1965年,美G的扎德(Zadeh)教授撰寫(xiě)了文章《Fu22ySet}),文中shou先提出模糊控制論。后來(lái)zadeh又提出了模糊語(yǔ)言變量,糊語(yǔ)言變量是重要的模糊邏輯概念。1968年,M而mes發(fā)表關(guān)于模糊邏輯的研究報(bào)告。到1974年,Zadeh對(duì)模糊邏輯推理進(jìn)行深入研究,英G的Mamd耐**在工業(yè)控制中應(yīng)用模糊理論,獲得了良好的控制效果,模糊控制理論從此迅速發(fā)展。英G、丹麥、荷蘭等G的自動(dòng)控制研究人員從此也開(kāi)始嘗試用模糊控制方法進(jìn)行控制,包括十字路口的交通、水泥回轉(zhuǎn)窯、化學(xué)反應(yīng)器、煉鋼轉(zhuǎn)爐、熱交換器等*域,并取得令人滿意的效果。中G的研究人員于1979年也開(kāi)始研究模糊控制器,并在模糊控制器的電路實(shí)現(xiàn)方法、魯棒性、算法、定義、規(guī)則自整定、性能等方面碩果累累。1980年,日本熊本大學(xué)的山川烈試制成功世界上**個(gè)模糊集成電路。
1985年,能執(zhí)行模糊推理的集成電路由美G的AT&T貝爾研究所試制成功。1989年,58萬(wàn)FLIPS的模糊集成電路由德州儀器公司和美G的北卡羅來(lái)納州微電子中心生產(chǎn)。同時(shí),FC110模糊推理集成電路也由美G的TIL公司開(kāi)發(fā)出。1991年,美G的Neuralogix公司向市場(chǎng)推出多種模糊集成電路,其中投入市場(chǎng)的一款模糊單片機(jī)NLX23O**引人注目,成為模糊單片機(jī)進(jìn)入適應(yīng)階段的標(biāo)志。
模糊控制的特點(diǎn)
模糊控制是模糊邏輯在控制*域中應(yīng)用[`4J,模糊控制**大特征是,它能將操作者或**的控制經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)表示成語(yǔ)言變量描述的控制規(guī)則,然后用這些規(guī)則去控制系統(tǒng)。“如果…則…”是規(guī)則的基本形式,語(yǔ)句的前半部分是條件或前提,后半部分是結(jié)果?？刂谱饔眉梢唤M條件語(yǔ)句構(gòu)成,控制作用和狀態(tài)條件分別為一組模糊語(yǔ)言集,如“大”,“小”,“強(qiáng)”,“弱”,“正常”等。模糊控制的一般結(jié)構(gòu)如圖2一1所示。
模糊控制相對(duì)于常規(guī)控制具有以下優(yōu)點(diǎn):
(l)控制機(jī)理符合人們對(duì)過(guò)程控制的思維邏輯和直觀描述。
(2)控制的實(shí)時(shí)性好。
(3)模糊控制魯棒性強(qiáng),被控對(duì)象參數(shù)的變化對(duì)其影響不明顯,對(duì)非線性、時(shí)變、時(shí)滯系統(tǒng)的控制普遍適用。
(4)模糊控制的實(shí)現(xiàn)無(wú)需建立數(shù)學(xué)模型,完全建立在操作人員控制經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上就能夠有效解決不確定性系統(tǒng)的控制。
模糊控制的系統(tǒng)構(gòu)成
模糊控制系統(tǒng)一般包括糊控制器、輸入/輸出接口裝置、廣義對(duì)象和傳感器四個(gè)主要組成部分[l5]:
(l)傳感器:傳感器是將被控過(guò)程或被控對(duì)象的被控制量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一類(lèi)裝置。被控制量通常為非電量的形式,如溫度、濕度、濃度、光強(qiáng)等。獲取的電信號(hào)可以是模擬量或數(shù)字量。傳感器的精度對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的精度**關(guān)重要,因此,傳感器購(gòu)買(mǎi)時(shí)應(yīng)選擇穩(wěn)定性好且精度高的產(chǎn)品。
(2)廣義對(duì)象:主要包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)及被控對(duì)象,被控對(duì)象有多種類(lèi)型,可以是有時(shí)滯或無(wú)時(shí)滯的,時(shí)不變或時(shí)變的,線性或非線性的,也可以是單變量或多變量的以及有強(qiáng)干擾等。模糊控制適用于缺乏精確數(shù)學(xué)模型的被控對(duì)象,但對(duì)有較精確數(shù)學(xué)模型的被控對(duì)象并不排斥。
(3)輸入/輸出接口裝置:通過(guò)輸入接口,模糊控制器從被控對(duì)象獲取模擬信號(hào)量,進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和信號(hào)處理后,將模糊控制器決策運(yùn)算出的數(shù)字信號(hào)做數(shù)模變換,得到的模擬信號(hào)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的控制。在輸入/輸出接口裝置中,除模/數(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換外,電平轉(zhuǎn)換線路也是必需的,用于提供所需電源。
(4)糊控制器:根據(jù)控制系統(tǒng)的需求,既可選用單板機(jī),又可選用系統(tǒng)機(jī)。
其本質(zhì)是一臺(tái)微計(jì)算機(jī)。
模糊控制的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)
模糊控制基于模糊邏輯,而模糊邏輯是建立在模糊數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)上的。模糊集合和隸屬函數(shù)是模糊數(shù)學(xué)中**重要的概念和定義〔`“]。
模糊集合及其運(yùn)算
在普通集合論中,任意元素與集合的關(guān)系只有“屬于”或“不屬于”兩種情況之一,界限明確。相對(duì)而言,邊界不明確的集合就是模糊集合。例如善良和邪惡之間無(wú)法辨別明顯的界限,所以“善良”和“邪惡”都是模糊集合。所以,模糊集合的概念可總結(jié)為:一般而言,在不同程度上具有某種特定性質(zhì)或特征的所有元素的總體稱為一個(gè)模糊集合。
模糊集合只能指出某個(gè)個(gè)體元素屬于集合的程度,而不能像普通集合那樣明確指出_這個(gè)個(gè)體元素是否屬于該集合,因此用隸屬函數(shù)(membershipfimction)來(lái)描述[1刀,也稱隸屬度。
對(duì)論域U上的模糊集合,通常采用的表達(dá)方式有:Zadeh表示法,向量表示法,序偶表示法,函數(shù)描述法。確定隸屬函數(shù)的方法主要有:經(jīng)驗(yàn)法,分析推理法,調(diào)查統(tǒng)計(jì)法。
模糊集合特性主要包括以下幾點(diǎn):
對(duì)模糊集合運(yùn)算時(shí),注意要有同等個(gè)數(shù)的集合元素參加運(yùn)算。模糊集合的運(yùn)算可分為代數(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算,主要有以下幾種:
模糊集合的運(yùn)算滿足的基本規(guī)律有:交換律,結(jié)合律,分配律,`傳遞律,冪等律,摩根律,復(fù)原律。由于模糊集合及其補(bǔ)集均沒(méi)有明確的外延,所以模糊集合運(yùn)算不滿足互補(bǔ)律。
模糊語(yǔ)言
語(yǔ)言是一種符號(hào)系統(tǒng),人們用自然語(yǔ)言表示主客觀世界的各種事物、觀念、行為和情感的意義,自然語(yǔ)言中常含有模糊概念,這種語(yǔ)言稱為模糊語(yǔ)言,例如“恒溫恒濕
培養(yǎng)箱的溫度很高”。模糊語(yǔ)言用來(lái)表達(dá)一定論域的模糊集合,其任務(wù)是對(duì)人類(lèi)語(yǔ)言進(jìn)行定量化['“]。
以自然語(yǔ)言中的字詞或句作為變量,該變量稱為語(yǔ)言變量。語(yǔ)言變量的值稱為語(yǔ)言值。例如
培養(yǎng)箱恒溫控制中,“小”、“較小”、“偏大”、“很大”、“極大”等作為語(yǔ)言變量,“溫度偏差”、“溫度偏差變化率”的值。一個(gè)語(yǔ)言變量可以定義為多元組。
模糊條件語(yǔ)句
模糊命題是指含有模糊概念或者帶有模糊性的陳述句,常用大寫(xiě)字母表示,如“A:
培養(yǎng)箱溫度偏低”、“B:增大電熱管輸出功率”。模糊控制是建立在二系列模糊控制規(guī)則基礎(chǔ)上的,這些規(guī)則是人對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制時(shí)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié),是用模糊語(yǔ)言表示的,常用條件語(yǔ)句的形式表示,簡(jiǎn)寫(xiě)為“ifAthenB”。對(duì)培養(yǎng)箱恒溫控制系統(tǒng),條件A為系統(tǒng)輸入,B為系統(tǒng)輸出,與“如果培養(yǎng)箱溫度偏低,那么增大電熱管輸出功率”的控制策略相對(duì)應(yīng)。
模糊推理
在模糊控制中,模糊推理又稱模糊邏輯推理,它是一種以模糊判斷為前提,運(yùn)用模糊語(yǔ)言規(guī)則,推出一個(gè)新的近似的模糊判斷結(jié)論的方法。Mamd耐推理法是模糊控制中普遍使用的方法,本質(zhì)上是一種合成推理方法,只不過(guò)對(duì)模糊蘊(yùn)含關(guān)系A(chǔ)一B用A和B的笛卡爾積表示,即有R==A一B=AxB
