模糊控制在過(guò)程控制中的研究與應(yīng)用

【摘要】模糊控制技術(shù)是近現(xiàn)代控制理論中的一項(xiàng)新興的、具有高級(jí)策略的新技術(shù)，是建立在模糊數(shù)學(xué)理論的基礎(chǔ)上不斷發(fā)展起來(lái)的，它能夠以人的推理為基礎(chǔ)，從而提高控制算法的可控性以及科學(xué)合理性。本文就近年來(lái)我國(guó)模糊控制在過(guò)程控制中的應(yīng)用進(jìn)行全面分析，以供參考。

【關(guān)鍵詞】模糊控制；過(guò)程控制；研究；應(yīng)用

自模糊理論出現(xiàn)以來(lái)，吸引了專(zhuān)家學(xué)者的廣泛關(guān)注，并紛紛投入了該理論的研究當(dāng)中，并將其應(yīng)用在工程當(dāng)中。模糊控制是當(dāng)前智能控制中的一個(gè)重要分支，目前已將其理論與實(shí)際應(yīng)用緊密聯(lián)系起來(lái)，并應(yīng)用在各項(xiàng)工程技術(shù)當(dāng)中，提高了國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。我國(guó)仍屬于發(fā)展中國(guó)家，很多高技術(shù)人才對(duì)于模糊控制技術(shù)仍然還不夠了解，因此我們必須要借鑒國(guó)外的成功經(jīng)驗(yàn)，參考相關(guān)文獻(xiàn)，從而對(duì)模糊控制理論加以研究，以便于應(yīng)用在更廣大的領(lǐng)域當(dāng)中。

一、模糊控制與過(guò)程控制概述

模糊控制的概念是上個(gè)世紀(jì)60年代扎德提出的，是建立在模糊數(shù)學(xué)理論的基礎(chǔ)上不斷發(fā)展而來(lái)的。過(guò)去，控制系統(tǒng)理論主要是評(píng)價(jià)控制質(zhì)量的重要因素，也就是說(shuō)通過(guò)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)信息來(lái)了解控制的質(zhì)量，如果所掌握的信息越詳細(xì)，那么控制質(zhì)量也就愈加標(biāo)準(zhǔn)。但是隨著社會(huì)的發(fā)展，控制系統(tǒng)也越來(lái)越復(fù)雜，在評(píng)級(jí)的過(guò)程中極容易受到眾多變量的影響，因此我們采用了一些方法來(lái)簡(jiǎn)化信息的獲取過(guò)程，雖然達(dá)到了控制的目的，但是仍然還存在著一定的問(wèn)題。由此看來(lái)，在對(duì)明確系統(tǒng)進(jìn)行控制的過(guò)程中，雖然模糊控制理論具有較高的控制能力，但是面對(duì)較為復(fù)雜的系統(tǒng)，傳統(tǒng)的模糊控制理論也就存在一些問(wèn)題。

過(guò)程控制主要是在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，主要將溫度、壓力、流量、液位以及相關(guān)成分等作為被控變量而進(jìn)行的一種自動(dòng)化控制。一般情況下，在工業(yè)生產(chǎn)與管理過(guò)程中，根據(jù)行動(dòng)的不同階段我們可以將其分為三種控制：第一種是預(yù)先控制，是在工業(yè)生產(chǎn)之前而采取的一種控制方法；第二種也就是過(guò)程控制，也被稱(chēng)為同期控制，是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的控制方法；第三種也就是事后控制，是工業(yè)生產(chǎn)之后的一種控制方法。其中，過(guò)程控制是最為關(guān)鍵的內(nèi)容，在生產(chǎn)過(guò)程中，過(guò)程控制可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中存在的各種不合理現(xiàn)象，并能夠采取有效措施對(duì)其進(jìn)行改善，它能夠?qū)γ總€(gè)人以及整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控。過(guò)程控制可以避免工作人員在工作中越級(jí)管理，互相推諉責(zé)任等，有利于提高工作效率以及工作質(zhì)量。

二、模糊控制的特點(diǎn)

自模糊控制理論被提出以來(lái)，相關(guān)研究者開(kāi)始將其應(yīng)用在鍋爐以及蒸汽機(jī)的控制工作當(dāng)中。并且取得了非常顯著的成績(jī)、究其主要原因是由于模糊控制理論本身的模糊邏輯系統(tǒng)發(fā)揮了重要的作用，它可以將研究者所提供的相關(guān)信息轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N控制策略，最終形成一種比較系統(tǒng)的推理法，因此這種模糊控制理論可以克服過(guò)去控制系統(tǒng)難以解決的復(fù)雜系統(tǒng)的控制問(wèn)題，它能夠處理復(fù)雜系統(tǒng)中的各種不確定因素。從廣義的角度來(lái)講，模糊控制也就是圍繞著模糊推理方法，通過(guò)模擬人的思維方法而形成的一種推理法，相關(guān)研究者將模糊數(shù)學(xué)理論以及控制理論有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，從而合理的控制數(shù)學(xué)模型的相關(guān)對(duì)象，是智能控制中的一個(gè)重要分支。由此可見(jiàn)，模糊控制的特點(diǎn)可以歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：1）在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的過(guò)程中，我們并不需要明確的知道數(shù)學(xué)模型，而只是需要根據(jù)技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)以及相關(guān)數(shù)據(jù)即可設(shè)計(jì)；2）模糊控制系統(tǒng)具有較強(qiáng)的魯棒性，它可以解決工業(yè)中的非線性、滯后系統(tǒng)的相關(guān)問(wèn)題；3）模糊控制系統(tǒng)可以將信息轉(zhuǎn)變?yōu)檎Z(yǔ)言變量，最終便于專(zhuān)家的研究與應(yīng)用；4）控制系統(tǒng)在進(jìn)行推理的過(guò)程中，主要是模擬人的思維方式，采用不精確的推理方法，這樣可以有效的對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)進(jìn)一步處理。

三、模糊控制技術(shù)在過(guò)程控制中的研究與應(yīng)用

近年來(lái)，模糊控制已經(jīng)在各大領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。例如在家用電器設(shè)備中、在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中等。但是盡管如此，模糊控制在過(guò)程控制中的應(yīng)用卻不夠理想，技術(shù)人員一般都是采用的較為普通的模糊控制結(jié)構(gòu)。近年來(lái)，我國(guó)相關(guān)研究者在對(duì)模糊控制技術(shù)研究的過(guò)程中，主要集中在以下幾個(gè)方面：

1）模糊控制器量化因子，比例因子的選取，整定

對(duì)于模糊控制器的量化因子、比例因子的選取是影響控制效果的一個(gè)很重要的因素。如何根據(jù)不同的被控對(duì)象選取不同的量化因子和比例因子，對(duì)于不同控制對(duì)象其模糊控制器的量化因子和比例因子是否有一個(gè)大致的范圍？從事這方面的研究好像不是很多，只有少數(shù)在設(shè)計(jì)模糊控制系統(tǒng)中，對(duì)量化因子和比例因子的選取原則、整定方法進(jìn)行了研究。

2）模糊控制器的隸屬函數(shù)選取和構(gòu)造

我們知道，模糊集合是由隸屬函數(shù)來(lái)描述的，隸屬函數(shù)在模糊集合種有著非常重要的地位，它是模糊控制的應(yīng)用基礎(chǔ)，正確地選取和構(gòu)造隸屬函數(shù)是能否運(yùn)用好模糊控制的關(guān)鍵之一。不同的被控對(duì)象其模糊控制器的隸屬函數(shù)是不一樣的，模糊控制器隸屬函數(shù)的自動(dòng)生成、優(yōu)化、和新型的隸屬函數(shù)研究的問(wèn)題是我們值得認(rèn)真思考和探索的問(wèn)題。

3）模糊控制規(guī)則的優(yōu)化

模糊控制器要有良好的控制效果，必須具有較完整的控制規(guī)則，但是在復(fù)雜的工業(yè)過(guò)程中由于經(jīng)驗(yàn)不足導(dǎo)致模糊控制規(guī)則或缺乏，或粗糙。要提高模糊控制器的性能，必需對(duì)控制規(guī)則進(jìn)行優(yōu)化，其內(nèi)容包括：其一是模糊控制規(guī)則條數(shù)的優(yōu)化，即對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)的控制規(guī)則條數(shù)既不能太少，也不能太多，太少則控制是不完全和粗糙的，太多則會(huì)使推理時(shí)間變長(zhǎng)，影響其實(shí)時(shí)性。其二是不同的規(guī)則語(yǔ)句之間是否存在矛盾？若是兩條和多條控制規(guī)則之間是矛盾的，則可能產(chǎn)生控制發(fā)散和振蕩。優(yōu)化方法主要有利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、混沌理論等來(lái)對(duì)模糊控制規(guī)則進(jìn)行優(yōu)化。

4）穩(wěn)態(tài)誤差的消除

模糊控制器木質(zhì)上相當(dāng)于一個(gè)PD控制器，具有很好的超調(diào)性和魯棒性，但是模糊控制器一個(gè)大的缺陷就是存在穩(wěn)態(tài)誤差問(wèn)題，因而阻礙了其在高精度控制領(lǐng)域的應(yīng)用。如何消除模糊控制器的穩(wěn)態(tài)誤差問(wèn)題，是關(guān)系到模糊控制器能否被應(yīng)用到高精度控制領(lǐng)域的一個(gè)決定性因素。常見(jiàn)的解決方法是在模糊控制中引入積分器來(lái)消除模糊控制器的穩(wěn)態(tài)誤差。

四、結(jié)束語(yǔ)

模糊控制己成為智能控制研究中最為活躍而又富有成果的領(lǐng)域，它將成為21世紀(jì)的核心技術(shù)之一。但如何把己經(jīng)取得的研究成果應(yīng)用到工程實(shí)際過(guò)程中，盡快轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，摒棄無(wú)謂的“精確\"和“先進(jìn)”，正是工程界所關(guān)注的熱點(diǎn)。“簡(jiǎn)單性”和“實(shí)用性”應(yīng)成為工程實(shí)際應(yīng)用的主流，這正是木畢業(yè)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)要解決的問(wèn)題?；诖耍ㄟ^(guò)對(duì)模糊控制器非線性木質(zhì)的框架結(jié)構(gòu)的研究，揭不模糊控制器工作的實(shí)質(zhì)和機(jī)理，探索應(yīng)用一些簡(jiǎn)單易行的實(shí)驗(yàn)方法和軟計(jì)算方法等來(lái)指導(dǎo)模糊控制器設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選取、算法確定、參數(shù)的調(diào)整和優(yōu)化，以最簡(jiǎn)的結(jié)構(gòu)、最少的規(guī)則和最合適的響應(yīng)特性來(lái)滿足過(guò)程控制的要求。

參考文獻(xiàn)

[1]方千山，王永初.模糊控制器因子的自尋優(yōu)[J].電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，2002（03）

[2]張瑋，宋年年.提高模糊控制精度的研究現(xiàn)狀[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2002（02）

[3]焦曉紅，方一鳴，蔡滿軍.過(guò)程控制系統(tǒng)的變積分系數(shù)Fuzzy-PI控制器設(shè)計(jì)[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2001（11）