【文章內(nèi)容簡介】 象，模糊控制策略是較為適宜采用的一種方案。 檢測裝置一般包括傳感器和變送裝置。它們檢測各種非電量如溫度、流量、壓力、液位、轉(zhuǎn)速、角度、濃度、成分等并變換放大為標(biāo)準(zhǔn)的電信號，包括模擬的或數(shù)字的等形式。在某些場合，檢測量也可能是電量。與一般 的自動控制系統(tǒng)一樣，模糊控制需要能夠提供實時數(shù)據(jù)的在線檢測裝置，對于有較大滯后的各種離線分析儀器，往往不能滿足模糊控制實時性的要求。檢測裝置的精度級別應(yīng)該高于系統(tǒng)的精度控制指標(biāo)，這在模糊控制系統(tǒng)中同樣適用。但是，一般認(rèn)為在以高精度為目標(biāo)的控制系統(tǒng)中不宜采用模糊控制方案，因此在模糊控制系統(tǒng)中檢測裝置的精度應(yīng)視具體控制指標(biāo)的要求具體確定。 執(zhí)行機構(gòu)是模糊控制器向被控對象施加控制作用的裝置，如工業(yè)過程控制中應(yīng)用最普遍最典型的各種調(diào)節(jié)閥。執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)的控制作用常常表現(xiàn)為使角度、位置發(fā)生變化，因此它往往 是由伺服電動機、步進(jìn)電動機、氣動調(diào)節(jié)閥、液壓閥等加上驅(qū)動裝置組成。 輸入輸出接口是實現(xiàn)模糊控制算法的計算機與控制系統(tǒng)連接的橋梁，輸入接口主要與檢測裝置連接，把檢測信號轉(zhuǎn)換為計算機所能識別處理的數(shù)字信號并輸入給計算機。輸出接口把計算機輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為執(zhí)行機構(gòu)所要求的信號，輸出給執(zhí)行機構(gòu)對被控對象施加控制作用。由于大部分檢測裝置和執(zhí)行機構(gòu)的信號都是模擬信號，因此輸入輸出接口常常是模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 A/D 和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路D/A。 模糊控制器是模糊控制系統(tǒng)的核心，也是模糊控制系統(tǒng)區(qū)別于 其他自動控制系統(tǒng)的主要標(biāo)志。模糊控制器一般由計算機實現(xiàn)，用計算機程序和硬件實現(xiàn)模糊控制算法，計算機可以是單片機、工業(yè)控制機等各種類型的微型計算機，通常模糊控制器主要由四部分組成 :模糊化 (Fuzzifer)、知識庫 (Knowledgebase)、模糊推理 (Fuzzy Reasoning)和去模糊化 (Defuzzifer)。通常情況下以系統(tǒng)輸入的誤差 E 和誤差改變量 Ec 作為模糊控制器的輸入。模糊化，通過傳感器把要監(jiān)測的物理量變 14 成電量，再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器把它轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，輸入量輸入至模糊邏輯控制器后，根據(jù)模糊集合的 隸屬函數(shù)，將該精確量轉(zhuǎn)換為模糊值。此過程就稱為精確量的模糊化或者模糊量化，其目的是把傳感器的輸入轉(zhuǎn)換成模糊控制系統(tǒng)中可以進(jìn)行模糊操作的模糊變量格式；知識庫環(huán)節(jié)，知識庫中包含了具體應(yīng)用領(lǐng)域中的知識和要求的控制目標(biāo)，通常由數(shù)據(jù)庫和模糊控制規(guī)則庫兩部分組成。這其中，數(shù)據(jù)庫主要包括語言變量的隸屬函數(shù)、尺度變換因子以及模糊空間的分級數(shù)等 ； 規(guī)則庫包括了用模糊語言變量表示的系列控制規(guī)則，它們反映了控制專家的經(jīng)驗和知識等 ； 模糊推理環(huán)節(jié)，它是模糊控制器重要組成部分，具有模擬人的基于模糊概念的推理能力，其推理是基于模糊邏輯中的 蘊含關(guān)系及推理規(guī)則來進(jìn)行的 ； 清晰化環(huán)節(jié)，它的主要功能是將模糊推理所得的控制量 (模糊量 )變換為實際用于控制的清晰量，包含兩部分內(nèi)容 ： 其一，將模糊的控制量經(jīng)清晰化處理變換為表示在論域范圍的清晰量 ； 其二，將表示在論域范圍的清晰量經(jīng)尺度變換轉(zhuǎn)換成實際的控制量。 模糊控制的基本原理 模糊控制，又稱為模糊邏輯控制，其基本思想是借助計算機和模糊集合理論來模擬人對系統(tǒng)的控制過程。 模糊控制系統(tǒng)與一般的計算機控制系統(tǒng)基本相同，不同之處僅在于控制器的結(jié)構(gòu)和功能，即模糊控制器取代普通的數(shù)字控制器。其中模糊控制器是整 個系統(tǒng)的核心，主要由四個部分組成 ： 模糊化 (Fuzzifer)、知識庫 ( Knowledgebase)、模糊推理 (FuzzyReasoning)和去模糊化 (Defuzzifer)。下面具體介紹這幾個部分的組成和功能。 為了實現(xiàn)模糊控制，必須對精確的輸入量進(jìn)行模糊化處理，這個過程就叫模糊化。 在整個模糊控制器的設(shè)計過程模糊化模塊需要進(jìn)行以下工作 ： 確定符合模糊控制器要求的輸入量和輸出量不同的控制系統(tǒng)有不同的輸入輸出，這正是確定一個控制系統(tǒng)維數(shù)的依據(jù)，而模糊控制器的維數(shù)與控制性能和控制器的復(fù)雜程度密切相 關(guān)。通常情況下系統(tǒng)以誤差 E 和誤差的變化量 Ec 作為輸入變量，這種二維單變量輸出的模糊控制器也是本文需要研究的。 15 對輸入輸出變量進(jìn)行尺度變換使之落入各自的論域范圍內(nèi)，模糊控制器的論域常用 (6， 6)，而實際的輸入量和輸出量不同的系統(tǒng)具有不同的范圍，于是需要將輸入輸出值變換到論域內(nèi)，這個過程就叫尺度變換。設(shè)輸入精確量 x 的實際變化范圍為 (a， b)，將 (a， b)區(qū)間的精確量轉(zhuǎn)化為 (6， 6)區(qū)間的變化 y，其變換式為 : 12 2abyxba ???????? ?? （ 31） 把模糊控制器的輸入量 E 和 Ec 以及輸出量 U 的實際取值范圍稱為這些變量的基本論域，顯然，這些取值都是清晰量?；菊撚蚝湍：系恼撚蚴遣煌?，為了對輸入量進(jìn)行模糊化處理，必須將基本論域轉(zhuǎn)化到模糊集合的論域。需要一個量化處理，對稱基本論域，各量化因子分別為 : 123///eeccuuk n ak n ak n a??????????? （ 32） K1， K2， K3 分別用于誤差、誤差該變量和控制量的量化。控制量的量化因子一般稱為比例因子。 K1 選的大 ，相當(dāng)于縮小了誤差的基本論域，增大了誤差對控制量的影響，所以，系統(tǒng)的超調(diào)量也較大，過渡過程較長。 K2 選的大，可使超調(diào)量減小，但系統(tǒng)響應(yīng)變緩。 K1 和 K2 相當(dāng)于在確定控制量時對 E 和 Ec 的加權(quán)，二者相互影響。作為控制器的總增益，輸出比例因子氣對控制系統(tǒng)的特性有重大影響。 K3 選的過小，會使系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)過程變長，選的過大，又會導(dǎo)致系統(tǒng)震蕩加劇。所以，為了獲得較佳的控制性能，比例因子一定要選的合適。 對已經(jīng)論域變換的輸入量進(jìn)行模糊化處理，包括模糊分割和隸屬函數(shù)的確定為了對輸入量進(jìn)行模糊化，必須知道某個輸入值對應(yīng)于論域 上的那幾個模糊集合、它們的隸屬函數(shù)是如何分布的。論域上的模糊集合個數(shù)的確定就是模糊分割。例如，誤差 e 在整個論語上分割成七個模糊集合，即 :如 PB(正大 )， PM(正中 )， PS(正小 )， ZR(零 )， NS(負(fù)小 )， NM(負(fù)中 )， NB(負(fù)大 )。隸屬函數(shù)可以采用數(shù)值法或函數(shù)描述法，常用的隸屬函數(shù)有三角形、梯形、鐘形隸屬函數(shù)等。對于設(shè)計好的模糊控制器投入使用后，由于相應(yīng)的輸入變量、模糊分割和各個模糊集合隸屬函數(shù)均已確定，于是模糊化所起的作用就是根據(jù)具體情況將某一精確輸入值 轉(zhuǎn)化為模糊量，用于確定該模糊量對于某一個或幾個模 糊集合的匹配程度，為以后的推理 16 做準(zhǔn)備。常用的模糊化方法有模糊單點、三角形、鐘形模糊等幾種。 知識庫中包含了具體應(yīng)用領(lǐng)域中的知識和要求的控制目標(biāo)。它通常由數(shù)據(jù)庫和模糊控制規(guī)則庫兩部分組成。包含了具體應(yīng)用領(lǐng)域的知識和要求。其中，數(shù)據(jù)庫主要包括尺度變換、模糊分割數(shù)以及各個模糊變量的模糊取值及相應(yīng)的隸屬函數(shù)。規(guī)則庫包括了用模糊語言表示的一系列控制規(guī)則，它們反映了控制專家的經(jīng)驗和知識。模糊控制中，專家的經(jīng)驗知識通過一組語言描述的規(guī)則表現(xiàn)出來適用于某一個系統(tǒng)的所有規(guī)則就構(gòu)成了該模糊控制系統(tǒng)的規(guī)則庫 ,規(guī)則庫通 常的形式采用 “如果 前提 ,那么 結(jié)論 的形式 ”。例如 IF? ?1 1 2 2 nnx A a n d x A a n d a n d x A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?THEN? ?11, .. ., mmy B y B??。 式中， A1…An； B1…Bm，均為模糊集合。除了上面的條件語句形式，模糊控制規(guī)還可采用表格的形式表示出來。 模糊推理是模糊控制器的核心，它具有模擬人的基于模糊概念的推理能力。模糊推理根據(jù)輸入模糊量，由模糊控制規(guī)則完成模糊推理來求解模糊關(guān)系方程，并獲得模糊控制量的功能部分。該推理過程是基于模糊邏輯中的蘊含關(guān)系及推理規(guī) 則來進(jìn)行的。例如，規(guī)則庫內(nèi)有 N 條規(guī)則，對所有的規(guī)則的蘊涵關(guān)系做綜合處理，就得到整個規(guī)則庫的總的模糊關(guān)系 R，并且12 ... NiiR R R R R??如果系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)是 |39。 39。 39。12, ,..., nA A A 。那么，模糊控制器的輸出是 39。 39。 39。 39。12( .. . )nB A A A R? ? ? ? ? 推理結(jié)果的獲得，表示模糊控制的規(guī)則推理功能己經(jīng)完成。但是這個結(jié)果仍然是