。對(duì)于某些復(fù)雜的工業(yè)過程，有時(shí)難以總結(jié)出較完整的經(jīng)驗(yàn)，并且當(dāng)對(duì)象動(dòng)態(tài)特性發(fā)生變化，或者受到隨機(jī)干擾的影響時(shí)模糊控制的效果為了促進(jìn)模糊控制的深人發(fā)展。至今為止，國(guó)際上召開了五屆IFSA全世界學(xué)術(shù)大會(huì)，眾多學(xué)者也進(jìn)行了卓有成效的工作，對(duì)常規(guī)模糊控制進(jìn)行了改進(jìn)。我國(guó)在模糊控制技術(shù)的理論和實(shí)踐兩方面也有了長(zhǎng)足的發(fā)展，國(guó)家經(jīng)貿(mào)于1994年所立的國(guó)家重大技術(shù)項(xiàng)目“模糊控制技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用”中特別包含了一個(gè)子項(xiàng)目——模糊控制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化。這個(gè)項(xiàng)目，由國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局標(biāo)準(zhǔn)化司直接承擔(dān)并負(fù)責(zé)組織實(shí)施，迄今已有兩年時(shí)間，取得了重大進(jìn)展。這個(gè)子項(xiàng)目的實(shí)施必將對(duì)我國(guó)模糊控制技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響?？梢哉f，模糊控制無所不在，且與人們的生活息息相關(guān)。專家認(rèn)為模糊控制技術(shù)高深莫測(cè)，它還有很大潛力可挖，未來的某一天，它將會(huì)以更使人出乎意料的面目出現(xiàn)在世人的面前。目前，在模糊控制理論方面應(yīng)加強(qiáng)研究的主要課題為：①尋找適合于解決工程普遍問題的穩(wěn)定性分析方法，穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)方法和可控性的評(píng)價(jià)方法。②模糊控制規(guī)則設(shè)計(jì)方法的研究，包括模糊集合隸屬函數(shù)的評(píng)定方法，關(guān)于量化水平，采樣周期的最優(yōu)選擇，最小實(shí)現(xiàn)以及規(guī)則和隸屬函數(shù)參數(shù)的自動(dòng)生成等問題。③模糊控制器參數(shù)的最優(yōu)調(diào)整理論的確定及修正推力規(guī)則學(xué)習(xí)方式。④模糊動(dòng)態(tài)模型的辨識(shí)方法。⑤模糊預(yù)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和提高計(jì)算速度的方法。模糊控制向三個(gè)方面發(fā)展：①如前所述，模糊控制是控制難控被控對(duì)象的先進(jìn)算法，能夠顯著提高難控被控對(duì)象的控制品質(zhì)。目前發(fā)達(dá)國(guó)家正在全面推廣現(xiàn)有的模糊控制技術(shù)，企圖將難控被控對(duì)象都換成模糊控制改善控制性能。②完善模糊控制智能研制自適應(yīng)、自組織、自學(xué)習(xí)、帶積分的模糊控制器完善智能。③研制廉價(jià)模糊控制技術(shù)。PID控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性能好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，適用于可建立精確數(shù)學(xué)模型的確定性控制系統(tǒng)，PID控制之中最關(guān)鍵的是PID 參數(shù)整定，傳統(tǒng)方法是在獲取對(duì)象數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)某一整定原則來確定參數(shù)。但在實(shí)際應(yīng)用中，許多被控對(duì)象具有機(jī)理復(fù)雜，高非線性，時(shí)變不確定性和滯后性等特征。對(duì)于大滯后、非線性的復(fù)雜系統(tǒng)，常規(guī)PID控制很難保證其控制效果始終處于最佳狀態(tài)。模糊控制不需要控制對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，它是一種基于規(guī)則的控制，依據(jù)操作人員的控制經(jīng)驗(yàn)和專家的知識(shí)，通過查表就可以得到控制量，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，控制效果好，因而模糊控制的控制性能比傳統(tǒng)的PID控制有明顯的優(yōu)勢(shì)。模糊控制和PID控制性能各有特點(diǎn)，針對(duì)模糊控制和PID控制對(duì)被控對(duì)象參數(shù)變化的自適應(yīng)能力方面進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)，常規(guī)的PID控制盡管能達(dá)到一定的效果，但基本上對(duì)電機(jī)參數(shù)變化基本上沒有適應(yīng)能力，模糊控制器較PID調(diào)節(jié)控制不僅對(duì)被控對(duì)象參數(shù)變化適應(yīng)能力強(qiáng)，而且在對(duì)象模型結(jié)構(gòu)發(fā)生較大改變的情況下，也能獲得較好的控制效果。模糊控制有許多傳統(tǒng)控制無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，例如：，可不需要掌握過程的精確數(shù)學(xué)模型； 2. 采用模糊控制，過程的動(dòng)態(tài)響應(yīng)品質(zhì)優(yōu)于常規(guī)PID控制，并對(duì)過程參數(shù)的變化具有較強(qiáng)的適應(yīng)性； 3. 對(duì)于具有一定操作經(jīng)驗(yàn)、而非控制專業(yè)的工作者控制方法易于掌握； 4. 工作人員易于通過人的自然語言進(jìn)行人機(jī)界面聯(lián)系，這些模糊條件語句很容易加入到過程的控制環(huán)節(jié)上。 3 模糊控制直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案今后控制理論面臨的突出問題是既要繼續(xù)發(fā)展身理論，又要在應(yīng)用方面留下實(shí)實(shí)在在的成果。最近，新技術(shù)發(fā)展日新月異，通常使機(jī)電設(shè)備性能更加完善與提高，但往往不能很好地發(fā)揮。這是因?yàn)闄C(jī)電性能越提高、越完善，對(duì)用戶知識(shí)和熟練技術(shù)的要求也越高，要百分之百地發(fā)揮機(jī)器性能就越難，特別是與計(jì)算機(jī)相關(guān)聯(lián)的技術(shù)中，這種傾向的感受更為激烈。因此，從機(jī)器（系統(tǒng)）方面來說，應(yīng)該具有迎合使用者的能力，這就要求構(gòu)成一種“人機(jī)友好系統(tǒng)”。這就要求這種系統(tǒng)一方面對(duì)于人具有高度的“友好性”；另一方面要求對(duì)“誰”都是易于使用的。作為人類真正友好系統(tǒng)，必須像人們彼此間相互討論、相互交流那樣具有理解自然語