【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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(guò)程用比較簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)形式直接表達(dá)出來(lái)，從而使對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)做出合乎實(shí)際的、符合人類(lèi)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(huì)”。 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(guó)際學(xué)術(shù)交流。 1978年在國(guó)際上開(kāi)始發(fā)行 Fuzzy Sets and Systems專(zhuān)業(yè)雜志。 1984年 IFS從 International Fuzzy System Association)正式成立，并已召開(kāi)了幾屆國(guó)際模糊系統(tǒng)會(huì)議。從 1992年起， IEEE Fuzzy Systems國(guó)際會(huì)議每年舉辦一次。 1993年，IEEE Trans. On Fuzzy Systems開(kāi)始出版。 至今，世界上研究“模糊”的學(xué) 者已超過(guò)萬(wàn)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、模糊系統(tǒng)及其硬件集成 .與知識(shí)工程和控制方面有關(guān)的研究有 :模糊建模理論、模糊序列、模糊識(shí)別、模糊知識(shí)庫(kù)、模糊語(yǔ)言規(guī)則、模糊近似推理等。 最近幾年，對(duì)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(zhuān)家模糊控制與多變量模糊控制的研究，特別是針對(duì)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(guó)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(zhǎng)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(guó)對(duì)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(shí)、模糊聚類(lèi)分析、模糊圖像處理、模糊信息論、模糊模式識(shí)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(kāi)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(zhuān)家與學(xué)者都加入到研究隊(duì)伍之中。 1981年，成立了中國(guó)模糊系統(tǒng)和模糊數(shù)學(xué)學(xué)會(huì)，并創(chuàng)辦了當(dāng)時(shí)世界上第二份模糊專(zhuān)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(guó)至少有 40多所高校開(kāi)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)表的論文中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文 第 14 頁(yè) 共 39 頁(yè) 已達(dá)數(shù)千篇，引起國(guó)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(kāi)發(fā)工具落后，許多系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)方法仍停留在原始的手工編程開(kāi)發(fā)階段。我國(guó)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(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)日和“ 863”計(jì)劃項(xiàng)日。 1989年，國(guó)家教委在北京師范大學(xué)建立了國(guó)家級(jí)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(duì)我國(guó)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，英國(guó)倫敦大學(xué)教授 ，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(jiǎn)便的模式。此項(xiàng) 研究開(kāi)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(guó)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(guò)程與汽車(chē)速度等自動(dòng)控制系統(tǒng)中。 1979年英國(guó)的 器，它可在控制過(guò)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(jí)階段發(fā)展。 1984年，美國(guó)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(guó)家也不示弱，美國(guó)也投入了相當(dāng)大的人力與財(cái)力 .支持模糊控制理論與應(yīng)用的研究。日前美國(guó)國(guó)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(guó)際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)和國(guó)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(duì)接的研究中，國(guó)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(duì)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(kāi)發(fā)了將模糊推理作為硬件的模糊集中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文 第 15 頁(yè) 共 39 頁(yè) 成塊，后來(lái)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(wàn)次。模糊集成塊的研究除日木外，中、美、英等國(guó)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(guò)去以大型機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn) 過(guò)程為研究對(duì)象，而目前以家用電器產(chǎn)品為應(yīng)用對(duì)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(guò) 50%,有的超過(guò)了 80%。 2. 向復(fù)雜系統(tǒng)、智能系統(tǒng)、人類(lèi)與社會(huì)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、模糊推理等專(zhuān)用芯片 .并且開(kāi)發(fā)“模糊控制通用系統(tǒng)”。在國(guó)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(guó) 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(guó)內(nèi)在模糊控制應(yīng)用方面也同樣取得了顯著成果 . 1986年，都志杰等人用單片機(jī)研制了工業(yè)用模糊控制器 .隨后，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(guò)程、功率因素補(bǔ)償、九管還原爐與選礦破碎過(guò)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)?huì)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(yīng)用，但目前仍處于發(fā)展過(guò)程的初級(jí)階段，還存在大量有待解決的問(wèn)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(zhuān)家模糊控制系統(tǒng)、神經(jīng)模糊控制系統(tǒng)和多變量模糊控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)等一系列問(wèn)題 .以促進(jìn)模糊控制理論的發(fā)展，從而建立一套嚴(yán)格的、系中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文 第 16 頁(yè) 共 39 頁(yè) 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(duì)象日益復(fù)雜，往往需要二種或多種控制策略的集成，通過(guò)動(dòng)態(tài)控制特性上的互補(bǔ)來(lái)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(duì)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(guò)程中，盡快轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。因此，需要加快簡(jiǎn)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(kāi)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(duì)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(guò)程控制開(kāi)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(lái)了方便，同時(shí)也對(duì)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(hào)的處理過(guò)程的設(shè)計(jì)。這部分包括測(cè)量信號(hào)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(guò)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。 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文 第 17 頁(yè) 共 39 頁(yè) 通常將模糊控制其輸入變量的個(gè)數(shù)稱(chēng)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(duì)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(guò)高，模糊控制規(guī)則變得過(guò)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(lèi)控制特征的一種語(yǔ)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(méi)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(guò)去偽存真、去粗存精的過(guò)程，形成一系列用模糊條件語(yǔ)句描述的語(yǔ)言控制規(guī)則。因此，模糊控制器又稱(chēng)模糊語(yǔ)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(guò)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。 模糊控制規(guī)則是由若干語(yǔ)言變量構(gòu)成的模糊條件語(yǔ)句，他們反映了人類(lèi)的某種思維方式。例如，人 在描述車(chē)速時(shí)，常用“快”、“較快”、“很快”、“較慢”等詞匯，在描述人的年齡時(shí)，常用“老年”、“中年”、“青年”等。一般控制規(guī)則的表達(dá)方式則是：若“ A”則“ B”（即 if A then B）等形式，而里面的 A、 B 即是“快”“慢”等此類(lèi)的模糊子集。在控制參數(shù)模糊化前，首先要確定其基本語(yǔ)言值，然后根據(jù)語(yǔ)言值確定其隸屬函數(shù)和論域。如在描述誤差的大小時(shí)，先確定語(yǔ)言變量的三個(gè)元值：“正”、“零”、“負(fù)”，如果需要的話還可以生成“正大”、“正中”、“正小”、“正零”、“負(fù)零”、“負(fù)小”、“負(fù)中”、“負(fù)大”等。一般來(lái)說(shuō)，一 個(gè)語(yǔ)言變量的語(yǔ)言值越多，對(duì)事物的描述就越準(zhǔn)確，可能得到的控制效果就越好。但是，過(guò)細(xì)的劃分反而有可能使控制規(guī)則變得很復(fù)雜。因此，應(yīng)根據(jù)具體情況來(lái)定。 控制規(guī)則的設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)模糊控制器的關(guān)鍵，一般包括三部分設(shè)計(jì)內(nèi)容：選擇描述輸入輸出變量的詞集，定義各模糊變量的模糊子集及建立模糊控制器的控制規(guī)則。 三、 精確量的模糊化方法 由于模糊控制器內(nèi)部的推理和規(guī)則表達(dá)都是采用模糊語(yǔ)言描述，而系統(tǒng)測(cè)量得到的卻是精確的數(shù)字，所以就存在著一個(gè)將精確量（數(shù)字量）轉(zhuǎn)換為模糊量的過(guò)程。 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文 第 18 頁(yè) 共 39 頁(yè) 如圖 所示：模糊控制器的輸入變量的實(shí)際變化范圍 [a， b]（ a， b 為實(shí)數(shù)）稱(chēng)為這些變量的基本論域，基本論域內(nèi)的量為精確量。模糊化則是要將在基本論域[a， b]中的精確量映射為到論域 [n， n]（ n 為正整數(shù)）中。 圖 論域模糊化 設(shè)某精確量的實(shí)際變化范圍為 [a， b]，其相應(yīng)的論域?yàn)?[n， n]，