模糊控制系统研究与应用

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1、模糊控制系统研究与应用1、概述：　　传统的自动控制，包括经典理论和现代控制理论中有一个共同的特点，即控制器的综合设计都要建立在被控对象准确的数学模型(如微分方程、传递函数或状态方程)的基础上，但是在实际工业生产中，很多系统的影响因素很多，十分复杂。建立精确的数学模型特别困难，甚至是不可能的。这种情况下，模糊控制的诞生就显得意义重大，模糊控制不用建立数学模型，根据实际系统的输入输出的结果数据，参考现场操作人员的运行经验，就可对系统进行实时控制。　　自1965年L.A.Zadeh教授提出了模糊数学理论，模糊理论开始发展起来。1974年，Ma

2、mdani在蒸汽发动机上成功地运用了模糊控制，开始了模糊控制的应用阶段。模糊控制实际上是一种非线性控制，从属于智能控制的范畴。由于模糊控制不要求知道被控对象的精确数学模型，而且鲁棒性强，根据实际系统的输入输出结果数据，参考现场操作人员的运行经验，就可对系统进行实时控制，使得模糊控制得到了迅速发展，广泛地应用于工业、家用电器、机器人等许多领域。　　2、模糊控制具有的突出特点：　　2.1优点：　　(1)模糊控制是一种基于规则的控制，它直接采用语言型控制规则，出发点是现场操作人员的控制经验或相关专家的知识，在设计中不需要建立被控对象的精确的数

3、学模型，因而使得控制机理和策略易于接受与理解，设计简单，便于应用。　　(2)由工业过程的定性认识出发，比较容易建立语言控制规则，因而模糊控制对那些数学模型难以获取，动态特性不易掌握或变化非常显著的对象非常适用。　　(3)基于模型的控制算法及系统设计方法，由于出发点和性能指标的不同，容易导致较大差异;但一个系统语言控制规则却具有相对的独立性，利用这些控制规律间的模糊连接，容易找到折中的选择，使控制效果优于常规控制器。　　(4)模糊控制是基于启发性的知识及语言决策规则设计的，这有利于模拟人工控制的过程和方法，增强控制系统的适应能力，使之具有

4、一定的智能水平。　　(5)模糊控制系统的鲁棒性强，干扰和参数变化对控制效果的影响被大大减弱，尤其适合于非线性、时变及纯滞后系统的控制。　　2.2模糊控制的主要缺陷：　　(1)精度不太高;(2)自适应能力有限;(3)易产生振荡现象。　　3、模糊控制方法的研究现状　　3.1、Fuzzy-PID复合控制　　Fuzzy-PID复合控制指的是模糊技术与常规的PID控制算法相结合的一种控制方法。这种控制方法常见的一种是Fuzzy-PI双模控制形式。这种改进的控制方法的出发点主要是因为模糊控制器本身消除系统稳态误差的性能比较差，难以达到较高的控制精度

5、。而PI调节器的积分调节作用从理论上可使系统的稳态误差控制为零，有着很好的消除误差作用。因此把模糊控制和PI调节器相结合以增加稳态控制性能。　　3.2、参数自整定模糊控制　　参数自整定模糊控制根据控制系统的性能来在线地整定比例因子K1、K2和K3，使它们保持合适的数值，从而使系统的性能达到令人满意的水平。这种控制方法较之常规的固定比例因子的模糊控制方法，对环境变化有较强的自适应能力，在随机环境中能对控制器进行自动校正，使得在被控对象特性变化或扰动情况下，控制系统保持较好的性能。参数自整定模糊控制比常规的模糊控制系统(FCS)增加了两个功

6、能模块，一个是系统的性能测量模块。它由系统误差e，误差变化率ec等计算出表征系统性能指标的数据;一个是比例因子调整功能模块，它用一套调整算法在线调整比例因子。　　3.3、模型参考自适应模糊控制　　利用参考模型输出与控制作用下系统输出间的偏差来修正模糊控制器的输出，包括比例因子、解模糊策略、模糊控制规则等。　　3.4、自组织模糊控制　　将参考模型和自组织机制相结合，它能自动的对模糊控制规则进行修改、改进和完善，以提高控制系统的性能。自组织模糊控制系统比一般的模糊控制器增加了三个环节：性能测量环节、控制量校正环节和控制规则修正环节。性能测量

7、环节用于测量实际输出特性与希望特性的偏差，以确定输出响应的校正量。控制量校正环节将输出响应的校正量转换为对控制量的校正量。控制规则修正环节修改模糊控制器的控制规则，这样也就实现了对控制量的校正。　　3.5、具有自学习功能的模糊控制　　包括多种对外扰影响或重复任务的性能具有自学习功能的模糊控制方法，以及自寻优模糊控制器等，其关键在于学习和寻优算法的设计，尤其是提高其速度和效率。　　3.6、多变量模糊控制　　一个多变量模糊控制器有多个输入变量和输出结果、一般采用结构分解和分居分级结构，利用多个简单的模糊控制器进行组合，并兼顾多规则集之间的相

8、互关系。文献[16]介绍了它的一种应用。　　4、模糊控制的进展　　目前，模糊控制技术日趋成熟和完善。各种模糊产品充满了日本、西欧和美国市场，如模糊洗衣机、模糊吸尘器和模糊摄像机等等，模糊技术几乎变得无所不能