文 献 综 述
1 模糊控制
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- 背景及发展
控制理论的发展可以分为三个阶段：经典控制理论，现代控制理论以及大系统和智能控制阶段。自从1788年瓦特发明蒸汽机离心调速器，拉开了经典控制理论发展的序幕，至今已有200多年历史。随着工业和现代科技的发展，人们对自动控制系统的要求越来越高，这有力地推动了自动控制理论的发展。20世纪80年代以来，随着电机计算机的快速更新和计算技术的高速发展，控制理论的研究进入新阶段[9,12,16]。
在工业控制中经常会碰到大滞后、时变、非线性的复杂系统。其中，有的参数未知或者缓慢变化；有的存在滞后和随机干扰；有的无法获取精确模型。模糊逻辑控制，又简称模糊控制，其基本概念由美国加利福尼亚大学的著名教授扎德（L.A.Zadeh）在1965年首先提出，是一种以模糊控制集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的计算机智能控制[18]。模糊控制以模糊集合论作为数学基础，结合了扎德后来提出的一种将逻辑规则的语言描述转化为相关控制律的思想，从而对复杂系统作出合乎实际的、符合人类思维方式的处理成为可能[9,14]，并且凭借自身灵活且适应性强的优点，在复杂控制系统中发挥着重要作用。
自扎德教授提出模糊控制理论至今不过50年，随着相关控制理论研究的兴起和进一步深入，模糊控制理论与应用迅速发展。20世纪90年代，模糊控制理论取得突破进展，主要解决了如何在保证模糊系统稳定性的同时从数据中获得模糊规则的难题。关于模糊理论与算法、模糊硬件与系统集成、模糊推理、稳定性理论,以及工业控制应用等方面的研究均获得可喜的进展[8,23]。近年来，将模糊控制与其他控制理论和方法结合的研究兴起，使模糊控制理论得到空前发展。
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- 基本原理
模糊控制是一种计算机智能控制，以模糊集合论、模糊语言变量以及模糊逻辑推理为基础。模糊控制不完全借助被控对象的数学模型，主要是模仿人的控制经验，控制器设计简便，不同于依赖微分方程组的传统控制方法[10,26]，这是模糊控制的一大优点，也是模糊控制在复杂系统和许多非线性系统中得以广泛应用的原因。因为在非线性控制方法中，对于难以获取数学模型、不易掌握动态特性或者变化显著的对象，模糊控制系统鲁棒性强，减弱干扰对系统的影响的特点尤其适用[17]。
模糊控制的基本原理框图如图1-1所示。其核心部分是模糊控制器，如图点划线框中部分所示，控制器的控制规律由计算机的程序实现。模糊控制器与常规控制器不同。不是采用微分方程、传递函数或者状态方程等精确的数学描述方法，而是通过定义模糊变量、模糊集合及应用相应的隶属度函数[8,14]。实现一步模糊控制算法的过程描述如下：微机经过中断采样获取被控量的精确值，然后将其与给定值比较得到误差信号E，一般选取误差信号E作为模糊控制器的一个输入量。把误差信号E的精确量进行模糊化变成模糊量[18,24]。E的模糊量可以用相应的模糊语言表示，得到误差E的模糊语言集合的一个子集（是一个模糊矢量），再由和模糊控制规则（模糊算子）根据推理的合成规则进行模糊决策，得到模糊控制量。
图1-1 模糊控制原理框图
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- 模糊控制器
由图1-1可知，与通常的计算机数字控制系统最大的不同之处在于，模糊控制系统采用了模糊控制器。常规的控制器采用精确的数学描述，而模糊控制器所采用的模糊控制规则是由模糊理论中的模糊条件语句来描述的，是一种语言型控制器。模糊控制器是模糊控制系统的核心，一个模糊控制系统的性能优劣，主要取决于模糊控制器的结构、所采用的模糊规则、合成推理算法，以及模糊决策的方法等因素[25]。
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