模糊控制及其应用的研究

模糊控制及其应用的研究 摘要 主要总结了近年来模糊控制系统的研究与发展， 介绍了最近模糊控制系统研究一些主要方面及研究成果， 分析了它们的优缺点， 并探讨了这一研究领域的研究趋向 模糊控制的基本概念 模糊控制是基于模糊逻辑描述的一个过程的控制算法。模糊计算可以处理不精确的模糊输入信息，可以有效降低感官灵敏度和精确度的要求，而且所需要存储空间少，能够抓住信息处理的主要矛盾，保证信息处理的实时性。多功能性和满意性。模糊系统是一种基于知识或基于规则的系统，它的核心就是由所谓的 个模糊的 模糊控制是通过模糊逻辑和近似推理的方法，对人的经验形式化、模糊化，变成计算机可以接受的控制模型，用计算机代替人实现实时控制。 模糊理论的主要研究领域 ( 1 ) 研究模糊控制器非线性本质的框架结构及其同常规控制策略的联系， 揭示模糊控制器工作的实质和机理。它可提供系统的分析和设计方法，解决一些先前被认为是困难但却是非常重要的问题，如稳定性、鲁棒性等。 ( 2 ) 在摸糊控制已取得良好实践效果的同时，从理论分析和数学推导角度揭示和证明模糊控制系统的鲁棒性优于常规控制策略。 ( 3 ) 研究模糊控制器的优化设计问题尤其是在线优化问题。模糊控制器源于采用启发式直觉推理， 其本身的推理方式难于保证控制效果的最优。解决模糊控制器的优化问题也是进一步将其推向工业应用的有效手段。 ( 4 ) 在理论研究中规则本身非线性问题及实际应用中模糊控制器的规则自学习和自动获取问题。前者之所以成为难点是因为具有线性规则的模糊控制器本身已属非线性控制，非线性规则则更使问题的系统化研究方法困难；后者则构成智能控制中专家系统的核心问题。 ( 5 ) 将模糊控制同其它领域的理论研究方法相结合，利用模糊控制的优势解决该领域中过去用常规方法难以解决的问题。 主要应用领域 1 工业应用 比较典型的例子有地铁机车模糊控制、电梯群控、隧道挖掘机控制、玻璃熔炉温度控制、退火炉燃烧控制、热交换过程控制、气炼机控制、电弧冶炼炉控制、暖水工厂控制、污水处理过程控制、交通路口控制、水泥窑炉控制、飞船飞行控制、机器人控制、模型小车的停靠和转弯控制、汽车速度控制、水质净化控制等。生物医学应用中，有激光热疗法中组织温度控制、病人血压的调节和控制等。医疗仪器中也有许多成熟的模糊产品。 2 家电应用 目前已成功实现模糊控制功能的家用电器产品有模糊控制的全自动洗衣机、模糊控制电饭煲、模糊控制电冰箱、模糊控制吸尘器、模糊控制微波炉、模糊控制空调机、照相机、和摄像机等。 模糊控制的优缺点 具有的优点有： 1）无需建立数学模型，是解决不确定性的一种有效途径。 2）具有较强鲁棒性，可用于非线性、时变、时滞系统的控制。 3）由离线计算得到控制查询表，提高控制实时性。 4）控制的机理符合人们对过程控制作用的直观描述与思维，为智能控制应用打下基础。 主要缺点有： 1）控制精度低与动态品质差。 2）模糊控制设计缺乏系统性，无法定义控制目标，使实时性变差。 模糊控制交通系统 模糊控制器硬件框图 上位机 通灯 键盘 8位数码管 8位数码 8位数码 8位数码 6 5 8 7 串口 分级模糊控制器结构图 组合预测模块 交通流检测器 红灯损失模块 绿灯增益模块 绿灯延时模块 交通信号灯 交通流 红灯相位交通流数据 绿灯相位交通 流数据 第一级 第二级 分级模糊控制器 绿灯延时或相 位转换 赋予第一相位最小绿灯时间 开始 绿灯时间到 ？ 上位机组合预测模型 绿灯增益模块 红灯损失模块 绿灯延时模块 S？ 最大绿灯 时间到 ？ 延长 转换相位 ， 把通行权赋予损失度最高的红灯相位 N Y Y