智能控制課作業(yè)

1、智能控制技術(shù)在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域的應(yīng)用模糊PID控制1/34一、電氣傳動(dòng)1.1.電氣傳動(dòng)電氣傳動(dòng) 是指用電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，去帶動(dòng)各種類型的生產(chǎn)機(jī)械、交通車(chē)輛以及生活中需要運(yùn)動(dòng)的物品。自從人類發(fā)明并掌握各種機(jī)械幫助自己勞動(dòng)以來(lái)，就需要有推動(dòng)機(jī)械的原動(dòng)力，除人力本身外，最初使用的是畜力、水力和風(fēng)力，后來(lái)又發(fā)明了蒸汽機(jī)、柴油機(jī)、汽油機(jī)，19世紀(jì)才發(fā)明電動(dòng)機(jī)。2.2.電氣傳動(dòng)成為主要傳動(dòng)方式電氣傳動(dòng)成為主要傳動(dòng)方式電氣傳動(dòng)成為工業(yè)化的重要基礎(chǔ)，同時(shí)成為絕大部分機(jī)械傳動(dòng)的傳動(dòng)方式。其主要原因在于：（1）電機(jī)的效率高，運(yùn)轉(zhuǎn)比較經(jīng)濟(jì) （2）電能的傳輸和分配比較方便 2/34（3）電能容易控制 3.現(xiàn)代電氣

2、傳動(dòng)控制的發(fā)展 3.1數(shù)據(jù)控制和數(shù)據(jù)通訊成為現(xiàn)代電氣傳動(dòng)控制的主要措施 機(jī)械控制是最早的自動(dòng)控制手段，之后才逐步有了電氣控制和電子控制其中，電子控制在近代的電氣傳動(dòng)控制手段中，占的比例很大，所謂電子控制方法主要包括模擬控制和數(shù)字控制兩種。從上世紀(jì)70年代起，耗電少、體積小、成本低、可靠性高、速度快、功能強(qiáng)的大規(guī)模集成電路微處理器發(fā)展到商品化階段，電子控制是了新臺(tái)階?，F(xiàn)代電氣傳動(dòng)系統(tǒng)控制器的主要形式是微處理器為核心的數(shù)字控制。平時(shí)常見(jiàn)的微處理器主要包括單片機(jī)，(SCP)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、集成電路(ASIC)，精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)(RISC)和包含微處理器的高級(jí)專用。 因?yàn)槌话愕挠?jì)算功能外

3、，計(jì)算機(jī)還具有邏輯判斷和數(shù)值運(yùn)算的兩大功能，所以電子控制中的數(shù)字控制和模擬控制相比優(yōu)點(diǎn)突出：其一是數(shù)字控制器能夠?qū)崿F(xiàn)各種比較復(fù)雜的控制策略，模擬控制做不到；其二是數(shù)字控制系統(tǒng)還可以自診故障，提高診斷過(guò)程的智能化。 反觀在模擬控制過(guò)程中，在提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性時(shí)，一般是使用閉環(huán)控制，也就是使用比例積分調(diào)節(jié)器。這時(shí)如果系統(tǒng)突然受到干擾，輸出量發(fā)生變通過(guò)負(fù)反饋，這時(shí)由于比例積分調(diào)節(jié)器的作用，系統(tǒng)的輸出量又回到原來(lái) 3/34 電子器件的基本發(fā)展方向是，模塊化、集成化、高頻化、改善封裝和采用新材料(如SIC)等，這種發(fā)展為電氣傳動(dòng)的信息化、智能化的控制提供了重要基礎(chǔ)和保障。在電力電子變換器中，主要是由全控器

4、件組成的斬波器或PWM變換器以及晶閘管相控整流器。用于控制直流電機(jī)。變壓變頻器主要用于控制交流電機(jī)，其中中、小容量的多為PWM變換器。 由于電力電子變換器的普及，使得諧波和無(wú)功電流給供電電網(wǎng)造成一定的“電力公害”，必須采取相應(yīng)措施：一是采用有源濾波和無(wú)功補(bǔ)償；二是開(kāi)發(fā)“綠色”電力電子變換器，這是一種治本的辦法，因?yàn)樗蠊β室驍?shù)可控，各次諧波分量小于國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)允許的限度?，F(xiàn)在實(shí)際應(yīng)用的綠色變換器有：雙PWM交直交變換器、多單元串聯(lián)的中壓變換器、多電平中壓變換器等多種。被看好并會(huì)被開(kāi)發(fā)的有：交一，交矩陣式變換器，它具有輸入電流和輸出電壓都接過(guò)正弦波、能量傳輸可逆、可省去直流濾波電容等優(yōu)點(diǎn)。3

5、.3直流傳動(dòng)逐步取代可控交流電氣傳動(dòng)是基本趨勢(shì) 雖然在19世紀(jì)直流電氣傳動(dòng)和交流電氣傳動(dòng)先后誕生，但到20世紀(jì)以后的年代里，由于二者性能不同，應(yīng)用情況也有所區(qū)別，比如直流傳動(dòng)具有優(yōu)越的可控性能，于是高性能可調(diào)速傳動(dòng)一般都用直流電機(jī)，而約占電氣傳動(dòng)總?cè)萘?0%的不變速傳動(dòng)則采用交流電機(jī)，這種分工格局是客觀的。但是到了1970年以后，電力電子變換器的高效交流變頻傳動(dòng)開(kāi)發(fā)成功，優(yōu)點(diǎn)很多，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、效率高、成本低廉，工作可靠、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小的交流 4/34 數(shù)值。這樣只要偏差存在，比例、積分都起作用。在過(guò)渡過(guò)程中，如輸出量出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，若比例作用太強(qiáng)，會(huì)使系統(tǒng)不能正常工作。如

6、果人們采用微機(jī)數(shù)字控制，能分離開(kāi)比例、積分作用。一旦偏差大時(shí)，可以只讓比例發(fā)揮作用，可以迅速減少偏差。偏差低到一定程度后，再將積分投入，以最終消除穩(wěn)態(tài)誤差，使得兩種作用各得其所，這就避免了相互之間的矛盾，達(dá)到提高系統(tǒng)的控制性能之目的。3.2電力電子變換器是物質(zhì)能量流與信息流之間必需的接口 由于有電力電子變換，才有弱電控制強(qiáng)電的接口，否則信息始終就是信息，不可能真正用來(lái)控制物質(zhì)產(chǎn)生，所以，電力電子技術(shù)是信息流與物質(zhì)能量流之間的重要紐帶。當(dāng)今正是電力電子技術(shù)蓬勃發(fā)展時(shí)期，許多新的電力電子器件和變換技術(shù)正在大量涌現(xiàn)。其中電力電子器件的發(fā)展大體分三個(gè)階段：開(kāi)始是晶閘管(SCR)；其次是GTR和CTO；

7、第三是IGBT。現(xiàn)在市場(chǎng)上IGBT能夠廣泛供應(yīng)，但由于其電壓和電流容量有限，所以只能在中、小容量的低壓電氣傳動(dòng)使用。如果容量再大，必須采用GTO，由于GTO的可靠性不很高，所以，現(xiàn)在各國(guó)電力電子企業(yè)和研究所都在努力開(kāi)發(fā)新型的高壓功率開(kāi)關(guān)器件，并且有的已經(jīng)問(wèn)世了。例如，IGCTIEGT以及3300-6000V的IGBT等，這些都可供中壓、大容量電氣傳動(dòng)使用。從總的看，電力 5/34 籠型電機(jī)進(jìn)入了可調(diào)速領(lǐng)域，打破了交直流傳動(dòng)按調(diào)速分工的格局。交流調(diào)速傳動(dòng)發(fā)展方向和應(yīng)用體現(xiàn)三方面；一是一般性能的節(jié)能調(diào)速和工藝調(diào)速；二是高性能交流調(diào)速系統(tǒng)；三是特大容量、極高轉(zhuǎn)速的交流傳動(dòng)。 國(guó)內(nèi)外在交流調(diào)速上發(fā)展都

8、非常快，交流傳動(dòng)中一般采用交直交變頻。所謂變頻調(diào)速，即把50HZ的交流電源變成直流電，再把直流電逆變成不同頻率的交流電，將由變換后的電源頻率來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法。 我國(guó)要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，節(jié)約能量是必須的。變頻調(diào)速對(duì)節(jié)約電能相當(dāng)可觀。在實(shí)際應(yīng)用中，風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)大約40%應(yīng)用電氣傳動(dòng)，但應(yīng)用變頻調(diào)速的只有約5%?？梢?jiàn)，今后交流變頻調(diào)速還需要大力推廣。 變頻調(diào)速采用的使設(shè)計(jì)觀念有所改變，過(guò)去設(shè)計(jì)制造電動(dòng)機(jī)主要考慮起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大的問(wèn)題。由于增加啟動(dòng)電阻就增大了啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，異步電動(dòng)機(jī)定子常采用雙籠或深槽結(jié)構(gòu)。啟動(dòng)后磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子強(qiáng)切割，產(chǎn)生的集膚效應(yīng)，把轉(zhuǎn)子電流排到外繞組中，外繞組電阻就很大，

9、這樣啟動(dòng)電阻就大，以保證足夠的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。同時(shí)轉(zhuǎn)子尺寸加大了，轉(zhuǎn)子、定子也會(huì)加大，相當(dāng)于材料多，重量加。有了變頻調(diào)速頻率從低到高，電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩自然會(huì)變得比較大。從此在電機(jī)設(shè)計(jì)制造思想上有了變革，擺脫啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，按變頻調(diào)速的工況考慮，不僅提高電效率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)小型化，有利于實(shí)現(xiàn)走變頻專用電機(jī)高效，這個(gè)設(shè)計(jì)思路與為提高電動(dòng)機(jī)效率而使用更多銅、鐵材料有所不同。 6/344.非智能化電氣傳動(dòng)在應(yīng)用中的不足與局限a.解決的問(wèn)題有限b.不宜擴(kuò)展和修改c.抗噪聲干擾能力有限d.對(duì)新信息和新數(shù)據(jù)的適應(yīng)性不高e.古典控制器不宜調(diào)節(jié)f.實(shí)現(xiàn)的價(jià)格偏高7/34二、模糊二、模糊PIDPID控制控制 2.1 PID2

10、.1 PID控制控制 在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例積分微分控制，簡(jiǎn)稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問(wèn)世至今已有近60年的歷史了，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制主要和可靠的技術(shù)工具。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它設(shè)計(jì)技術(shù)難以使用，系統(tǒng)的控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)的參數(shù)的時(shí)候，便最適合用PID控制技術(shù)。 PID控制包含比例、積分、微分三部分，實(shí)際中也有PI和PD控制器。PI

11、D控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差利用比例積分微分計(jì)算出控制量，圖1.1中給出了一個(gè)PID控制的結(jié)構(gòu)圖： 8/34比例（比例（P）控制）控制 比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-state error）。 積分（積分（I）控制）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。 對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)（System with Steady-state Error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取關(guān)于

12、時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。 因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。 微分（微分（D）控制）控制 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。 自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性的組件（環(huán)節(jié)）和（或）有滯后(delay)的組件，使力圖克服誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使克服誤差的作用的變化要有些“超前”，即在誤差接近零時(shí)，克服誤差的作用就應(yīng)該是

13、零。這就是說(shuō)，在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使克服誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重地沖過(guò)頭。 9/34所以對(duì)有較大慣性和（或）滯后的被控對(duì)象，比例+微分(PD)的控制器能改善系 統(tǒng)調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。 2.2 2.2 如何實(shí)現(xiàn)如何實(shí)現(xiàn)PIDPID控制控制 在一些系統(tǒng)中，需要進(jìn)行PID控制，如一些板卡采集系統(tǒng)，甚至在一些DCS和PLC的統(tǒng)中有時(shí)要擴(kuò)充系統(tǒng)的PID控制回路，而由于系統(tǒng)硬件和回路的限制需要在計(jì)算機(jī)上增加PID控制回路。在e爾

14、系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)提供了PID控制點(diǎn)可以滿足PID控制的需要。進(jìn)入到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)，新建點(diǎn)時(shí)選擇PID控制點(diǎn)。e爾提供的PID控制可以提供理想微分、微分先行、實(shí)際微分等多種控制方式。進(jìn)行PID控制時(shí)，可以把PID的PV連接在實(shí)際的測(cè)量值上，OP連接在PID實(shí)際的輸出值上。這樣，在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行時(shí)，就可以自動(dòng)對(duì)其進(jìn)行PID控制。2.3 PID2.3 PID參數(shù)的調(diào)整參數(shù)的調(diào)整 在PID參數(shù)進(jìn)行整定時(shí)如果能夠有理論的方法確定PID參數(shù)當(dāng)然是最理想的方法，但是在實(shí)際的應(yīng)用中，更多的是通過(guò)湊試法來(lái)確定PID的參數(shù)。 增大比例系數(shù)P一般將加快系統(tǒng)的響應(yīng)，在有靜差的情況下有利于減小靜差，但是過(guò)大的比例系數(shù)

15、會(huì)使系統(tǒng)有比較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩，使穩(wěn)定性變壞。 增大積分時(shí)間I有利于減小超調(diào)，減小振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加，但是系統(tǒng)靜差消除時(shí)間變長(zhǎng)。10/342.5 2.5 復(fù)雜回路的控制復(fù)雜回路的控制2.5.1 2.5.1 前饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng) 通常的反饋控制系統(tǒng)中，對(duì)干擾造成一定后果，才能反饋過(guò)來(lái)產(chǎn)生抑制干擾的控制作用，因而產(chǎn)生滯后控制的不良后果。為了克服這種滯后的不良控制，用計(jì)算機(jī)接受干擾信號(hào)后，在還沒(méi)有產(chǎn)生后果之前插入一個(gè)前饋控制作用，使其剛好在干擾點(diǎn)上完全抵消干擾對(duì)控制變量的影響,因而又得名為擾動(dòng)補(bǔ)償控制。 在e爾的控制系統(tǒng)中，可以把前饋控制計(jì)算的結(jié)果作為PID控制的輸出補(bǔ)償量OCV，并采

16、用加補(bǔ)償，這樣就形成了一個(gè)前饋控制系統(tǒng)了。11/34 增大微分時(shí)間D有利于加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，使系統(tǒng)超調(diào)量減小，穩(wěn)定性增加，但系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)的抑制能力減弱。 在湊試時(shí)，可參考以上參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制過(guò)程的影響趨勢(shì)，對(duì)參數(shù)調(diào)整實(shí)行先比例、后積分，再微分的整定步驟。 首先整定比例部分。將比例參數(shù)由小變大，并觀察相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)，直至得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線。如果系統(tǒng)沒(méi)有靜差或靜差已經(jīng)小到允許范圍內(nèi)，并且對(duì)響應(yīng)曲線已經(jīng)滿意，則只需要比例調(diào)節(jié)器即可。 如果在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)的靜差不能滿足設(shè)計(jì)要求，則必須加入積分環(huán)節(jié)。在整定時(shí)先將積分時(shí)間設(shè)定到一個(gè)比較大的值，然后將已經(jīng)調(diào)節(jié)好的比例系數(shù)略為縮小(一般縮小為原

17、值的0.8)，然后減小積分時(shí)間，使得系統(tǒng)在保持良好動(dòng)態(tài)性能的情況下，靜差得到消除。在此過(guò)程中，可根據(jù)系統(tǒng)的響應(yīng)曲線的好壞反復(fù)改變比例系數(shù)和積分時(shí)間，以期得到滿意的控制過(guò)程和整定參數(shù)。 如果在上述調(diào)整過(guò)程中對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程反復(fù)調(diào)整還不能得到滿意的結(jié)果，則可以加入微分環(huán)節(jié)。首先把微分時(shí)間D設(shè)置為0，在上述基礎(chǔ)上逐漸增加微分時(shí)間，同時(shí)相應(yīng)的改變比例系數(shù)和積分時(shí)間，逐步湊試，直至得到滿意的調(diào)節(jié)效果。 2.4 PID2.4 PID控制回路的運(yùn)行控制回路的運(yùn)行 在PID控制回路投入運(yùn)行時(shí)，首先可以把它設(shè)置在手動(dòng)狀態(tài)下，這時(shí)設(shè)定值會(huì)自動(dòng)跟蹤測(cè)量值，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)后，再把它切換到自動(dòng)狀態(tài)下，這樣

18、可以避免系統(tǒng)頻繁動(dòng)作而導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。12/34 2.5.2 純延遲補(bǔ)償控制 在實(shí)際的控制過(guò)程中，由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)和測(cè)量裝置的延遲，系統(tǒng)有可能是一個(gè)純滯后過(guò)程，如對(duì)于溫度的控制其延遲時(shí)間可能多達(dá)10多分鐘。這種滯后性質(zhì)常引起被控對(duì)象產(chǎn)生超調(diào)或振蕩，造成系統(tǒng)不容易達(dá)到穩(wěn)定過(guò)程。因此，可以在控制過(guò)程中并聯(lián)一個(gè)補(bǔ)償環(huán)節(jié)，用來(lái)補(bǔ)償被控制對(duì)象中的滯后部分，這樣可以使系統(tǒng)快速達(dá)到穩(wěn)定過(guò)程。 純滯后控制系統(tǒng)是把滯后補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果作為PID控制器的輸入補(bǔ)償量ICV，并作為輸入補(bǔ)償?shù)臏p補(bǔ)償。這樣就構(gòu)成了一個(gè)純滯后的SMITH預(yù)測(cè)控制回路。13/34 2.6 2.6 模糊控制模糊控制 2.6.1 2.6.1 模糊控制的概

19、念模糊控制的概念 利用模糊數(shù)學(xué)的基本思想和理論的控制方法。在傳統(tǒng)的控制領(lǐng)域里，控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模式的精確與否是影響控制優(yōu)劣的最主要關(guān)鍵，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的信息越詳細(xì)，則越能達(dá)到精確控制的目的。然而，對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)，由于變量太多，往往難以正確的描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)，于是工程師便利用各種方法來(lái)簡(jiǎn)化系統(tǒng)動(dòng)態(tài)，以達(dá)成控制的目的，但卻不盡理想。換言之，傳統(tǒng)的控制對(duì)于明確系統(tǒng)有強(qiáng)而有力的控制能力，但對(duì)于過(guò)于復(fù)雜或難以精確描述的系統(tǒng)，則顯得無(wú)能為力了。因此便嘗試著以模糊數(shù)學(xué)來(lái)處理這些控制問(wèn)題。 “模糊”是人類感知萬(wàn)物，獲取知識(shí)，思維推理，決策實(shí)施的重要特征?！澳：北取扒逦彼鶕碛械男畔⑷萘扛?，內(nèi)涵更豐富，更符合客觀世界

20、2.6.2 模糊控制簡(jiǎn)介模糊控制簡(jiǎn)介 模糊邏輯控制(Fuzzy Logic Control)簡(jiǎn)稱模糊控制(Fuzzy Control)，是以模糊集合論、模糊語(yǔ)言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)。1965年，美國(guó)的L.A.Zadeh創(chuàng)立了模糊集合論；1973年他給出了模糊邏輯控制的定義和相關(guān)的定理。14/34 1974年，英國(guó)的E.H.Mamdani首次根據(jù)模糊控制語(yǔ)句組成模糊控制器，并將它應(yīng)用于鍋爐和蒸汽機(jī)的控制，獲得了實(shí)驗(yàn)室的成功。這一開(kāi)拓性的工作標(biāo)志著模糊控制論的誕生。 模糊控制實(shí)質(zhì)上是一種非線性控制，從屬于智能控制的范疇。模糊控制的一大特點(diǎn)是既有系統(tǒng)化的理論，又有大量的實(shí)

21、際應(yīng)用背景。模糊控制的發(fā)展最初在西方遇到了較大的阻力；然而在東方尤其是日本，得到了迅速而廣泛的推廣應(yīng)用。近20多年來(lái)，模糊控制不論在理論上還是技術(shù)上都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，成為自動(dòng)控制領(lǐng)域一個(gè)非常活躍而又碩果累累的分支。其典型應(yīng)用涉及生產(chǎn)和生活的許多方面，例如在家用電器設(shè)備中有模糊洗衣機(jī)、空調(diào)、微波爐、吸塵器、照相機(jī)和攝錄機(jī)等；在工業(yè)控制領(lǐng)域中有水凈化處理、發(fā)酵過(guò)程、化學(xué)反應(yīng)釜、水泥窯爐等；在專用系統(tǒng)和其它方面有地鐵靠站停車(chē)、汽車(chē)駕駛、電梯、自動(dòng)扶梯、蒸汽引擎以及機(jī)器人的模糊控制。 2.6.3 2.6.3 模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 一般控制系統(tǒng)的架構(gòu)包含五個(gè)主要部分，即:定義變量、模糊化

22、、知識(shí)庫(kù)、邏輯判斷及反模糊化，下文將對(duì)每一部分做簡(jiǎn)單的說(shuō)明： 定義變量 也就是決定程序被觀察的狀況及考慮控制的動(dòng)作，例如在一般控制問(wèn)題上，15/34 輸入變量有輸出誤差E與輸出誤差變化率EC，而模糊控制還將控制變量作為下一個(gè)狀態(tài)的輸入U(xiǎn)。其中E、EC、U統(tǒng)稱為模糊變量。 模糊化 將輸入值以適當(dāng)?shù)谋壤D(zhuǎn)換到論域的數(shù)值，利用口語(yǔ)化變量來(lái)描述測(cè)量物理量的過(guò)程，根據(jù)適合的語(yǔ)言值（linguistic value）求該值相對(duì)的隸屬度，此口語(yǔ)化變量稱為模糊子集合（fuzzy subsets）。 知識(shí)庫(kù) 包括數(shù)據(jù)庫(kù)（data base）與規(guī)則庫(kù)（rule base）兩部分，其中數(shù)據(jù)庫(kù)提供處理模糊數(shù)據(jù)的相關(guān)定

23、義；而規(guī)則庫(kù)則藉由一群語(yǔ)言控制規(guī)則描述控制目標(biāo)和策略。 邏輯判斷 模仿人類下判斷時(shí)的模糊概念，運(yùn)用模糊邏輯和模糊推論法進(jìn)行推論，得到模糊控制訊號(hào)。該部分是模糊控制器的精髓所在。16/34解模糊化 解模糊化（defuzzify）：將推論所得到的模糊值轉(zhuǎn)換為明確的控制訊號(hào)，做為系統(tǒng)的輸入值。2.6.4 2.6.4 實(shí)行模糊控制要進(jìn)行三個(gè)方面的工作實(shí)行模糊控制要進(jìn)行三個(gè)方面的工作：(1)精確量的模糊化,把語(yǔ)言變量的語(yǔ)言值化為某適當(dāng)論域上的模糊子集; (2)模糊控制算法和設(shè)計(jì),通過(guò)一組模糊條件語(yǔ)句構(gòu)成模糊控制規(guī)則,并計(jì)算模糊控制規(guī)則決定的模糊關(guān)系;(3)輸出信息的模糊判決,并完成由模糊量到精確量的轉(zhuǎn)化

24、17/342.7 模糊控制器原理把由各種傳感器測(cè)出的精確量轉(zhuǎn)換成為適于模糊運(yùn)算的模糊把由各種傳感器測(cè)出的精確量轉(zhuǎn)換成為適于模糊運(yùn)算的模糊量量, ,然后將這些量在模糊控制器中加以運(yùn)算然后將這些量在模糊控制器中加以運(yùn)算, , 最后再將運(yùn)算結(jié)最后再將運(yùn)算結(jié)果中的模糊量轉(zhuǎn)換為精確量果中的模糊量轉(zhuǎn)換為精確量, , 以便對(duì)各執(zhí)行器進(jìn)行具體的操作以便對(duì)各執(zhí)行器進(jìn)行具體的操作控制。控制。在模糊控制中在模糊控制中, , 存在著一個(gè)模糊量和精確量之間相互轉(zhuǎn)化的存在著一個(gè)模糊量和精確量之間相互轉(zhuǎn)化的問(wèn)題問(wèn)題 原理圖如下18/34s:s:系統(tǒng)的設(shè)定值。系統(tǒng)的設(shè)定值。x1, x2:x1, x2:模糊控制的輸入模糊控制的輸入( (精確量精確量) )。X,1 , X2:X,1 , X2:模糊量化處理后的模糊量。模糊量化處理后的模糊量。U:U:經(jīng)過(guò)模糊控制規(guī)則和近似推理后得出的模糊控制量。經(jīng)過(guò)模糊控制規(guī)則和近似推理后得出的模糊控制量。u:u:經(jīng)模糊判決后得到的控制量經(jīng)模糊判決后得到的控制量( (精確量精確量) )。y:y:對(duì)象的輸出。對(duì)象的輸出。19/34也可以表示為：20/342.8 模糊控制的步驟模糊控制的步驟 輸入量模糊化輸入量模糊化 建立模糊規(guī)則建立模糊規(guī)則 進(jìn)行模糊推理進(jìn)行模糊推理 輸出量反模糊輸出量反模糊2.9 模糊控制的特點(diǎn)：