【文章內(nèi)容簡介】 稍有變化的控制對象時(shí)，系統(tǒng)性能沒有多大變化，使得現(xiàn)場調(diào)試人員不必為同一控制對象設(shè)置不同的調(diào)試參數(shù)。 模糊控制理論的發(fā)展 模糊數(shù)學(xué)是 1965 年由美國加利福尼亞大學(xué)著名的控制論專家 所創(chuàng)。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河北工業(yè)大學(xué) 城市學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 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。人們在使用過程中針對簡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. 和E. 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Σ咄瓿煽刂迫蝿?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 世河北工業(yè)大學(xué) 城市學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 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)的科技競爭力，各國爭先恐后地發(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，對常規(guī)模糊控制進(jìn)行了改進(jìn)。 我國在模糊控制技術(shù)的理論和實(shí)踐兩方面也有了長足的發(fā)展，國家經(jīng)貿(mào)于 1994年所立的國家重大技術(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)施必將對我國模糊控制技術(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，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)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和提高計(jì)算速度的方法。 河北工業(yè)大學(xué) 城市學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 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象的先進(jìn)算法，能夠顯著提高難控被控對象的控制品質(zhì)。目前發(fā)達(dá)國家正在全面推廣現(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控制性能比較 PID 控制具有結(jié)構(gòu)簡單、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。 模糊控制和 PID 控制性能各有特點(diǎn)，針對模糊控制和 PID 控制對被控對象參數(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)控制不僅對被控對象參數(shù)變化適應(yīng)能力強(qiáng)，而且在對象模型結(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，并對過程參數(shù)的變化具有較強(qiáng)的適應(yīng)性； 3. 對于具有一定操作經(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 河北工業(yè)大學(xué) 城市學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 10 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)一方面對于人具有高度的 “ 友好性 ” ；另一方面要求對 “ 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言的能力。人類彼此間之所以能進(jìn)行美好的對話，是因?yàn)橛泄餐恼Z言、知識(shí)和思維方法，且具有模糊性，容易推敲對方意圖與問題關(guān)鍵，而模糊理論是目前能用來表示現(xiàn)代水平自然語言的模糊意識(shí)的唯一理論。 現(xiàn)代控制理論和經(jīng)典控制理論，都需要建立系統(tǒng)的精確模型，往往由于某種原因?qū)ο髤?shù)發(fā)生變化，使數(shù)學(xué)模型不能準(zhǔn)確地反應(yīng)被控對象特性，現(xiàn)代控制和經(jīng)典控制無法達(dá)到 期望的指標(biāo)。 模糊控制把人類具有的比較單純的宏知識(shí)移植到被控對象上來，這將比現(xiàn)有的自動(dòng)化機(jī)械具有更好的功能，