自动化专业学科前沿讲座之模糊控制论文

自动化前沿知识讲座自动化前沿知识讲座 模糊控制理论的发展及应用 这学期学院为我们开设了自动化前沿知识讲座，通过对这门课 的学习，使我对自动化这个专业的一些问题有了更深的了解，让我 对专业的学习有了明确的方向和目标。 自动化的前沿技术有哪些呢？自动化的前沿技术有哪些呢？ 1 1模糊控制模糊控制其实我很清楚其实我很清楚 2.2.最优控制最优控制-“-“没有更好只有最好没有更好只有最好” 3.3.自适应控制自适应控制以变制变以变制变 4.4.鲁棒控制鲁棒控制以静制动以静制动 5.5.线性控制理论纵横线性控制理论纵横 6.6.非线性控制理论的发展非线性控制理论的发展 7.PID7.PID 控制控制简而优秀简而优秀 8.8.预测控制预测控制未卜先知未卜先知 9 9故障诊断故障诊断神医妙手神医妙手 10.10.人工智能人工智能智慧之巅智慧之巅 11.11.专家系统专家系统身边的专家身边的专家 12.12.推理控制推理控制经验的作用经验的作用 13.13.集散控制系统（集散控制系统（DCSDCS） 今天我主要想说的是前沿技术中的模糊控制。模糊控制是以模糊模糊控制是以模糊 集合理论为基础的一种新兴的控制手段，它是模糊系统理论和模糊集合理论为基础的一种新兴的控制手段，它是模糊系统理论和模糊 技术与自动控制技术相结合的产物。自从这门科学诞生以来，它产技术与自动控制技术相结合的产物。自从这门科学诞生以来，它产 生了许多探索性甚至是突破性的研究与应用成果，同时，这一方法生了许多探索性甚至是突破性的研究与应用成果，同时，这一方法 也逐步成为了人们思考问题的重要方法论。也逐步成为了人们思考问题的重要方法论。 19651965 年美国的控制论专家年美国的控制论专家 L.L. A.A. ZadehZadeh 教授创立了模糊集教授创立了模糊集 合论，从而为描述，研究和处理模糊性现象提供了一种新的工具。合论，从而为描述，研究和处理模糊性现象提供了一种新的工具。 一种利用模糊集合的理论来建立系统模型，设计控制器的新型方法一种利用模糊集合的理论来建立系统模型，设计控制器的新型方法 模糊控制也随之问世了。模糊控制的核心就是利用模糊集合理模糊控制也随之问世了。模糊控制的核心就是利用模糊集合理 论，把人的控制策略的自然语言转化为计算机能够接受的算法语言论，把人的控制策略的自然语言转化为计算机能够接受的算法语言 所描述的控制算法，这种方法不仅能实现控制，而且能模拟人的思所描述的控制算法，这种方法不仅能实现控制，而且能模拟人的思 维方式对一些无法构造数学模型的被控对象进行有效的控制。维方式对一些无法构造数学模型的被控对象进行有效的控制。 模糊控制作为智能领域中最具有实际意义的一种控制方法，已经在模糊控制作为智能领域中最具有实际意义的一种控制方法，已经在 工业控制领域，家用电器自动化领域和其他很多行业中解决了传统工业控制领域，家用电器自动化领域和其他很多行业中解决了传统 控制方法无法或者是难以解决的问题，取得了令人瞩目的成效。控制方法无法或者是难以解决的问题，取得了令人瞩目的成效。 现在我来具体的说一下模糊控制。主要是以下几点：现在我来具体的说一下模糊控制。主要是以下几点： （1）模糊的概念）模糊的概念 在日常生活中,人们的思维中有许多模糊的概念,如大、小、冷、 热等,都没有明确的内涵和外延,只能用模糊集合来描述。人们常用 的经验规则都是用模糊条件语句表达,例如,当我们拧开水阀往水桶 里注水时,有这样的经验:桶里没水或水较少时,应开大水阀;当水桶 里水快满时,则应把阀门关得很小;而水桶里水满时应迅速关掉水阀。 其中,“较少” 、 “很小”等,这些表示水位和控制阀门动作的概念都 具有模糊性。即有经验的操作人员的控制规则具有相当的模糊性。 模糊控制就是利用计算机模拟人的思维方式,按照人的操作规则进行 控制,实现人的控制经验。 （2）模糊控制概况）模糊控制概况 模糊控制是以模糊集合论、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。1965 年，美国的 L.A.Zadeh 创立了 模糊集合论；1973 年他给出了模糊逻辑控制的定义和相关的定理。 1974 年，英国的 E.H.Mamdani 首先用模糊控制语句组成模糊控制器， 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。 模糊控制实质上是一种非线性控制，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。这是跟西方人 的思维特征密切相关，西方人喜欢理性分析问题，要把所有东西都 数字化；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。近 20 多年来，模糊控制不论从理论上还是技术上都有了长足的 进步，成为自动控制领域中一个非常活跃而又硕果累累的分支。其 典型应用的例子涉及生产和生活的许多方面，例如在家用电器设备 中有模糊洗衣机、空调、微波炉等；在工业控制领域中有水净化处 理、发酵过程、水泥窑炉等的模糊控制；在专用系统和其它方面有 地铁靠站停车、汽车驾驶、电梯、自动扶梯以及机器人的模糊控制 等。 （3）模糊控制的基本理论）模糊控制的基本理论 所谓模糊控制,就是在控制方法上应用模糊集理论、模糊语言变 量及模糊逻辑推理的知识来模拟人的模糊思维方法,用计算机实现与 操作者相同的控制。该理论以模糊集合、模糊语言变量和模糊逻辑 为基础,用比较简单的数学形式直接将人的判断、思维过程表达出来,从 而逐渐得到了广泛应用。应用领域包括图像识别、自动机理论、语 言研究、控制论以及信号处理等方面。在自动控制领域,以模糊集理 论为基础发展起来的模糊控制为将人的控制经验及推理过程纳入自 动控制提供了一条便捷途径。 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。 （4）模糊控制的特点）模糊控制的特点 一、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； 二、利用控制法则来描述系统变量间的关系； 三、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； 四、模糊控制器是一语言控制器，使得操作人员易于使用自然 语言自然语言进行人机对话； 五、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，具有较佳的适应性及强健性、较佳的容错性。 模糊控制理论主要研究内容:模糊控制稳定性,模糊模型的辨识, 模糊最优控制,模糊自适应控制,与其他控制结合等。 （5）模糊控制的应用）模糊控制的应用 1965 年美国控制论专家 Zadeh 教授创立了模糊集理论，为描述 和研究模糊现象提供了有力的数学工具。1974 年英国自动控制专家 E.H.Mamdani 教授成功地将模糊语言逻辑运用于工业过程，标志着 模糊控制的诞生。近 40 年来，模糊控制理论取得了很大的发展，在 众多领域得到了广泛的应用。 在经济领域，经济计量学中是根据经济学和统计学理论，利用 给定的数据建立模型，用于经济预测、策略评估等。所谓预测就是 利用样本数据和样本估计模型来估计系统未来时刻的预测值。到目 前为止，经济计量学中几乎所有的预测模型都把经济现象视为一种 随机现象，根据统计学理论为之建立预测模型。然而许多经济现象 不仅仅具有随机性，同时也具有模糊性。例如，当我们说某商品的 质量好时，术语“好”就是一个模糊概念。对这类经济现象，如果 仅考虑其随机性而忽略其模糊性，显然所建立的模型预测效果不会 太理想。另外，有些经济现象中的有关因素不一定存在统计关系， 这样就很难对它们建立统计模型。有时为了得到较高的模拟效果， 常常增加外生变量的数目来建立多变量模型，这样不但增加了计算 量，而且积累了误差。然而将某些因素适当地进行模糊化处理就可 提高预测精度。 应用模糊控制的基本理论和方法建立的模糊控制模型，与用经 济学和统计学原理所建立的模型相比较，可以更简单方便地对一类 具有模糊性相关因素的