第一篇：基于模糊控制的電加熱爐控制系統(tǒng)

基于模糊控制的電加熱爐控制系統(tǒng)

姓名：

唐玉光 班級：2011級9班 學(xué)號：01201102060909

目錄

目錄..................................................................................................................................................2 1 引言..............................................................................................................................................3 2.加熱爐控制的意義......................................................................................................................4 3.傳統(tǒng)PID與模糊控制的簡介......................................................................................................5 4.模糊控制與PID控制方法的設(shè)計與比較...................................................................................6

4.1模糊控制器設(shè)計................................................................................................................6 4.2 PID及模糊控制原理和仿真結(jié)構(gòu)圖................................................................................7 4.3滯后時間的影響................................................................................................................9 5.總結(jié)：........................................................................................................................................11 6.參考文獻(xiàn)：..................................................................................................................................12 1 引言

PID控制是控制領(lǐng)域產(chǎn)生最早，應(yīng)用最廣的一種控制方法。具不完全統(tǒng)計，不論是工業(yè)過程控制還是航空航天控制領(lǐng)域，PID控制早已經(jīng)上了經(jīng)典教科書，然而由于其原理簡單和應(yīng)用效果，人們?nèi)匀徊粩嘌芯科涓鞣N設(shè)計方法和未來發(fā)展?jié)摿1]。模糊控制在只能控制領(lǐng)域由于理論研究比較成熟，實現(xiàn)相對比較簡單，適應(yīng)面寬而得到廣泛的應(yīng)用。在現(xiàn)代工業(yè)控制應(yīng)用中，模糊控制都充當(dāng)著重要的角色。PID控制和模糊控制作為應(yīng)用廣泛，特點鮮明，又具有某些聯(lián)系的兩種控制方式一直受到控制領(lǐng)域廣泛的關(guān)注，眾多學(xué)者從不同角度對他們進(jìn)行了對比性研究。[2][3][4]。

2.加熱爐控制的意義

在控制領(lǐng)域中，溫度控制廣泛應(yīng)用于社會生活的各個領(lǐng)域。電加熱爐溫度控制具有升溫單向性，大慣性大滯后性的特點。其升溫單向性是由于電加熱爐的升溫是依靠電阻絲，降溫是依靠環(huán)境自然冷卻。當(dāng)其溫度一旦有超調(diào)，就無法單純用控制手段時期降溫，種種很大的不確定性使得加熱爐在加熱過程中很難全面考慮各種因素的影響，準(zhǔn)確控制加熱過程。傳統(tǒng)的繼電器電路簡單實用，但由于繼電器動作頻繁，可能會因觸電不良而影響正常工作。今年來提出改進(jìn)的電路，采用主回路無觸點控制，客服繼電器結(jié)出不良的缺點，且維修方便，缺點是溫度控制范圍小，精度不高，因此，設(shè)計和精度相適應(yīng)的電加熱爐溫控系統(tǒng)非常有實際意義。3.傳統(tǒng)PID與模糊控制的簡介

PID控制即比例，積分，微分控制。由于其結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)，控制效果好，魯棒性強等特點，因而，自19世紀(jì)40年代開始，PID控制在工業(yè)過程控制過程中至今仍得到廣泛應(yīng)用。溫度控制系統(tǒng)將電阻實時采集的溫度值與設(shè)定值進(jìn)行比較，所得差值作為PID控制模塊的輸入。經(jīng)PID算法計算出輸出控制量，利用修改被控制量誤差的方法實現(xiàn)閉環(huán)控制。該方法需現(xiàn)場整定PID參數(shù)，而確定被控對象模型具有一定的難度。另外，該方法抗干擾的能力較差。

模糊邏輯在控制領(lǐng)域的應(yīng)用稱為模糊控制。模糊控制主要將操作者的經(jīng)驗和專家的控制經(jīng)驗和知識表示成語言變量描述的控制規(guī)則，然后根據(jù)控制規(guī)則實施控制。它適用于不一取得精確數(shù)學(xué)模型和數(shù)學(xué)模型位置或者經(jīng)常變化的對象。

基于模糊算法的溫度控制系統(tǒng)的實現(xiàn)，首先根據(jù)控制經(jīng)驗形成模糊規(guī)則輸入計算機中。然后將采樣所得溫度誤差和誤差變化率的精確量模糊化，計算機根據(jù)模糊規(guī)則推理做出模糊決策，求出相應(yīng)的控制量。將控制量精確化后去驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，調(diào)整輸入達(dá)到調(diào)節(jié)溫度目的。

4.模糊控制與PID控制方法的設(shè)計與比較

Ke??s電加熱爐的模型G?s??，Ts?14.1模糊控制器設(shè)計

模糊控制器的設(shè)計如圖4.1.1,圖4.1.2，圖4.1.3.控制器采用雙輸入單輸出如圖4.1.1

圖4.1.1 控制規(guī)則的設(shè)定如圖4.1.2，圖4.1.3

圖4.1.2

圖4.1.3 4.2 PID及模糊控制原理和仿真結(jié)構(gòu)圖

原理結(jié)構(gòu)如圖4.2.1 圖4.2.2

圖4.2.1 PID控制原理

圖4.2.2模糊控制原理

仿真結(jié)構(gòu)如圖4.2.3圖4.2.4

圖4.2.3PID仿真結(jié)構(gòu)

圖4.2.4模糊控制仿真結(jié)構(gòu)

4.3滯后時間的影響

常規(guī)PID ：?=0.2，T=80

模糊控制：?=0.2，T=80

常規(guī)PID ：?=0.3，T=80

模糊控制：?=0.3，T=80 5.總結(jié)：

由上述比較可知，隨著純滯后時間的增加，對于常規(guī)PID控制系統(tǒng)會造成系統(tǒng)波動加大，而模糊控制系統(tǒng)受到的影響較小，他的控制精度和動態(tài)特性很理想，說明模糊控制在被控對象當(dāng)前的慣性時間下對純滯后時間的魯棒性較好，比常規(guī)PID控制好些。

總結(jié)以上仿真實驗，我們可得出結(jié)論如下： 模糊控制對純滯后時間的魯棒性比常規(guī)PID控制好 模糊控制的動態(tài)特性控制精度比常規(guī)PID控制好 模糊控制臂比常規(guī)PID控制的穩(wěn)定性好

6.參考文獻(xiàn)：

[1]FANG Y,CHOW TW S,LIX D.D se of recurrent neural netw ork in discrete sliding-mode control[J].IEEE.priceedings;Control

theory

and applications,1999.146(1):84-90.[2]王巖青，蔣昌盛。一類非線性不確定中立系統(tǒng)的魯棒自適應(yīng)滑膜控制[J].吉林大學(xué)學(xué)報：工學(xué)版，2007,37（4）：935-938.[3]CHEM T L ,W U Y C.Intetiable structucre control approval foe eobot manipulators[J].IEEE ptoceedings-D,1992,161-165.[4]杜紅珊，一類反射非線性系統(tǒng)的自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出反饋變結(jié)構(gòu)控制[J].控制理論與應(yīng)用，2008,25（6）：1042-1044

第二篇：電加熱爐技術(shù)協(xié)議

RT2-80-8型 臺車式電阻爐 技術(shù)協(xié)議 甲方： 乙方：

（甲方）與——————————有限公司(乙方)經(jīng)過友好協(xié)商，甲方?jīng)Q定委托乙方設(shè)計制造《RT2-80-8型臺車式電阻爐》壹臺，并達(dá)成如下協(xié)議： 用途

金屬熱處理。

二、主要技術(shù)參數(shù)

1.額定加熱功率：

80KW 2.額定工作溫度：

800℃

3.工作電壓、頻率：

380V±5

50HZ 4.控制電壓：

220V±5 5.控溫精度：±2℃ 6.溫度均勻性：±10℃

7.控溫區(qū)：

2區(qū) 8.工作區(qū)尺寸（長×寬×高）：

1800×1200×1000mm 9.最大裝爐量：≤2000kg 10.空爐升溫時間：≤2h（室溫20℃-800℃）11.爐殼表面溫升：≤40℃

12.設(shè)備質(zhì)量：

4500 kg 結(jié)構(gòu)簡介 設(shè)備組成

該設(shè)備由爐殼、爐襯、臺車及其驅(qū)動機構(gòu)、加熱元件、爐底板、爐門及其升降機構(gòu)、電氣控制系統(tǒng)等組成。爐殼

采用Q235A、6mm鋼板與型鋼焊接成形，面板選用16mm鋼板制作，面板上設(shè)有收縮縫，可防止面板受熱變形，整個爐殼具有結(jié)構(gòu)堅固耐用而且美觀的效果。爐襯

采用高鋁耐火磚與硅酸鋁陶瓷纖維材料組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，爐底、爐門口、采用耐火材料砌筑，其余部位用高鋁陶瓷纖維板和折疊塊制作，高鋁耐火磚的砌筑漿料采用生熟料+粘結(jié)劑?？商岣叽u縫強度，從而提高整體爐襯高溫機械強度和使用壽命，能夠承受爐子荷重和熱應(yīng)力，在高溫狀態(tài)下保持體積穩(wěn)定和適應(yīng)溫度急變的熱振穩(wěn)定性能，根據(jù)筑爐規(guī)范，磚縫厚度≤1~2mm，并合理預(yù)留膨脹縫。砌好的爐墻具備表面平整，磚縫整齊，所有磚縫相互對錯砌筑，墻體顏色一致。整體結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量輕、保溫性能好、熱效率高等優(yōu)點，爐殼外表溫度≤40℃。爐襯的砌筑完全按照筑爐規(guī)范及相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，爐襯使用壽命≥2年。電熱元件

采用牌號為OCr25AL5高電阻合金絲繞制成羅圈狀電阻絲并用電橋檢測其電阻，精確到1/1000Ω。

加熱元件分布在兩側(cè)墻和爐底。

引出幫與電阻絲的連接采用鉆孔套入焊接法，減小連接電阻，提高加熱元件使用壽命。電熱元件的布置按照爐底密、兩側(cè)墻較疏的原則分布，有利于提高溫度均勻度。加熱元件繞制后經(jīng)退火處理，去除繞制產(chǎn)生的應(yīng)力。電阻絲壽命≥1年。爐底板

爐底板采用牌號為CrMnN的耐熱鋼鑄件，熱強度高抗撞擊。爐門及其升降機構(gòu)

爐門外殼用Q235A的鋼板焊接而成；

爐門內(nèi)襯用高鋁陶瓷纖維板和折疊塊制作；

爐門與爐口密封采用斜鍥輪壓緊機構(gòu)自動密封，即爐門兩側(cè)分別裝有大、小導(dǎo)輪各一對，爐體的爐口兩側(cè)各有一根帶斜鍥的導(dǎo)軌，爐門兩側(cè)的導(dǎo)輪沿導(dǎo)軌上下運行，當(dāng)爐門關(guān)閉到位時，導(dǎo)輪進(jìn)入導(dǎo)軌斜鍥內(nèi)將爐門與爐口自動壓緊密閉。

爐門升降驅(qū)動機構(gòu)由帶電磁制動器電動機和擺線針輪減速器組成，通過鏈傳動驅(qū)動爐門上下運行，爐門運行設(shè)有上下限位開關(guān)。臺車及其驅(qū)動機構(gòu)

臺車殼體用Q235A鋼板和型鋼焊接而成

臺車內(nèi)襯的面磚和電阻絲擱磚用高鋁耐火磚砌筑，底部用輕質(zhì)耐火磚和硅藻土保溫磚砌筑，筑爐規(guī)范與爐體內(nèi)襯相同。

采用專用密封機構(gòu)使臺車與爐體保持密封，阻止?fàn)t內(nèi)熱量外溢。臺車驅(qū)動機構(gòu)由帶電磁制動器電動機和蝸輪減速器組成，通過三角皮帶傳動和鏈傳動驅(qū)動臺車進(jìn)出爐膛運行，臺車運行設(shè)有進(jìn)出限位開關(guān)。電氣控制

8.1電控柜采用2mm厚的冷軋鋼板制作，內(nèi)外表面噴電腦漆，其面板裝有電流表、電壓表、溫控表、溫度記錄儀、定時器及控制開關(guān)和指示燈。

8.2溫度控制按爐膛前后分二區(qū)控制，主回路采用雙向可控硅模塊過零調(diào)功觸發(fā)，可控硅采用風(fēng)冷形式，設(shè)有過載、過熱及過流保護(hù)等功能。

8.3控制儀表主要由日本島田系列數(shù)顯式智能型溫控儀對爐膛加熱區(qū)實現(xiàn)PID調(diào)節(jié)控制，具有多量程輸入，溫度任意設(shè)定和超溫報警功能。

8.4爐門開關(guān)與加熱控制電氣連鎖，當(dāng)爐門離開下限位，加熱自動關(guān)閉，反之，只有當(dāng)爐門關(guān)閉到位時，加熱才能啟動。爐門與臺車運行有連鎖控制，爐門開足，臺車才能啟動，臺車進(jìn)爐膛到位，爐門才能啟動。

8.5電氣控制系統(tǒng)設(shè)有電源總閘，加熱主回路設(shè)有空氣開關(guān)，在可控硅前設(shè)有快速熔斷器作為短路、過載、過流保護(hù)、超溫自動切斷加熱主回路電源。8.6 主要電氣元件選用施耐德或國內(nèi)知名產(chǎn)品。8.7 電控柜設(shè)計和制造符合國際電工標(biāo)準(zhǔn)（IEC），儀表、電氣元件和計量單位均符合國際單位（SI）標(biāo)準(zhǔn)。

8.8 爐溫檢測：選用二支K分度號的鎳鉻-鎳硅電偶設(shè)置在前后工 作區(qū)內(nèi)測控爐內(nèi)溫度。

四、成套供應(yīng)范圍

1.RT2-80-8型臺車式電阻爐（包括臺車）

1臺 2.電氣控制柜

套 3.18kg/m輕軌

6m×2根 3.現(xiàn)場二次接線材料

1套 4.產(chǎn)品說明書：

1份

五、交貨周期 合同生效之日起，50天內(nèi)交付使用。

六、安裝調(diào)試

乙方負(fù)責(zé)設(shè)備在甲方現(xiàn)場的安裝調(diào)試，乙方給予積極的配合。產(chǎn)品的工藝調(diào)試由甲方負(fù)責(zé)，乙方給予配合。

七、人員培訓(xùn)及售后服務(wù)

1.設(shè)備安裝調(diào)試時乙方技術(shù)人員負(fù)責(zé)培訓(xùn)甲方的操作人員及維修人員； 2．設(shè)備質(zhì)保期為壹年；

3．在質(zhì)保期內(nèi)非人為因果引起的設(shè)備故障，由乙方免費修復(fù)；

4．質(zhì)保期過后，乙方繼續(xù)為甲方做好服務(wù)工作，確保設(shè)備正常使用。甲方：簽字：

第三篇：模糊控制實驗報告

模糊控制系統(tǒng)實驗報告

學(xué)院：班級：

姓名：學(xué)號：

一、實驗?zāi)康?.通過本次實驗，進(jìn)一步了解模糊控制的基本原理、模糊模型的建立和模糊控制器的設(shè)計過程。

2.提高有關(guān)控制系統(tǒng)的程序設(shè)計能力；

3.熟悉Matlab語言以及在智能控制設(shè)計中的應(yīng)用。

二、實驗內(nèi)容

設(shè)計一個采用模糊控制的加熱爐溫度控制系統(tǒng)。被控對象為一熱處理工藝制作中的加熱爐，加熱設(shè)備為三相交流調(diào)壓供電裝置，輸入控制信號電壓為0-5V，輸出相電壓為0-220V，輸出最大功率180kW，爐內(nèi)變化室溫~625℃。

三、實驗過程及步驟

1.用Matlab中的Simulink工具箱，組成一個模糊控制系統(tǒng)，如圖所示

2.采用模糊控制算法，設(shè)計出能跟蹤給定輸入的模糊控制器，對被控系統(tǒng)進(jìn)行仿真，繪制出系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線。

（1）模糊集合及論域的定義

對誤差E、誤差變化EC機控制量U的模糊集合及其論域定義如下：

E、EC和U的模糊集合均為：

{NB、NM、NS、0、PS、PM、PB}

E和EC的顯示范圍為：[-6

6]

結(jié)果如下圖所示

打開Rule編輯器，并將49條控制規(guī)則輸入到Rule編輯器中

利用編輯器的”View→Rules”和”View→Surface”得到模糊推理系統(tǒng)的模糊規(guī)則和輸入輸出特性曲面，分別如下圖所示

從圖中可以看出，輸出變量U是關(guān)于兩個輸入變量E、EC的非線性函數(shù)，輸入輸出特性曲面越平緩、光滑，系統(tǒng)的性能越好。

將FIS嵌入Simulink

R（t）=400℃時系統(tǒng)階躍響應(yīng)

系數(shù)Ke變小時的系統(tǒng)階躍響應(yīng)

通過本設(shè)計可以知道，模糊控制具有能夠得到良好的動態(tài)響應(yīng)性能，并且不需要知道被控對象的數(shù)學(xué)模型，適應(yīng)性強，上升時間快。與PID控制相比有著很大的優(yōu)勢，采用PID控制雖然穩(wěn)態(tài)性能較好，但是難以得到滿意的動態(tài)響應(yīng)性能。當(dāng)然，模糊控制也有著自身的缺點，容易受到模糊規(guī)則等級的限制而引起誤差，需要進(jìn)一步改進(jìn)。

四、實驗總結(jié)

通過這次《模糊控制系統(tǒng)》課程實驗增加了對模糊調(diào)節(jié)器的理解，認(rèn)識到了模糊控制器的優(yōu)缺點。并進(jìn)一步熟練了用Matlab中Simulink工具箱的應(yīng)用，提高了自己的動手能力。通過這次課程設(shè)計也使我認(rèn)識到對Matlab中Simulink工具箱的應(yīng)用還不夠熟練，將來應(yīng)該加強操作、學(xué)習(xí)。

第四篇：模糊控制優(yōu)缺點

4模糊控制的優(yōu)缺點及需要解決的問題分析 4.1模糊控制的優(yōu)點

(1)使用語言方法, 可不需要過程的精確數(shù)學(xué)模型;(2)魯棒性強, 適于解決過程控制中的非線性、強耦合時變、滯后等問題;(3)有較強的容錯能力。具有適應(yīng)受控對象動力學(xué)特征變化、環(huán)境特征變化和動行條件變化的能力;(4)操作人員易于通過人的自然語言進(jìn)行人機界面聯(lián)系, 這些模糊條件語句容易加到過程的控制環(huán)節(jié)上。

4.2模糊控制的缺點

(1)信息簡單的模糊處理將導(dǎo)致系統(tǒng)的控制精度降低和動態(tài)品質(zhì)變差;(2)模糊控制的設(shè)計尚缺乏系統(tǒng)性, 無法定義控制目標(biāo)。4.3 模糊控制理論需解決的問題

模糊控制理論經(jīng)過近幾十年的發(fā)展, 已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。但模糊控制理論也還存在一些不足, 還有一些亟待解決的問題, 歸納如下:(1)要揭示模糊控制器的實質(zhì)和工作機理, 解決穩(wěn)定性和魯棒性理論分析的問題。

2)很多應(yīng)用和經(jīng)驗表明, 模糊控制的魯棒性優(yōu)于傳統(tǒng)控制策略。但模糊控制和傳統(tǒng)控制的魯棒性的對比關(guān)系究竟是怎么樣, 尚缺少理論分析和數(shù)學(xué)推導(dǎo)方面的比較。(3)模糊控制規(guī)則和隸屬度函數(shù)的獲取與確定是模糊控制中的?瓶頸&問題。目前模糊控制規(guī)則中模糊子集的一般選取都是以下3種: e= {負(fù)大, 負(fù)小, 零, 正小, 正大} = {NB, NS, ZO, PS, PB }或e =負(fù)大, 負(fù)中, 負(fù)小, 零, 正小, 正中, 正大= { NB, NM,NS, ZO, PS, PM, PB}或e= {負(fù)大, 負(fù)中, 負(fù)小, 零負(fù),零正, 正小, 正中, 正大} = {NB, NM, NS, NZ, PZ, PS,PM, PB}, 而隸屬度函數(shù)通常選用的為三角隸屬度函數(shù), 以第3種模糊子集為例, 對應(yīng)的隸屬函數(shù)如圖3示。而規(guī)則中模糊子集及隸屬度函數(shù)的選擇大多數(shù)取決于經(jīng)驗, 缺少相應(yīng)的理論根據(jù)。

(4)在多變量模糊控制中, 需要對多變量耦合和?維數(shù)災(zāi)&問題進(jìn)行研究, 這些問題的解決與否將是多變量模糊控制能否廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。

圖

3模糊化子集和模糊化等級

5模糊控制的發(fā)展趨勢

模糊控制的發(fā)展大致有以下幾個方向:(1)復(fù)合模糊控制器。繼續(xù)研究模糊控制和PID 控制器、變節(jié)構(gòu)控制器、模糊H 控制器等的組合研究, 設(shè)計出滿足各種不同指標(biāo)要求的控制器。

(2)和各種智能優(yōu)化算法相結(jié)合的模糊控制。各種智能優(yōu)化算法(如遺傳算法、模擬退火算法、粒子群優(yōu)化算法等)能夠?qū)δ：刂埔?guī)則進(jìn)行動態(tài)尋優(yōu), 故能在線修改模糊控制規(guī)則, 改善系統(tǒng)的控制品質(zhì)。

(3)專家模糊控制。專家模糊是將專家系統(tǒng)技術(shù)與模糊控制相結(jié)合的產(chǎn)物。引入專家系統(tǒng), 可進(jìn)一步提高模糊控制的智能水平, 專家模糊控制保持了基于規(guī)則的方法和模糊集處理帶來的靈活性, 同時又把專家系統(tǒng)技術(shù)的知識表達(dá)方法結(jié)合起來, 能處理更廣泛的控制問題。

(4)多變量模糊控制。研究多變量模糊控制中存在著的多變量耦合和?維數(shù)災(zāi)&等問題。

(5)很多公開發(fā)表的文獻(xiàn)對所設(shè)計模糊控制器的穩(wěn)定性及魯棒性分析采用仿真實驗的方法, 而采用理論分析的較少。對混合模糊系統(tǒng)的穩(wěn)定性及魯棒性分析一般有2種方法[ 5] : 第1 種方法利用模糊系統(tǒng)辨識的方法將控制對象變換為模糊模型表示,使整個系統(tǒng)變?yōu)榧兇獾哪：Ｐ? 從而可采用模糊關(guān)系法及模糊相平面分析法等來檢驗系統(tǒng)的穩(wěn)定性;第2種方法將控制器的模糊模型變?yōu)榇_定性的模型, 從而混合模糊系統(tǒng)變?yōu)槌Ｒ?guī)的控制系統(tǒng), 進(jìn)而可采用常規(guī)的方法來對系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性分析。例如

描述函數(shù)法、圓判據(jù)法、一般相平面法及線性近似法 等。而究竟采用模糊模型還是確定性模型則需要根據(jù)所設(shè)計系統(tǒng)的具體情況進(jìn)行分析, 因此選擇合適的理論方法對所設(shè)計和模糊控制器進(jìn)行穩(wěn)定性及魯棒性分析也是模糊控制理論發(fā)展的方向之一。

結(jié)

束

語

文章對模糊控制理論的發(fā)展進(jìn)行了簡要概述,對模糊控制的原理及模糊控制器的設(shè)計步驟進(jìn)行了詳細(xì)介紹;對模糊控制在航空航天中應(yīng)用(各種控制器的設(shè)計)進(jìn)行了分析, 對模糊控制的優(yōu)缺點及需要解決的問題進(jìn)行了歸納和分析;最后對模糊控制的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

第五篇：模糊控制學(xué)習(xí)心得

模糊控制學(xué)習(xí)心得

班別：電氣143 學(xué)號：1407300043 姓名：范寶榮

“模糊”是人類感知萬物,獲取知識,思維推理,決策實施的重要特征。“模糊”比“清晰”所擁有的信息容量更大,內(nèi)涵更豐富,更符合客觀世界。

在日常生活中,人們的思維中有許多模糊的概念,如大、小、冷、熱等,都沒有明確的內(nèi)涵和外延,只能用模糊集合來描述。人們常用的經(jīng)驗規(guī)則都是用模糊條件語句表達(dá),例如,當(dāng)我們擰開水閥往水桶里注水時,有這樣的經(jīng)驗:桶里沒水或水較少時,應(yīng)開大水閥;桶里水較多時,應(yīng)將水閥關(guān)小些;當(dāng)水桶里水快滿時,則應(yīng)把閥門關(guān)得很小;而水桶里水滿時應(yīng)迅速關(guān)掉水閥。其中,“較少”、“較多”、“小一些”、“很小”等,這些表示水位和控制閥門動作的概念都具有模糊性。即有經(jīng)驗的操作人員的控制規(guī)則具有相當(dāng)?shù)哪：?。模糊控制就是利用計算機模擬人的思維方式,按照人的操作規(guī)則進(jìn)行控制,實現(xiàn)人的控制經(jīng)驗。

模糊控制理論是由美國著名的學(xué)者加利福尼亞大學(xué)教授Zadeh·L·A于1965年首先提出,它以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ),用語言規(guī)則表示方法和先進(jìn)的計算機技術(shù),由模糊推理進(jìn)行決策的一種高級控制策略。1974年,英國倫敦大學(xué)教授Mamdani·E·H研制成功第一個模糊控制器,充分展示了模糊技術(shù)的應(yīng)用前景。

盡管模糊控制理論已經(jīng)取得了可觀的進(jìn)展,但與常規(guī)控制理論相比仍不成熟。模糊控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計尚未建立起有效的方法,在很多場合下仍然需要依靠經(jīng)驗和試湊。近年來,許多人一直嘗試將常規(guī)控制理論的概念和方法擴展至模糊控制系統(tǒng),而模糊控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方法已成為研究的熱點,二者的結(jié)合有效地推動了自學(xué)習(xí)模糊控制的發(fā)展。模糊控制易于獲得由語言表達(dá)的專家知識,能有效地控制那些難以建立精確模型而憑經(jīng)驗可控制的系統(tǒng),而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)則由于其仿生特性更能有效利用系統(tǒng)本身的信息,并能映射任意函數(shù)關(guān)系,具有并行處理和自學(xué)習(xí)能力,容錯能力也很強。在集成大系統(tǒng)中,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可用于處理低層感知數(shù)據(jù),模糊邏輯可用于描述高層的邏輯框架[5]。模糊邏輯與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合有兩種情況:一是將模糊技術(shù)用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)形成模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),一是用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)模糊控制。這兩方面均見于大量的研究文獻(xiàn)。

常規(guī)模糊控制的兩個主要問題在于:改進(jìn)穩(wěn)態(tài)控制精度和提高智能水平與適應(yīng)能力。從大量文獻(xiàn)中可以看出,在實際應(yīng)用中,往住是將模糊控制或模糊推理的思想,與其他相對成熟的控制理論或方法結(jié)合起來,發(fā)揮各自的長處,從而獲得理想的控制效果。

例如，利用模糊復(fù)合控制理論的分檔控制,將PI或PID控制策略引入Fuzzy控制器,構(gòu)成Fuzzy-PI或Fuzzy-PID復(fù)合控制;適應(yīng)高階系統(tǒng)模糊控制需要的三維模糊控制器;將精確控制和模糊控制結(jié)合起來的精確—模糊混合控制;將預(yù)測控制與模糊控制相結(jié)合,利用預(yù)測模型對控制結(jié)果進(jìn)行預(yù)報,并根據(jù)目標(biāo)誤差和操作者的經(jīng)驗應(yīng)用模糊決策方法在線修正控制策略的模糊預(yù)測控制等。

模糊控制的發(fā)展過程中,提出了多種自組織、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)模糊控制器。它們根據(jù)被控過程的特性和系統(tǒng)參數(shù)的變化,自動生成或調(diào)整模糊控制器的規(guī)則和參數(shù),達(dá)到控制目的。這類模糊控制器在實現(xiàn)人的控制策略基礎(chǔ)上,又進(jìn)一步將人的學(xué)習(xí)和適應(yīng)能力引入控制器,使模糊控制具有更高的智能性。自校正模糊控制器、參數(shù)自調(diào)整模糊控制等控制方法也較大地增強了對環(huán)境變化的適應(yīng)能力。模糊控制與其他智能控制方法的結(jié)合組成的模糊控制,如專家模糊控制能夠表達(dá)和利用控制復(fù)雜過程和對象所需的啟發(fā)式知識,重視知識的多層次和分類的需要,彌補了模糊控制器結(jié)構(gòu)過于簡單、規(guī)則比較單一的缺陷,賦予了模糊控制更高的智能。

二者的結(jié)合還能夠擁有過程控制復(fù)雜的知識,并能夠在更為復(fù)雜的情況下對這些知識加以有效利用。

基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊控制能夠?qū)崿F(xiàn)局部或全部的模糊邏輯控制功能。

模糊控制器正向著自適應(yīng)、自組織、自學(xué)習(xí)方向發(fā)展,使得模糊控制參數(shù)、規(guī)則在控制過程中自動地調(diào)整、修改和完善,從而不斷完善系統(tǒng)的控制性能,達(dá)到更好的控制效果,而與專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等其他智能控制技術(shù)相融合成為其發(fā)展趨勢。

模糊邏輯控制(Fuzzy Logic Control)簡稱模糊控制(Fuzzy Control)，是以模糊集合論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計算機數(shù)字控制技術(shù)。1965年，美國的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。1974年，英國的E.H.Mamdani首先用模糊控制語句組成模糊控制器，并把它應(yīng)用于鍋爐和蒸汽機的控制，在實驗室獲得成功。這一開拓性的工作標(biāo)志著模糊控制論的誕生。

模糊控制實質(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是既具有系統(tǒng)化的理論，又有著大量實際應(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；然而在東方尤其是在日本，卻得到了迅速而廣泛的推廣應(yīng)用。近20多年來，模糊控制不論從理論上還是技術(shù)上都有了長足的進(jìn)步，成為自動控制領(lǐng)域中一個非?；钴S而又碩果累累的分支。其典型應(yīng)用的例子涉及生產(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、空調(diào)、微波爐、吸塵器、照相機和攝錄機等；在工業(yè)控制領(lǐng)域中有水凈化處理、發(fā)酵過程、化學(xué)反應(yīng)釜、水泥窯爐等的模糊控制；在專用系統(tǒng)和其它方面有地鐵靠站停車、汽車駕駛、電梯、自動扶梯、蒸汽引擎以及機器人的模糊控制等。

所謂模糊控制,就是在控制方法上應(yīng)用模糊集理論、模糊語言變量及模糊邏輯推理的知識來模擬人的模糊思維方法,用計算機實現(xiàn)與操作者相同的控制。該理論以模糊集合、模糊語言變量和模糊邏輯為基礎(chǔ),用比較簡單的數(shù)學(xué)形式直接將人的判斷、思維過程表達(dá)出來,從而逐漸得到了廣泛應(yīng)用。應(yīng)用領(lǐng)域包括圖像識別、自動機理論、語言研究、控制論以及信號處理等方面。在自動控制領(lǐng)域,以模糊集理論為基礎(chǔ)發(fā)展起來的模糊控制為將人的控制經(jīng)驗及推理過程納入自動控制提供了一條便捷途徑。

如右圖所示,模糊控制器的基本結(jié)構(gòu)包括知識庫、模糊推理、輸入量模糊化、輸出量精確化四部分。

知識庫包括模糊控制器參數(shù)庫和模糊控制規(guī)則庫。模糊控制規(guī)則建立在語言變量的基礎(chǔ)上。語言變量取值為“大”、“中”、“小”等這樣的模糊子集,各模糊子集以隸屬函數(shù)表明基本論域上的精確值屬于該模糊子集的程度。因此,為建立模糊控制規(guī)則,需要將基本論域上的精確值依據(jù)隸屬函數(shù)歸并到各模糊子集中,從而用語言變量值(大、中、小等)代替精確值。這個過程代表了人在控制過程中對觀察到的變量和控制量的模糊劃分。由于各變量取值范圍各異,故首先將各基本論域分別以不同的對應(yīng)關(guān)系,映射到一個標(biāo)準(zhǔn)化論域上。通常,對應(yīng)關(guān)系取為量化因子。為便于處理,將標(biāo)準(zhǔn)論域等分離散化,然后對論域進(jìn)行模糊劃分,定義模糊子集,如NB、PZ、PS等。

同一個模糊控制規(guī)則庫,對基本論域的模糊劃分不同,控制效果也不同。具體來說,對應(yīng)關(guān)系、標(biāo)推論域、模糊子集數(shù)以及各模糊子集的隸屬函數(shù)都對控制效果有很大影響。這3類參數(shù)與模糊控制規(guī)則具有同樣的重要性,因此把它們歸并為模糊控制器的參數(shù)庫,與模糊控制規(guī)則庫共同組成知識庫。

模糊控制規(guī)則的來源有3條途徑:基于專家經(jīng)驗和實際操作,基于模糊模型,基于模糊控制的自學(xué)習(xí)。

通過學(xué)習(xí)模糊控制，使我對模糊控制進(jìn)行了簡單了解，主要知道了模糊控制的特點缺陷；模糊控制方法的研究現(xiàn)狀；模糊控制的進(jìn)展，包括模糊控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的融合、模糊控制與遺傳算法的融合、專家模糊控制等的闡述；模糊控制在實際生產(chǎn)中的電機調(diào)速控制系統(tǒng)中的應(yīng)用；以及模糊控制的最新研究領(lǐng)域及未來研究課題，指出模糊控制系統(tǒng)是易于接受，設(shè)計簡單，維護(hù)方便，而且比常規(guī)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性好的優(yōu)勢特點，使得模糊控制正得到越來越廣泛的應(yīng)用。

另外我還學(xué)習(xí)到模糊PID就是在PID控制的基礎(chǔ)上，使用模糊控制理論進(jìn)行優(yōu)化。

例如通過模糊規(guī)則來決定控制輸出U的大小，模糊控制的作用主要起到將人的經(jīng)驗加到控制中去。

簡單例子吧，假如通過燃?xì)饬康拇笮砜刂茽t溫，爐溫的測量值PV和設(shè)定值SP偏差較大，這個時候根據(jù)人為的經(jīng)驗就需要給一個比較大的作用，讓燃?xì)饬考哟蠡驕p小，這個人為的經(jīng)驗或者專家的經(jīng)驗通過模糊規(guī)則進(jìn)行轉(zhuǎn)換，最終控制輸出U的大小。

模糊系統(tǒng)理論還有一些重要的理論課題還沒有解決。其中兩個重要的問題是：如何獲得模糊規(guī)則及隸屬函數(shù)，這在目前完全憑經(jīng)驗來進(jìn)行；以及如何保證模糊系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

模糊控制器參數(shù)最優(yōu)調(diào)整理論的確定，以及修正推理規(guī)則的學(xué)習(xí)方式和算法等。模糊動態(tài)模型的辨識方法、預(yù)測系統(tǒng)的設(shè)計方法和提高計算速度的方法。

在自動控制中，包括經(jīng)典理論和現(xiàn)代控制理論中有一個共同的特點，即控制器的綜合設(shè)計都要建立在被控對象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型(如微分方程等)的基礎(chǔ)上，但是在實際工業(yè)生產(chǎn)中，很多系統(tǒng)的影響因素很多，十分復(fù)雜。建立精確的數(shù)學(xué)模型特別困難，甚至是不可能的。這種情況下，模糊控制的誕生就顯得意義重大，模糊控制不用建立數(shù)學(xué)模型，根據(jù)實際系統(tǒng)的輸入輸出的結(jié)果數(shù)據(jù)，參考現(xiàn)場操作人員的運行經(jīng)驗，就可對系統(tǒng)進(jìn)行實時控制。

模糊控制實際上是一種非線性控制，從屬于智能控制的范疇?，F(xiàn)代控制系統(tǒng)中的的控制能方便地解決工業(yè)領(lǐng)域常見的非線性、時變、在滯后、強耦合、變結(jié)構(gòu)、結(jié)束條件苛刻等復(fù)雜問題?？删幊炭刂破饕云涓呖煽啃?、編程方便、耐惡劣環(huán)境、功能強大等特性很好地解決了工業(yè)控制領(lǐng)域普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問題，這兩者的結(jié)合，可在實際工程中廣泛應(yīng)用。