模糊控制毕业论文.docx

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模糊控制毕业论文

题目:

模糊控制的理论与发展概述

摘要模糊控制理论是以模糊数学为基础,用语言规则表示方法和先进的计算机技术,由模糊推理进行决策的一种高级控制策。

模糊控制作为以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制，它已成为目前实现智能控制的一种重要而又有效的形式尤其是模糊控制和神经网络、遗传算法及混沌理论等新学科的融合，正在显示出其巨大的应用潜力。

实质上模糊控制是一种非线性控制，从属于智能控制的范畴。

模糊控制的一大特点是既具有系统化的理论，又有着大量实际应用背景。

本文简单介绍了模糊控制的概念及应用，详细介绍了模糊控制器的设计，其中包含模糊控制系统的原理、模糊控制器的分类及其设计元素。

关键词：

模糊控制；模糊控制器；现状及展望

AbstractFuzzycontroltheoryisbasedonfuzzymathematics,usinglanguagerulerepresentationandadvancedcomputertechnology,itisahigh-levelcontrolstrategywhichcanmakedecisionbythefuzzyreasoning.Fuzzycontrolisacomputernumericalcontrowhichbasedfuzzysettheory,fuzzylinguisticvariablesandfuzzylogic,ithasbecometheeffectiveformofintelligentcontrolespeciallyintheformoffuzzycontrolandneuralnetworks,geneticalgorithmsandchaostheoryandothernewintegrationofdisciplines,whichisshowingitsgreatpotential.Fuzzycontrolisessentiallyanonlinearcontrol,andsubordinatesintelligentcontrolareas.Amajorfeatureoffuzzycontrolisbothasystematictheoryandalargenumberoftheapplicationbackground.

Thisarticleintroducessimplytheconceptandapplicationoffuzzycontrolandintroducesdetaillythedesignofthefuzzycontroller.Itcontainstheprinciplesoffuzzycontrolsystem,theclassificationoffuzzycontrolleranditsdesignelements.

Keywords:

FuzzyControl;FuzzyController;StatusandProspects.

引言

传统的常规PID控制方式是根据被控制对象的数学模型建立，虽然它的控制精度可以很高，但对于多变量且具有强耦合性的时变系统表现出很大的误差。

比例调节是根据被调量和设定值之间的差值来变化的，也就是说比例控制中余差不可避免。

积分调节最终实现无余差调节，但是超调比较大。

模糊控制是建立在人工经验基础之上的,它能将熟练操作员的实践经验加以总结和描述,并用语言表达出来,得到定性的、精确的控制规则,不需要被控对象的数学模型。

并且模糊控制易于被人们接受,构造容易,适应性好。

Theintroduction

TraditionalwayofconventionalPIDcontrolwasestablishedaccordingtothemathematicalmodelofcontrolledobject,althoughitcanbeveryhighcontrolprecision,butforthemulti-variable

andtime-varyingsystemswithstrongcouplingshowedgreaterror.Proportionalcontrolisbasedonthedifferenceinvaluebetweensetvalueandquantityofthemodulatedtochange,thatistosay,proportionalcontrolofresidualisinevitable.Integralregulationachieveeverythinginaglanceatpoorregulation,buttheovershootisbigger.Fuzzycontrolisbasedontheartificialexperience,itcanskilledoperator'spracticalexperiencesummarizedanddescribed,andthelanguageexpression,getaqualitative,precisecontrolrules,notneedmathematicalmodelofcontrolledobject.Andfuzzycontroliseasytobeacceptedbypeople,easystructure,goodadaptability.

第一章模糊控制概述

1.1模糊控制的概念及应用

“模糊”是人类感知万物,获取知识,思维推理,决策实施的重要特征。

“模糊”比“清晰”所拥有的信息容量更大,内涵更丰富,更符合客观世界。

模糊逻辑控制（FuzzyLogicControl）简称模糊控制（FuzzyControl），是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制技术。

模糊控制理论是由美国著名的学者加利福尼亚大学教授Zadeh·L·A于1965年首先提出,它是以模糊数学为基础,用语言规则表示方法和先进的计算机技术,由模糊推理进行决策的一种高级控制策。

在1968～1973年期间Zadeh·L·A先后提出语言变量、模糊条件语句和模糊算法等概念和方法，使得某些以往只能用自然语言的条件语句形式描述的手动控制规则可采用模糊条件语句形式来描述，从而使这些规则成为在计算机上可以实现的算法。

1974年,英国伦敦大学教授Mamdani·E·H研制成功第一个模糊控制器,并把它应用于锅炉和蒸汽机的控制，在实验室获得成功。

这一开拓性的工作标志着模糊控制论的诞生并充分展示了模糊技术的应用前景。

模糊控制实质上是一种非线性控制，从属于智能控制的范畴。

模糊控制的一大特点是既具有系统化的理论，又有着大量实际应用背景。

模糊控制的发展最初在西方遇到了较大的阻力；然而在东方尤其是在日本，却得到了迅速而广泛的推广应用。

其典型应用的例子涉及生产和生活的许多方面，以下为模糊控制在工业和生活方面的一些应用实例：

1

净水场药品注人控制、上下水道处理系统

2

各种溶沪：

电气炉水泥生成炉的控翻、原子能发电供水控制、金属板成形控制

3

城市垃圾焚烧炉的控制

4

随道盾构机械、油压掘进机械、集装箱吊装的控制

5

高速公路隧道的排气、换气控制

6

汽车的定速行走控制、发动机的控制、模糊AT、自动观光船

7

飞机离着陆控制、直升飞机控制、海上救难船控制

8

机器人的控制：

扫除机械人、花道机械人、激光切割机器人、钓鱼机器人、

9

升降机群管理、自动枪票机、自动门开关装置、自动贩卖机

10

空调控制制冷、制热机、多路空调系统、铁道车辆、

11

造纸机、清酒酿造控制

12

自动声音调整器、传感器位置选择

13

电视会议系统、簇像机、电子喷水器、录像机、照像机、复印机、绘图机

14

家电制品:

洗衣机、吸尘器、干澡机、冷藏箱、电子微波炉,电饭锅、电动剃须刀、

1.2模糊控制的优点

1简化系统设计的复杂性，特别适用于非线性、时变、模型不完全的系统上。

2利用控制法则来描述系统变量间的关系。

3不用数值而用语言式的模糊变量来描述系统，模糊控制器不必对被控制对象建立完整的数学模式。

4模糊控制器是一语言控制器，使得操作人员易于使用自然语言进行人机对话。

5模糊控制器是一种容易控制、掌握的较理想的非线性控制器，并且抗干扰能力强，响应速度快，并对系统参数的变化有较强的鲁棒性和较佳的容错性。

6从属于智能控制的范畴。

该系统尤其适于非线性，时变，滞后系统的控制。

1.3模糊控制的缺点

1模糊控制的设计尚缺乏系统性，这对复杂系统的控制是难以奏效的。

所以如何建立一套系统的模糊控制理论，以解决模糊控制的机理、稳定性分析、系统化设计方法等一系列问题；

2如何获得模糊规则及隶属函数即系统的设计办法，这在目前完全凭经验进行；

3信息简单的模糊处理将导致系统的控制精度降低和动态品质变差。

若要提高精度则必然增加量化级数，从而导致规则搜索范围扩大，降低决策速度，甚至不能实时控制；

4.如何保证模糊控制系统的稳定性即如何解决模糊控制中关于稳定性和鲁棒性问题还有待完善。

Thefirstchapterissummaryoffuzzycontrol

1.1theconceptandapplicationoffuzzycontrol

"Fuzzy"humanperceptioniseverything,toacquireknowledge,thinking,reasoning,decision-makingofimportantfeatures."Fuzzy"than"clear"havetheinformationcapacityofalarger,moreabundantconnotation,moreinlinewiththeobjectiveworld.FuzzyLogicControl（FuzzyLogicControl）referredtoas"FuzzyControl（FuzzyControl）,basedontheFuzzysettheory,FuzzylanguagevariableandFuzzyLogicreasoningisthebasisofacomputernumericalControltechnology.FuzzycontroltheoryisbythefamousscholarattheuniversityofCaliforniaprofessorZadeh,l.a.firstproposedin1965,itisbasedonfuzzymathematics,expressedinthelanguagerulesmethodandadvancedcomputertechnology,bythefuzzyreasoningtomakedecisionsofanadvancedcontrolstrategy.Duringtheperiodof1968~1973,Zadeh,l.a.successivelyproposedlanguagevariable,fuzzyalgorithmandthefuzzyconditionalstatementconceptsandmethods,makesomeofthepastcanonlyusenaturallanguageformofconditionalstatementsdescribethemanualcontrolrulescanbeusedtodescribefuzzyconditionalstatementform,soastomaketheserulescanbeimplementedoncomputeralgorithm.In1974,aprofessorattheuniversityofLondonMamdani,E,H,successfullydevelopedthefirstfuzzycontrollerandapplyittotheboilerandthecontrolofthesteamengine,tosucceedinthelaboratory.Thispioneeringworkmarksthebirthofthefuzzycontroltheoryandfullyshowstheapplicationprospectoffuzzytechnology.

Fuzzycontrolisessentiallyakindofnonlinearcontrol,frombelongstothecategoryofintelligentcontrol.Fuzzycontrolisoneofthebiggestcharacteristicisbothasystematictheory,andwithalargenumberofpracticalapplicationbackground.Thedevelopmentoffuzzycontrolisfirstencounteredinthewestthelargerresistance;Intheeast,especiallyinJapan,however,hasobtainedtherapidandextensivepopularizationandapplication.Itstypicalapplicationexampleinvolvesmanyaspectsofproductionandlife,thefollowingissomeapplicationsoffuzzycontrolintheaspectofindustrialandlivingexample:

1

Druginjectionwaterpurificationfieldpopulationcontrol,sewagetreatmentsystem

2

AllkindsofsolubleShanghai:

cementgeneratedinelectricfurnacecontrolturn,nuclearpowergeneration,watersupply,sheetmetalformingcontrol

3

Controlofurbangarbageincinerator

4

Thetunnelshieldmachine,hydraulicexcavatingmachinery,containerliftingcontrol

5

Exhaustandventilationcontrolofhighwaytunnel

6

Inconstantspeedcontrol,automotiveenginecontrol,automaticfuzzyats,sightseeingboats

7

Aircraft,helicoptersfromlandingcontrolcontrol,maritimerescueboat

8

Therobot'scontrol:

cleaningrobots,ikebanarobots,fishing,lasercuttingmachine,

9

Liftthefleetmanagement,gunticketmachine,automaticswitchingdevice,automaticvendingmachines

10

Refrigerationandairconditioningcontrolsystemofengine,multi-channelairconditioningsystem,railwayvehicle,

11

Papermachine,winebrewingcontrol

12

Automaticsoundregulator,sensorlocationchoice

13

Videoconferencesystem,clusterlikemachine,electronicsprinkler,VCR,camera,copymachine,drawingmachine

14

Homeappliancesproducts:

washingmachines,vacuumcleaners,drybathmachine,cooler,electronicoven,electricricecooker,electricrazor

1.2theadvantagesoffuzzycontrol

1tosimplifythecomplexityofsystemdesign,especiallyfornonlinear,time-varyingandmodelincompletesystem.

2controllawisusedtodescribetherelationshipbetweenthesystemvariables.

3languageinsteadofnumericaltypeoffuzzyvariablestodescribethesystem,thefuzzycontrollerdon'tneedtoestablishacomprehensivemathematicalmodelofcontrolledobject.

4controller,fuzzycontrollerisalanguagethatoperatorseasytousenaturallanguagefortheman-machinedialogue.

5fuzzycontrollerisakindofeasytocontrolandmasteryoftheidealnonlinearcontroller,andstronganti-jammingcapability,fastresponsespeed,andthechangeofsystemparametershasstrongrobustnessandbetterfaulttolerance.

6frombelongstothecategoryofintelligentcontrol.Thissystemisespeciallysuitablefornonlinear,timevaryingandlagcontrolsystem.

1.3thedisadvantageoffuzzycontrol

1thedesignofthefuzzycontrolisstilllackofsystematic,thecontrolofcomplexsystemsisdifficulttowork.Sohowtoestablishasystemoffuzzycontroltheory,inordertosolvefuzzycontrolmechanism,stabilityanalysis,systematicdesignmethodforaseriesofproblems;

2howtoobtainfuzzyrulesandmembershipfunctions,systemdesign,completewithexperienceforthisinthepresent;

3simplefuzzyinformationprocessingwillreducecontrolprecisionofthesystemandthedynamicqualitybecomespoor.Ifyouwanttoimprovetheaccuracyofinevitabletoincreasethequantitativeseries,leadingtorulesearchscope,reducethedecision-makingspeed,can'tevenreal-timecontrol;

4.Howtoensurethestabilityofthefuzzycontrolsystemishowtosolvethefuzzycontrolonthestabilityandrobustnessproblemsremainstobeperfect.

第二章模糊控制器的设计

2.1模糊控制系统的原理

模糊控制作为以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制，它已成为目前实现智能控制的一种重要而又有效的形式尤其是模糊控制和神经网络、遗传算法及混沌理论等新学科的融合，正在显示出其巨大的应用潜力。

图1常见负反馈控制系统方框图

由测量装置、控制器、被控对象及执行机构组成的自动控制系统，就是人们所悉知的常规负反馈控制系统。

其结构如图1所示。

然而经过人们长期研究和实践形成的经典控制理论，虽然对于解决线性定常系统的控制问题非常有效。

随着计算机尤其是微机的发展和应用，基于由于式中μ模糊量，所以为了对被控对象施加精确的控制，还需要将其清晰化转换为精确量u，然后经D/A得模拟量送给执行机构，对被对象进行第一步控制。

然后中断等待第二次采样，进行第二步控制...这样循环下去就实现了对被控对象的模糊控制。

2.2模糊控制器的基本结构

模糊控制器的基本结构包括知识库、模糊推理、输入量模糊化、输出量精确化四部分。

1.知识库

知识库包括模糊控制器参数库和模糊控制规则库。

模糊控制规则建立在语言变量的基础上。

语言变量取值