浅谈模糊控制原理及应用

胡茹

摘 要：本文章在查阅现有文献的基础之上，简要介绍了模糊控制的起源、发展、基本概念、基本原理和部分典型应用，对于了解模糊控制具有较好的参考意义。

关键词：模糊控制；原理；应用

模糊控制起源于60 年代的美国，由加利福尼亚大学的L.A.Zaoleh 教授提出的模糊数学理论发展而来。[1]由于模糊控制具有精确数学模型依赖性弱、鲁棒性强、有较强的容错能力、易于通过人的自然语言进行人机界面联系等特点，受到了学术界研究人员的广泛关注，在上世纪八十年代后期得到了迅速发展，取得了众多的研究成果，其被广泛应用于工业生产、医疗、经济、军事等部门，甚至在城市垃圾焚烧、家用电器行业等方面得到了应用，并相应地取得了广泛有益的应用效果。

1 模糊控制基本概念

我们通常所说的模糊控制，其实也就是一种控制的方法，它是基于应用模糊集合、模糊语言变量及模糊逻辑推理等一系列有关模糊知识来模拟具有思维能力的人的模糊思维方法，用以计算机功能辅助来实现或人思维相同的控制。这种模糊控制理论就是以模糊集合、模糊语言变量和模糊逻辑为最基本的理论基础，用最为简便易懂的数学逻辑运算形式而直接表达人的判断、思维过程。[2]

在模糊控制现实理论应用中，用来描述模糊量的基础是模糊集合，模糊控制器的研究和设计以及应用是模糊控制的最高境界。模糊控制器必须得以客观实际应用环境中的精确量来实现并相互进行海量信息的基本交换，或者说输出的模糊控制量要想实现控制其被控制的对象时，就必须要完成环境中的精确量和模糊量相互转换这个核心难题，只有这样完成了环境中的精确量和模糊量相互转换后才能使精确量在模糊控制器中充分得到正确无误快算有效处理。同时，还可以向控制对象提供及其精确的控制输出变量，以此来达到控制对象的目的。在我们学习的模糊控制理论中，另一个问题就是，在应用过程中模糊控制器控制中按正确形式输入模糊量以后，它又是以哪一种机理产生如此恰当的模糊控制输出量的呢？这个问题的解决依赖于模糊控制器的推理形式、准确程度及其速度和具体的推理算法等一系列的因素。

2 模糊控制基本原理[3]

下图1是一般模糊控制系统结构图，它的主要核心控制部分是系统中的模糊控制器，而在我们所谈到的模糊控制中，其机理就是通过系统中的模糊控制器体现出来的，而模糊控制器本身的思维就是来自于生产实践中需要对被控对象动作、思维、推理速度等一系列动作或其他类似思维的控制，模糊控制器它对被控制对象的控制，其依据是来自人类对生活中或生产实际运用等模糊控制所积累的经验或实际需求理念并表现出来的模糊控制語句等描述形式。在模糊控制编程的语句中，不能缺少的是人类对现实环境的模糊检测以及对被控制对象的模糊执行命令，并通过计算机一系列运算，最终去执行完成上述需要完成的命令。

模糊控制器的核心在于模糊化处理、逻辑推理和反模糊化处理模块，模糊控制器的核心结构如图2所示。

模糊控制器其结构由模糊化处理模块、反模糊化处理模块、知识库和规则库组成。其特征在于：（a）模糊化处理功能模块完成对被控制的对象其有关输出状态的精确量向对应的模糊量转换；（b）用以存储的知识库用的计算机应该要把应用于模糊控制方面的知识库内的相关内容存储在其内部，以备于知识模糊控制器在逻辑推理时检索或应用。本模糊控制装置中知识库是由数据库和语言控制规则库两者构成，数据库就是一个隶属的函数集合，而语言控制规则库也就是我们日常通常所说的模糊控制规则库；

（c）推理机功能模块。它就是模糊控制器最为核心的功能模块，模糊控制器它将用来模拟人类的一些决策能力、思维能力等来进行模糊决策；（d）反模糊处理模块，它的主要作用就是把模糊控制器执行以后的决策，所产生的那些模糊控制量转换成合理的精确的控制量。

模糊控制器它的工作过程为：首先是将模糊量和模糊控制规则存储到知识库内，然后向模糊化处理模块提供模糊量的隶属函数形态。其次是，模糊化处理模块在接收到外部的精确量输入后，将其转换成对应的模糊量及隶属度。再就是，知识库也向反模糊化模块转换接口提供模糊量的隶属函数形态，反模糊化处理模块根据输出的模糊量及隶属度，转换成与之对应的精确控制量。知识库向推理机中的决策逻辑模块提供控制规则，然后由决策逻辑模块执行其推理过程，推断并对外输出控制的模糊量。

3 模糊控制的典型应用介绍

模糊控制以其众多的优良特性被广泛应用于社会生产、生活等众多领域，取得了显著的经济、社会效益，其应用研究与应用案例众多。

文献[4]作者在原有模糊控制的基础上进一步提出了作用于模糊子集的推理及其运用方法，逐步的将该模糊子集的推理方法与现有的成熟的单片机数字逻辑运算等特点结合起来，因此就有了作者前面所提出的基于作用于模糊子集推理的单片机模糊控制理论及其工作原理，并在此基础上研制完成了对80C552型单片机模糊控制器的开发及应用，最终是以热工系统作为被控对象，并通过大量的实验数据收集整理计算，终究在研究人员大量数据佐证下正确验证了所研发的模糊控制器当初提出的研究目的是有效的。

文献[5]将模糊控制技术同样也可以应用于供水系统，基于模糊控制技术技术人员设计出了有关自调整修正因子的Fuzzy-PID控制器，克服了传统PID控制设计中参数调整困难的问题，并通过变频调速实现了供水系统恒压控制。实验证明，该系统可取代高位水塔和直接水泵加压等传统供水模式，具有明显的节能效果和稳定的控制性能。

4 结语

本文简要描述了模糊控制的起源、发展过程以及其工作过程和典型的应用领域。由于模糊控制不完全依赖精确的数学模型，适用性广泛，控制原则改变容易等优点，使其极容易进行广泛应用。我们有理由相信，在自动化相关技术飞速发展的今天，模糊控制以其众多的技术优势，必定能得到更为广泛的应用，也会受到更多控制工作者的青睐。

参考文献：

[1]张丽香，牛昱光.模糊控制浅谈[J].自动化博览，1994（4）：25-26.

[2]高桂革.模糊控制理论及其应用的发展[J].上海电机学院学报，2005，8（5）：62-64.

[3]吴再华，尹立贤.模糊控制系统原理及应用浅析[M].兰州文理学院学报（自然科学版），2008，22（1）：91-94.

[4]张吉礼，欧进萍，孙德兴.基于作用模糊子集推理的单片机模糊控制实现原理及其应用[J].控制理论与应用，2001，18（4）：576-580

[5]张吉礼，孙德兴，欧进萍.模糊控制技术在变频调速恒压供水系统中的应用研究[J].电气传动自动化，2003，25（6）：16-17.