关于模糊控制理论的综述

物理与电子工程学院

《人工智能》

课程设计报告

课题名称关于模糊控制理论的综述

专业_______________ 自动化______________

班级11 级3班__________________________

学生姓名_______________ 郑艳伟___________

学号_________________________________

指导教师______________ 崔明月____________

成绩__________________________________

2014年6月18日

关于模糊控制理论的综述

摘要：模糊控制方法是智能控制的重要组成部分，本文简要回顾了模糊控

制理论的发展，详细介绍了模糊控制理论的原理和模糊控制器的设计步骤，分析了模糊控制理论的优缺点以及模糊控制需要完善或继续研究的内容，根

据各种模糊控制器的不同特点，对模糊控制在电力系统中的应用进行了分类，并分析了各类模糊控制器的应用效能•最后，展望了模糊控制的发展趋势与动态•

关键词：模糊控制；模糊控制理论；模糊控制系统；模糊控制理论的发展模糊控制是以模糊集理论、模糊语言变量和模糊控制逻辑推理为基础的一种智能控制方法，从行为上模拟人的思维方式，对难建模的对象实施模糊推理和决策的一种控制方法•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、电力系统、家用电器自动化等领域中解决了很多的问题，引起了越来越多的工程技术人员的兴趣•

模糊控制系统简介

模糊控制系统是以模糊集合论、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年美国的扎德⑴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Mamdani首先用模糊控制语句组成模糊控制器，并把它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•

模糊控制系统主要是模拟人的思维、推理和判断的一种控制方法，它将人的经验、常识等用自然语言的形式表达出来，建立一种适用于计算机处理的输入输出过程模型，是智能控制的一个重要研究领域.从信息技术的观点来看，模糊控制是一种基于规则的专家系统•从控制系统技术的观点来看，模糊控制是一种普遍的非线性特征域控制器•

相对传统控制，包括经典控制理论与现代控制理论•模糊控制能避开对象

的数学模型（如状态方程或传递函数等），它力图对人们关于某个控制问题的成功与失败和经验进行加工，总结出知识，从中提炼出控制规则，用一系列多维模糊条件语句构造系统的模糊语言变量模型，应用CRI等各类模糊推理方法，可以得到适合控制要求的控制量，可以说模糊控制是一种语言变量的控制.

模糊控制具有以下特点：

(1) 模糊控制是一种基于规则的控制•它直接采用语言型控制规则，出发

点是现场操作人员的控制经验或相关专家的知识，在设计中不需要建立被控对象的精确数学模型，因而使得控制机理和策略易于接受与理解，设计简单，便于应用；

(2) 由工业过程的定性认识出发，比较容易建立语言控制规则，因而模糊控制对那些数学模型难以获取、动态特性不易掌握或变化非常显著的对象非常适用；

(3) 基于模型的控制算法及系统设计方法，由于出发点和性能指标的不同容易导致较大差异；但一个系统的语言控制规则却具有相对的独立性，利用这些控制规律间的模糊连接，容易找到折中的选择，使控制效果优于常规控制器；

(4) 模糊控制算法是基于启发性的知识及语言决策规则设计的，这有利于模拟人工控制的过程和方法，增强控制系统的适应能力，使之具有一定的智能水平；

(5) 模糊控制系统的鲁棒性强，干扰和参数变化对控制效果的影响被大大减弱，尤其适合于非线性、时变及纯滞后系统的控制•

除此，模糊控制还有比较突出的两个优点：

第一，模糊控制在许多应用中可以有效且便捷地实现人的控制策略和经验；

第二，模糊控制可以不需被控对象的数学模型即可实现较好的控制，这是因为被控对象的动态特性已隐含在模糊控制器输入、输出模糊集及模糊规则中•模糊控制也有缺陷,主要表现在：1)精度不太高；2)自适应能力有限；3) 易产生振荡现象.

模糊控制的发展

模糊控制的发展基本上可分为两个阶段：初期的模糊控制器是按一定的语言控制规则进行工作的，而这些控制规则是建立在总结操作者对过程进行控制的经验基础上，或设计者对某个过程认识的模糊信息的归纳基础上，因而它适用

于控制不易获得精确数学模型和数学模型不确定或多变的对象•后期的模糊控

制器则是基于控制规则难以描述，即过程控制还总结不出什么成熟的经验，或者过程有较大的非线性以及时滞等特征，试图吸取人脑对复杂对象进行随机识别

和判决的特点，用模糊集理论设计自适应、自组织、自学习的模糊控制器•模糊控制现正从以下几个方面加紧研究：

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）在模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•

模糊控制的现状

模糊控制的研究主要体现在控制器的研究和开发以及各类实际应用中，目前模糊控制已经应用在各个行业•各类模糊控制器也非常多，模糊控制器的研究一直是控制界研究的热点问题，而关于模糊控制系统的稳定性分析则是模糊控制需要研究和解决的基本问题•目前已经出现了为实现模糊控制功能的各种集成电路芯片•开发模糊控制系统的软件工具也出现了不少•下面作一简单介绍•

1.1与其它智能控制的结合或融合

模糊控制与其它智能控制的复合产生了多种控制方式方法•主要表现在：

1）模糊PID控制器[2]

模糊PID控制器的研究是将模糊技术与常规的PID控制算法相结合的一种控制方法，得到了许多学者的关注•模糊PID控制器是一种双模控制形式.这种改进的控制方法的出发点主要是消除模糊控制的系统稳态误差，利用PID控制器提高控制精度，消除误差，增加稳态控制性能•从PID控制角度出发，提出FI —PI、FI —PD FI —PID三种形式的模糊控制器，并能运用各种方式得出模糊控制器中量化因子、比例因子同PID控制器的因子KP、KI、KD之间的关系式.对基于