模糊控制實際應用研究

班小強　黃揚

摘 要：模糊控制理論主要控制理論是人通過計算機來實現控制經驗，是模糊數學中最重要理論，在工程中地位非常重要。模糊理論結合計算機技術、自動化技術，其控制特性得到廣泛應用。

關鍵詞：模糊控制；自調整因子；單片機；溫度傳感器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.202

在工業生產中溫度控制是經常使用。有些系統把溫度定位主要參數，例如熱水器。工業中使用溫度控制有很多種方式，其中PID類型占據主要地位并且經常使用的。PID控制技術雖然使用廣泛，但存在一些弊端，在解決某方面實現非常困難，例如一些復雜、非線形、時變、大延遲被控對象，而模糊控制就可以很好的解決這類問題。

1 PID控制與模糊控制二者比較

舉例介紹，熱水器溫度控制系統是使用單片機控制，如果采用模糊制的方法人為的設定程序，也就是按照人的思維方式進行控制。如果被控對象的參數突然發生變化，要得到較為理想溫度，系統是否仍可的控制？其實采用PID控制技術調節儲水式電熱水器溫度的自動控制系統，要使加熱功率達到理想控制溫度，控制效果一般。盡管在工業控制中PID控制廣泛應并占有主導地位，但是在解決一些復雜的時變的、遲滯的被控對象方面控制效果不好。PID控制技術還有一項缺點，其參數設定專業而且整定難度大，當外界條件干擾控制系統后，參數還需要重新整定。最終體現控制達不到理想的效果。表現為控制系統穩定性、魯棒性不好、控制調節時間長。

采用的模糊控制系統是一種自動控制系統。用模糊語言形式、模糊數學模糊邏輯的規則來表示，計算機控制技術具有反饋通道的閉環結構并帶有數字控制系統。常規的PID控制和模糊控制比，有以下的優點：

（1）有很強的適應性。如果控制對象確定，模糊控制和PID控制效果一樣；但對于不確定系統例如非線性、時變，模糊控制的優勢就很明顯，同時對噪聲、純滯后抑制能力特別強大。

（2）整定參數方便。模糊控制數學模型和被控對象不用復雜建立。采用被控過程參數現狀來判斷所產生的定性感覺，計算控制發展趨勢觀測。控制中形成一定規則參與控制過程，對現場操作人員、有關專家的經驗知識、操作數據加以總結和歸納是模糊控制器出發點便。

（3）系統魯棒性強。模糊控制參數變化以后系統不敏感，是因為不采用二值邏輯，而采用一種連續多值邏輯控制。所以系統參數變化，容易實現穩定控制，尤其適合于非線性、滯后系統時變的控制。

（4）結構簡單。硬件結構無特殊要求，軟硬件具有很強的優勢，實現特別方便，主要體現在算法簡捷。簡單的查表運算對于模糊控制就可以實現，一些控制過程可離線進行，所以設計者設置容易，使用者也容易掌握。

（5）系統的規則。建立語言變量的控制規則靈活、系統控制參數，適用范圍非常廣。

2 熱水器中模糊控制原理

首先數據采集模塊要對內膽溫度采集，模擬量轉換成數字量，數據開始控制，具體形式表現——模數轉換——中值濾波——存入對應存儲單元。溫度加熱是通過鍵盤設定也就是鍵盤輸入模塊，對出水溫度進行實時跟蹤顯示是LED顯示模塊，錯誤代碼開始顯示是就說明有異常情況；模糊控制器是控制模塊采用主要控制，采集數據進行運算控制主要是輸出驅動模塊，雙向晶閘管導通角是由輸出控制信號控制，并設定的控制強度。

模糊控制中模糊控制器是相當重要，控制器性能好壞對系統的控制特性影響很大。模糊控制規則的確定性、可調整性是由控制性能決定的。模糊控制器的設計，控制設計在不同程度上加權是由量化因子kc和ke的位置和大小對輸入變量誤差、誤差變化決定。調整系統特性時，kc和ke互相控制。改變一個，另一個也改變，所以要引進一種參數，這是參數是可調的，當采用可調參數對控制規則進行調整，被控對象不同，但都能獲得滿意控制效果。溫度控制系統設計中，選用兩位模糊控制器即EC——偏差變化率E——偏差，EC、E來做為模糊控制器的輸入量。其中kc、ke和Ku 分別為輸入和輸出變量的量化因子和比例因子。量化因子kc和ke和比例系數Ku對控制系統的影響大。 ke選大，系統的超調也大，過渡過程也長；ke↑，超調↑，系統過渡時間變長。kc選擇較大時，超調量減小，kc↑，系統超調↓，但系統的響應速度就慢。因此ke對超調的抑制不明顯而kc對超調的抑制作用明顯。增大Ku能使系統加快響應速度，但有一點增要考慮到， 增大Ku可能引起振蕩。ke值怎樣選擇很重要，要使ke=N/em ，em——誤差最大值， N——誤差論域的最大量化等級。同時再加一個階越信號，令 kc=0，觀察輸出結果，如果輸出劇烈振蕩，要增大kc；若輸出不能跟蹤理想信號，就要減小kc直至輸出信號理想，輸出信號理想時kc選擇為1/100。要結合采樣周期的長短來選擇Ku，采樣周期長，Ku可選的大。溫度偏差變化率EC、溫度偏差E，為模糊控制量的輸入量，Y為輸出控制量。如果超過系統溫度設定值，加熱器就要關閉，不考慮高于設定的誤差。如圖所示，計算系統的誤差e（K）=V0-V；誤差變化率公式為ec=e（K）-e（k-1），變量E和EC乘以量化因子ke 、kc ；基本控制到模糊控制，輸出量U乘以比例因子Ku 由模糊論反饋回到控制論。

3 結論

模糊現象在現實中大量存在，所以應用模糊控制會越來越廣，研究開發模糊控制領域發展空間將會更大。模糊控制理論存在一些問題，解訣這些問題就成為模糊控制技術目發展方向和主要任務。相信模糊控制的應用會給人們的生活帶來極大便利。

參考文獻：

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