淺談模糊控制原理及應用

胡茹

摘 要：本文章在查閱現有文獻的基礎之上，簡要介紹了模糊控制的起源、發展、基本概念、基本原理和部分典型應用，對于了解模糊控制具有較好的參考意義。

關鍵詞：模糊控制；原理；應用

模糊控制起源于60 年代的美國，由加利福尼亞大學的L.A.Zaoleh 教授提出的模糊數學理論發展而來。[1]由于模糊控制具有精確數學模型依賴性弱、魯棒性強、有較強的容錯能力、易于通過人的自然語言進行人機界面聯系等特點，受到了學術界研究人員的廣泛關注，在上世紀八十年代后期得到了迅速發展，取得了眾多的研究成果，其被廣泛應用于工業生產、醫療、經濟、軍事等部門，甚至在城市垃圾焚燒、家用電器行業等方面得到了應用，并相應地取得了廣泛有益的應用效果。

1 模糊控制基本概念

我們通常所說的模糊控制，其實也就是一種控制的方法，它是基于應用模糊集合、模糊語言變量及模糊邏輯推理等一系列有關模糊知識來模擬具有思維能力的人的模糊思維方法，用以計算機功能輔助來實現或人思維相同的控制。這種模糊控制理論就是以模糊集合、模糊語言變量和模糊邏輯為最基本的理論基礎，用最為簡便易懂的數學邏輯運算形式而直接表達人的判斷、思維過程。[2]

在模糊控制現實理論應用中，用來描述模糊量的基礎是模糊集合，模糊控制器的研究和設計以及應用是模糊控制的最高境界。模糊控制器必須得以客觀實際應用環境中的精確量來實現并相互進行海量信息的基本交換，或者說輸出的模糊控制量要想實現控制其被控制的對象時，就必須要完成環境中的精確量和模糊量相互轉換這個核心難題，只有這樣完成了環境中的精確量和模糊量相互轉換后才能使精確量在模糊控制器中充分得到正確無誤快算有效處理。同時，還可以向控制對象提供及其精確的控制輸出變量，以此來達到控制對象的目的。在我們學習的模糊控制理論中，另一個問題就是，在應用過程中模糊控制器控制中按正確形式輸入模糊量以后，它又是以哪一種機理產生如此恰當的模糊控制輸出量的呢？這個問題的解決依賴于模糊控制器的推理形式、準確程度及其速度和具體的推理算法等一系列的因素。

2 模糊控制基本原理[3]

下圖1是一般模糊控制系統結構圖，它的主要核心控制部分是系統中的模糊控制器，而在我們所談到的模糊控制中，其機理就是通過系統中的模糊控制器體現出來的，而模糊控制器本身的思維就是來自于生產實踐中需要對被控對象動作、思維、推理速度等一系列動作或其他類似思維的控制，模糊控制器它對被控制對象的控制，其依據是來自人類對生活中或生產實際運用等模糊控制所積累的經驗或實際需求理念并表現出來的模糊控制語句等描述形式。在模糊控制編程的語句中，不能缺少的是人類對現實環境的模糊檢測以及對被控制對象的模糊執行命令，并通過計算機一系列運算，最終去執行完成上述需要完成的命令。

模糊控制器的核心在于模糊化處理、邏輯推理和反模糊化處理模塊，模糊控制器的核心結構如圖2所示。

模糊控制器其結構由模糊化處理模塊、反模糊化處理模塊、知識庫和規則庫組成。其特征在于：（a）模糊化處理功能模塊完成對被控制的對象其有關輸出狀態的精確量向對應的模糊量轉換；（b）用以存儲的知識庫用的計算機應該要把應用于模糊控制方面的知識庫內的相關內容存儲在其內部，以備于知識模糊控制器在邏輯推理時檢索或應用。本模糊控制裝置中知識庫是由數據庫和語言控制規則庫兩者構成，數據庫就是一個隸屬的函數集合，而語言控制規則庫也就是我們日常通常所說的模糊控制規則庫；

（c）推理機功能模塊。它就是模糊控制器最為核心的功能模塊，模糊控制器它將用來模擬人類的一些決策能力、思維能力等來進行模糊決策；（d）反模糊處理模塊，它的主要作用就是把模糊控制器執行以后的決策，所產生的那些模糊控制量轉換成合理的精確的控制量。

模糊控制器它的工作過程為：首先是將模糊量和模糊控制規則存儲到知識庫內，然后向模糊化處理模塊提供模糊量的隸屬函數形態。其次是，模糊化處理模塊在接收到外部的精確量輸入后，將其轉換成對應的模糊量及隸屬度。再就是，知識庫也向反模糊化模塊轉換接口提供模糊量的隸屬函數形態，反模糊化處理模塊根據輸出的模糊量及隸屬度，轉換成與之對應的精確控制量。知識庫向推理機中的決策邏輯模塊提供控制規則，然后由決策邏輯模塊執行其推理過程，推斷并對外輸出控制的模糊量。

3 模糊控制的典型應用介紹

模糊控制以其眾多的優良特性被廣泛應用于社會生產、生活等眾多領域，取得了顯著的經濟、社會效益，其應用研究與應用案例眾多。

文獻[4]作者在原有模糊控制的基礎上進一步提出了作用于模糊子集的推理及其運用方法，逐步的將該模糊子集的推理方法與現有的成熟的單片機數字邏輯運算等特點結合起來，因此就有了作者前面所提出的基于作用于模糊子集推理的單片機模糊控制理論及其工作原理，并在此基礎上研制完成了對80C552型單片機模糊控制器的開發及應用，最終是以熱工系統作為被控對象，并通過大量的實驗數據收集整理計算，終究在研究人員大量數據佐證下正確驗證了所研發的模糊控制器當初提出的研究目的是有效的。

文獻[5]將模糊控制技術同樣也可以應用于供水系統，基于模糊控制技術技術人員設計出了有關自調整修正因子的Fuzzy-PID控制器，克服了傳統PID控制設計中參數調整困難的問題，并通過變頻調速實現了供水系統恒壓控制。實驗證明，該系統可取代高位水塔和直接水泵加壓等傳統供水模式，具有明顯的節能效果和穩定的控制性能。

4 結語

本文簡要描述了模糊控制的起源、發展過程以及其工作過程和典型的應用領域。由于模糊控制不完全依賴精確的數學模型，適用性廣泛，控制原則改變容易等優點，使其極容易進行廣泛應用。我們有理由相信，在自動化相關技術飛速發展的今天，模糊控制以其眾多的技術優勢，必定能得到更為廣泛的應用，也會受到更多控制工作者的青睞。

參考文獻：

[1]張麗香，牛昱光.模糊控制淺談[J].自動化博覽，1994（4）：25-26.

[2]高桂革.模糊控制理論及其應用的發展[J].上海電機學院學報，2005，8（5）：62-64.

[3]吳再華，尹立賢.模糊控制系統原理及應用淺析[M].蘭州文理學院學報（自然科學版），2008，22（1）：91-94.

[4]張吉禮，歐進萍，孫德興.基于作用模糊子集推理的單片機模糊控制實現原理及其應用[J].控制理論與應用，2001，18（4）：576-580

[5]張吉禮，孫德興，歐進萍.模糊控制技術在變頻調速恒壓供水系統中的應用研究[J].電氣傳動自動化，2003，25（6）：16-17.