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[導讀]模糊控制是以模糊集理論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎的一種智能控制方法,它是從行為上模仿人的模糊推理和決策過程的一種智能控制方法。該方法首先將操作人員或?qū)<医?jīng)驗編成模糊規(guī)則,然后將來自傳感器的實時信號模糊化,將模糊化后的信號作為模糊規(guī)則的輸入,完成模糊推理,將推理后得到的輸出量加到執(zhí)行器上。

1、模糊控制的基本原理

模糊控制是以模糊集理論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎的一種智能控制方法,它是從行為上模仿人的模糊推理和決策過程的一種智能控制方法。該方法首先將操作人員或?qū)<医?jīng)驗編成模糊規(guī)則,然后將來自傳感器的實時信號模糊化,將模糊化后的信號作為模糊規(guī)則的輸入,完成模糊推理,將推理后得到的輸出量加到執(zhí)行器上。


模糊控制原理

2、模糊控制器

模糊控制器(Fuzzy Controller—FC):也稱為模糊邏輯控制器(Fuzzy Logic Controller—FLC),由于所采用的模糊控制規(guī)則是由模糊理論中模糊條件語句來描述的,因此模糊控制器是一種語言型控制器,故也稱為模糊語言控制器(Fuzzy Language Controller—FLC)。


模糊控制原理

(1)模糊化接口(Fuzzy interface)

模糊控制器的輸入必須通過模糊化才能用于控制輸出的求解,因此它實際上是模糊控制器的輸入接口。它的主要作用是將真實的確定量輸入轉換為一個模糊矢量。

(2)知識庫(Knowledge Base—KB)

知識庫由數(shù)據(jù)庫和規(guī)則庫兩部分構成。

①數(shù)據(jù)庫(Data Base—DB) 數(shù)據(jù)庫所存放的是所有輸入、輸出變量的全部模糊子集的隸屬度矢量值(即經(jīng)過論域等級離散化以后對應值的集合),若論域為連續(xù)域則為隸屬度函數(shù)。在規(guī)則推理的模糊關系方程求解過程中,向推理機提供數(shù)據(jù)。

②規(guī)則庫(Rule Base—RB) 模糊控制器的規(guī)則司基于專家知識或手動操作人員長期積累的經(jīng)驗,它是按人的直覺推理的一種語言表示形式。模糊規(guī)則通常有一系列的關系詞連接而成,如if-then、else、also、end、or等,關系詞必須經(jīng)過“翻譯”才能將模糊規(guī)則數(shù)值化。最常用的關系詞為if-then、also,對于多變量模糊控制系統(tǒng),還有and等。

(3)推理與解模糊接口(Inference and Defuzzy-interface)

推理是模糊控制器中,根據(jù)輸入模糊量,由模糊控制規(guī)則完成模糊推理來求解模糊關系方程,并獲得模糊控制量的功能部分。在模糊控制中,考慮到推理時間,通常采用運算較簡單的推理方法。最基本的有Zadeh近似推理,它包含有正向推理和逆向推理兩類。正向推理常被用于模糊控制中,而逆向推理一般用于知識工程學領域的專家系統(tǒng)中。推理結果的獲得,表示模糊控制的規(guī)則推理功能已經(jīng)完成。但是,至此所獲得的結果仍是一個模糊矢量,不能直接用來作為控制量,還必須作一次轉換,求得清晰的控制量輸出,即為解模糊。通常把輸出端具有轉換功能作用的部分稱為解模糊接口。

3、模糊控制系統(tǒng)的工作原理(實例)

以水位的模糊控制為例,如圖4-4所示。設有一個水箱,通過調(diào)節(jié)閥可向內(nèi)注水和向外抽水。設計一個模糊控制器,通過調(diào)節(jié)閥門將水位穩(wěn)定在固定點附近。按照日常的操作經(jīng)驗,可以得到基本的控制規(guī)則:

“若水位高于O點,則向外排水,差值越大,排水越快”;

“若水位低于O點,則向內(nèi)注水,差值越大,注水越快”。

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