模糊控制系统设计与分析

的控 制 。 ２ 模 糊 控 制 系统 组 成 模糊控制系统通常 由模糊控制器 、 输入腧 出接 口、 执行机构 、 被 控 对 象Leabharlann Baidu和 测量 装 置 等 五个 部 分 组成 。如 图 １ 为模 糊 控制 系统 框 图 。
图 ３ 模糊 控 制 器 的 结构 ４１ 模糊化接 口。因为从检测装置输入计算机控制器的变量值 ．１ ． 图 １模糊控制系统结构 图 ２１ ． 被控对象 。被控对象可以是确定 的或模糊 的、 单变量或多变 通常都是清晰值 ， 因此在进行模糊推理之前 ， 需要将这些清晰值转化 量的 、 有滞后或无滞后 的、 可以是线性的或非线性 的、 也 定常的或时 为模糊推理所处理的模糊集合的形式 ，模糊化接 Ｅ就是实现这样 的 ｌ 变的 ， 以及具有强藕合和干扰等多种 情况。 对于那些难 以建立精确数 功 能 。 ４１ ．． ２知识库 。模糊控制器的知识库主要包括控制规则库和数据 学模 型的复杂对象 ， 更适宜采用模糊控制。 数据库中存放 的是所有输入 、 输出变量 的全部模糊子集的隶属度 ２ ． ２执行机构 。除 了电气的以外 ， 如各类交 、 直流 电动机 ， 伺服 电 库 ， 矢量值 。规则库中的模糊控制规则是按人的直觉推理 的一种语 言表 动机 ， 步进 电动机等 ， 还有气 动的和液压的 ， 如各类气动调节阀和液 压马达 、 液压 阀等 。 示形式 ， 是基于专家知识或熟练手动操作人员长期积累的经验。 ４１ ．． ３模糊推理 。模糊控制器中的推理是指根据输入模糊量 的大 ２ ． ３控制器 。控制器是各类 自动控制系统 中的核心部分 。由于被 由模糊控制规则完成模糊推理来求解模糊关系方程 ， 并获得模糊 控对象的不 同， 以构成各种类 型的控制 器 ， 可 如在经典控制理论 中 ， 小 ， 用运算放大器加上阻容 网络构成的 ＰＤ控制器和 由前馈 、反馈环节 控制量 的功能部分 。模糊推理由条件聚合 ， Ｉ 推断和累加三部分组成 。 ４１ ．４解模糊接 口。 ． 经过模糊推理得到的是一个输出的模糊集合 ， 构成 的各种 串、 并联校 正器 ； 在现代控制理论 中 ， 设计 的有状态观测 器、 自适应控制器 、 解藕控制器 、 鲁棒控制器等 。 将模糊推理得到 的结果传递给执行机构之前 ，必须将推理得到的模 ２ ． ４输入偷 出（Ｏ接 Ｅ。 Ｉ ） ｌ 模糊控制系统与通常 的全数字控制系统 糊集合转化成清晰值 ， 即为解模糊化接 口所完成 的功能 。 ， 这 ４ ． ２模糊控制的 Ｐ ＷＭ控制原理。Ｐ ＷＭ控制方法 ， 是把输出电压 或混合控制系统一样 ， 必须具有模／ ＡＤ 、 模（／） 单元 ， 同 ￣（／ ） 数／ ＤＡ转换 不 的只 是 在模 糊 控 制 系统 『 ，还 该 ‘ 川 ｒ 坝 甫逻 处 的 “ 糊 的半个周期分割成多个脉冲 ， ｆ １ 适 Ⅵ 模 通过合理地控制其中每个脉冲的宽度 ， 化” 解模糊化” 与“ 环节 ， 这部分通常也被看作是模糊控制器的输人／ 去控制输 出电压的波形 、 输 频率及其基波幅度。目前应用最多的是正弦 波宽度调制控制法（Ｐ Ｓ ＷＭ） Ｐ 。Ｓ ＷＭ控制法就是令 Ｐ ＷＭ输出波在每 出接 口。 ２５ ．测量装置 。 测量装置是将被控对象 的各种非 电量 ， 如电流、 温 个特定 时间间隔内的能量等效于正弦波所包含的能量 。 变频调 速控制 电路采用 的是基本于 Ｓ ＷＭ 技术 的开环控制方 Ｐ 度、 压力 、 速度 、 浓度 ， 转换为电信号的一类装置。 式 ， 制电路的主要任务是实现对逆变器开关的控制 ， 控 以确定的时间 ３模糊控制规则及控制算法 ３１ ．模糊控制规则。模糊控制规则是模糊控制器的核心 ， 必须精 使 ６个功率驱动元件导通 ，控制开关元件产生一组等幅不等宽的脉 冲波形 ， 使整个输出近似等效于正弦波形 。Ｐ ＷＭ从单片机输 出， 去控 心选取这些规则 ， 并考虑下列 问题 ： ３１ 选定描述控制器输入和输 出的语义词汇 。我们称这些语义 制逆变电路变得容易起来。 ．１ ． 程序框图如图 ４ ５ ， 所示。 三相波输 出模块 ＷＭ波形。输出的 Ｐ ＷＭ的频率 由单 变量词汇为变量的模糊状态 。 如果选择 比较多的词汇 ， 即用较多的状 可产生频率相 同的三个独立 的 Ｐ ＭＤ控制寄存器 ＭＤ Ｒ Ｐ Ｄ决定 。只要改变 ＭＤ Ｒ Ｐ Ｄ寄存器设置 态来描述每个变量 ， 那么制定规则就 比较灵活 ， 形成的规则就 比较精 片机 Ｐ 确 。在实际应用 中， 通常选取 ５ 个模糊状态 ， 即正大（ Ｂ 、 Ｐ ）正小 （ Ｓ 、 值 ， Ｐ） 可很方便地改变调制波 的频率 。 置入 ＭＤ Ｒ Ｐ Ｄ的值 Ｎ可按下式计 算 ：＝ Ｎ 外部振荡 ｆｓ ／ ｏ ｃ（ 预分频数 ＊Ｐ ｆＷＭ＊） 中预分频数是为满足 ２，式 负小 （ ｓ 、 Ｎ ）负大（ Ｂ） （Ｒ） Ｎ 和零 ｚ 。 设余弦表格 中第 ｎ 个数为 Ｄ ， Ｐ ｎ 则 ＷＭ波形 中第 ３１ ．． ２规则模糊集。 模糊集表示一个模糊状态。 在规定模糊集时必 不 同频率而设置的。
科技 论 坛
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模 糊控制 系统设 计 与分析
吕祖 强
（ 新能 源科技有限公 司， 黑龙 江 哈 尔滨 １ ００ ） ５ ０ ０
摘 要 ： 文 主要 介 绍 了模 糊 控 制 系统 的 理 论 、 本 系统组 成 及 原 理 。如 模 糊 控 制 系统控 制 器 、 糊 控 制 的 Ｐ Ｍ控 制原 理 。 模 Ｗ 关键词 ： 模糊控制 系统 ； 糊控 制 系统控 制器； 模 控制算法 １ 模 糊 控 制理 论 概述 糊 控 制 系 统 目前 采 用 以
输出
模糊控制是 以模糊数学为工具 ，把控制专家和操作技师的经验 下 算法 ：Ｃ Ｉ ａ Ｒ 推理 的查 ． 模拟下来 ， 通过模糊控制软件 ， 将最善于处理模糊概念 的人脑思维方 表 法 ．．Ｒ 推 理 的解 析 ｂ Ｉ Ｃ 法体现出来 ， 作为正确的判断 。 模糊控制较传统 ＰＤ控制来看有以下 公 式 法 ．． ｍ ａｉ 接 Ｉ ｃ Ｍａ ｄ ｎ 直 图 ２ 双 输 入 单 输 入 模糊 控 制器 模 型 推理法 ；． ｄ 后件函数法 。 两个优点： １ 有些时候被控对象数学模型很 难建立 ， ． １ 而模糊控制可以针对 ４ 模 糊 控 制器 ４１ ．模糊控制器组成 。 模糊控制器作用是完成从输入变量到输出 未建模系统某个控制 问题的经验进行加工 ，总结 出知识从 中提炼 出 变量的映射关系 ， 是模糊控制系统的核心， 其结构如图 ３ 主要包括四 ， 控制规律 ， 实现复杂系统的控制。 １ 传统控制对参数难以调整 ， ． ２ 超调量大并带有振荡 。 与此相反 ， 个部分 ： 入量模糊化接 口、 输 知识库 、 模糊推 理和输 出解模 糊接 口四 模糊控制对过程参数改变不灵敏 ，在所有工作点上都能做到较稳 定 个部分。