王剛

摘要：分析了模糊控制的發(fā)展概況及研究現(xiàn)狀，闡述了模糊控制的系統(tǒng)組成、過程及其特點(diǎn)，并對(duì)其穩(wěn)定性分析進(jìn)行了說明；簡述了模糊控制需靠硬件來彌補(bǔ)實(shí)時(shí)性控制不足的要求，指出了模糊控制仍然存在如精度不足、隸屬度函數(shù)的制定以及控制規(guī)則仍然靠專家的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)、沒有系統(tǒng)化理論的支撐等缺陷，并對(duì)發(fā)展前景做了展望。

關(guān)鍵詞：智能控制；模糊控制；模糊理論

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）01-0010-02

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，模糊控制技術(shù)已經(jīng)在世界上普遍的應(yīng)用，是當(dāng)今先進(jìn)的智能控制方法之一。雖然模糊控制理論的提出距今只有幾十年時(shí)間，但由于它具有不需被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型、速度快、魯棒性好等優(yōu)點(diǎn)，使得它在某些應(yīng)用領(lǐng)域具有不可替代性，研究性意義長遠(yuǎn)而悠久。

1 模糊控制理論發(fā)展研究

模糊控制是模擬人的思維、推理和判斷的一種控制方法，它將人的經(jīng)驗(yàn)、常識(shí)等用人的語言的形式表達(dá)出來，建立一種適用于計(jì)算機(jī)處理輸入輸出過程的模型。相對(duì)于經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論，模糊控制理論能避開應(yīng)用中需要建立被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，處理一些無法建模和無法精確化的問題。

模糊控制理論發(fā)展初期在西方遇到了很大的阻力，西方學(xué)者普遍認(rèn)為模糊控制在應(yīng)用研究中意義不大。然而，在東方尤其是日本，模糊控制卻得到了迅速的發(fā)展，20世紀(jì)80年代，日本的工程師用模糊控制技術(shù)首先實(shí)現(xiàn)了對(duì)一家電子水凈化工廠的控制，又開發(fā)了仙臺(tái)地鐵模糊控制系統(tǒng)，創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)世界上最先進(jìn)的地鐵系統(tǒng)，而這引起了模糊控制領(lǐng)域的一場巨變，使得西方又開始重視模糊控制理論[1]。

模糊控制的研究主要集中在控制器的研究和開發(fā)上，目前模糊控制器已經(jīng)在很多領(lǐng)域有了廣泛應(yīng)用。當(dāng)前市場上存在的控制器種類繁多，出現(xiàn)了為實(shí)現(xiàn)模糊控制功能的各種集成電路芯片。由于模糊控制存在的缺陷，學(xué)者對(duì)模糊控制與其他智能控制的結(jié)合進(jìn)行了研究，效果也明顯優(yōu)于常規(guī)控制器。

2 模糊控制過程及特點(diǎn)

2.1 模糊控制過程簡述

模糊邏輯控制（Fuzzy Logic Control）簡稱模糊控制（Fuzzy Control），是指在控制方法上應(yīng)用模糊集合、模糊語言變量和模糊邏輯推理，通過模擬人腦思維，對(duì)一些無法建立數(shù)學(xué)模型的過程進(jìn)行控制的一種計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)。

基本的模糊控制系統(tǒng)一般由模糊化、模糊推理、解模糊三部分組成，如圖1所示，模糊化即將相應(yīng)的模糊控制器的輸入量轉(zhuǎn)換為符合人類規(guī)則的模糊語言變量，此語言變量可由隸屬度函數(shù)確定。

一般的模糊控制器采用誤差（e）及誤差變化（ec）作為輸入語言變量，而模糊推理是基于專家的知識(shí)及日常經(jīng)驗(yàn)制定的相關(guān)規(guī)則，這些規(guī)則是一些條件語句，它們通常用IF A THEN B表示，調(diào)整和校準(zhǔn)模糊規(guī)則是模糊控制中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。解模糊是模糊系統(tǒng)的重要組成部分，是將模糊推理中產(chǎn)生的模糊量轉(zhuǎn)化為精確量。常見的方法主要有最大隸屬度值法、面積平均法、重心法等。一個(gè)好的模糊控制過程就是選用合適的隸屬度函數(shù)進(jìn)行模糊化，運(yùn)用合理的推理方法得到結(jié)論，采用適當(dāng)?shù)慕饽：椒ㄟ€原出精確量。

2.2 模糊控制的特點(diǎn)

模糊控制系統(tǒng)模擬人的思維進(jìn)行模糊規(guī)則的構(gòu)建，易于理解、設(shè)計(jì)簡單，調(diào)整和校準(zhǔn)控制規(guī)則相對(duì)方便。其次，模糊控制具有控制速度快、魯棒性好的特點(diǎn)。模糊控制的上升特性比其他控制方法好，干擾和參數(shù)的變化對(duì)控制效果的影響被大大削弱，尤其適合于非線性、時(shí)變及純滯后系統(tǒng)的控制。專家在控制策略制定時(shí)對(duì)進(jìn)行模糊控制本身具有自預(yù)測能力進(jìn)行了充分的估計(jì)和預(yù)測。

模糊控制優(yōu)點(diǎn)很多，但是短板仍然不容忽視。1）模糊控制是將控制變量進(jìn)行了模糊化處理，將精確量轉(zhuǎn)換為了模糊規(guī)則語言變量，這一轉(zhuǎn)換必然會(huì)導(dǎo)致控制的精度降低，使動(dòng)態(tài)控制的質(zhì)量變差。2）控制器的設(shè)計(jì)缺乏系統(tǒng)性，這是由于模糊規(guī)則及其隸屬度函數(shù)的制定是基于專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)致的，人類對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)是有限的，我們不知道專家所制定的模糊規(guī)則是不是全面且準(zhǔn)確的，進(jìn)而無法避免意外事件的發(fā)生，模糊控制仍有較大不足。

3 模糊控制穩(wěn)定性分析

穩(wěn)定性分析是模糊控制過程的基本問題，由于模糊控制規(guī)則的制定及隸屬度函數(shù)的選取都是基于專家的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，其穩(wěn)定性分析不如常規(guī)控制器來得容易。T-S模型的提出及在其模型下的模糊控制穩(wěn)定性分析研究近些年有了顯著進(jìn)展，通過使用T-S模糊模型對(duì)非線性系統(tǒng)進(jìn)行建模，可將非線性系統(tǒng)模型表示為一系列線性系統(tǒng)模型的加權(quán)平均，因此可以使用線性系統(tǒng)理論來分析模糊控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制設(shè)計(jì)問題，這給控制理論研究尤其是模糊控制的研究帶來了非常重要的影響[2]。

4 模糊控制的硬件發(fā)展

模糊控制設(shè)計(jì)方法越來越多，也越來越完善，但是無法滿足對(duì)實(shí)時(shí)性要求非常高的控制條件，這時(shí)常用硬件來彌補(bǔ)。1992年，德國Inform公司和西門子公司聯(lián)合研制生產(chǎn)出了FUZZY-166，被稱為第三代模糊微處理器。Neural Logic公司生產(chǎn)的NLX220，主要用于模糊識(shí)別，而且該公司還生產(chǎn)有很多專用模糊芯片。另外，日本的歐姆龍公司投入市場的模糊芯片已有FP1000，F(xiàn)P3000，F(xiàn)P5000和FP7000等多種，它們都是數(shù)字式模糊處理器，其中，F(xiàn)P5000的處理速度可高達(dá)1千萬條規(guī)則每秒，可以說技術(shù)相當(dāng)先進(jìn)[3]。

5 結(jié)語

模糊控制理論在生產(chǎn)生活中的實(shí)際應(yīng)用越來越多，包括工業(yè)控制領(lǐng)域、家用電器、自動(dòng)化領(lǐng)域和其他諸多行業(yè)，解決了傳統(tǒng)控制方法無法解決或者難以解決的問題，取得了令人矚目的成果，其最大的貢獻(xiàn)就在于它不需要建立確定的數(shù)學(xué)模型，這給人類的智慧直接運(yùn)用到控制領(lǐng)域搭好了橋梁。

模糊控制雖然發(fā)展迅速，但是在某些領(lǐng)域，它并不及常規(guī)控制效果好，而且模糊控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題至今仍然沒有被完全論證。目前模糊控制理論研究仍然滯后于實(shí)際應(yīng)用，這是由于人類的某些經(jīng)驗(yàn)無法量化導(dǎo)致的，因此我們應(yīng)該加強(qiáng)相關(guān)理論的研究，讓理論促進(jìn)實(shí)踐的發(fā)展，這樣才可以使人類智慧系統(tǒng)化地服務(wù)于整個(gè)社會(huì)的進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

[1]彭勇剛.模糊控制工程應(yīng)用若干問題研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2008.

[2]謝振華，程江濤.自適應(yīng)模糊控制幾個(gè)基本問題的研究進(jìn)展[J].電光與控制，2000，78：15-17.

[3]劉曙光，王志宏，費(fèi)佩燕，王斌.模糊控制的發(fā)展與展望[J].機(jī)電工程，2000，01：9-12.