1、模糊控制的基本原理

模糊控制是以模糊集理論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種智能控制方法，它是從行為上模仿人的模糊推理和決策過程的一種智能控制方法。該方法首先將操作人員或?qū)＜医?jīng)驗(yàn)編成模糊規(guī)則，然后將來自傳感器的實(shí)時(shí)信號(hào)模糊化，將模糊化后的信號(hào)作為模糊規(guī)則的輸入，完成模糊推理，將推理后得到的輸出量加到執(zhí)行器上。

2、模糊控制器

模糊控制器(Fuzzy Controller—FC)：也稱為模糊邏輯控制器(Fuzzy Logic Controller—FLC),由于所采用的模糊控制規(guī)則是由模糊理論中模糊條件語句來描述的，因此模糊控制器是一種語言型控制器，故也稱為模糊語言控制器(Fuzzy Language Controller—FLC)。

(1)模糊化接口(Fuzzy interface)

模糊控制器的輸入必須通過模糊化才能用于控制輸出的求解，因此它實(shí)際上是模糊控制器的輸入接口。它的主要作用是將真實(shí)的確定量輸入轉(zhuǎn)換為一個(gè)模糊矢量。

(2)知識(shí)庫(Knowledge Base—KB)

知識(shí)庫由數(shù)據(jù)庫和規(guī)則庫兩部分構(gòu)成。

①數(shù)據(jù)庫(Data Base—DB) 數(shù)據(jù)庫所存放的是所有輸入、輸出變量的全部模糊子集的隸屬度矢量值(即經(jīng)過論域等級(jí)離散化以后對(duì)應(yīng)值的集合)，若論域?yàn)檫B續(xù)域則為隸屬度函數(shù)。在規(guī)則推理的模糊關(guān)系方程求解過程中，向推理機(jī)提供數(shù)據(jù)。

②規(guī)則庫(Rule Base—RB) 模糊控制器的規(guī)則司基于專家知識(shí)或手動(dòng)操作人員長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)，它是按人的直覺推理的一種語言表示形式。模糊規(guī)則通常有一系列的關(guān)系詞連接而成，如if-then、else、also、end、or等，關(guān)系詞必須經(jīng)過“翻譯”才能將模糊規(guī)則數(shù)值化。最常用的關(guān)系詞為if-then、also，對(duì)于多變量模糊控制系統(tǒng)，還有and等。

(3)推理與解模糊接口(Inference and Defuzzy-interface)

推理是模糊控制器中，根據(jù)輸入模糊量，由模糊控制規(guī)則完成模糊推理來求解模糊關(guān)系方程，并獲得模糊控制量的功能部分。在模糊控制中，考慮到推理時(shí)間，通常采用運(yùn)算較簡(jiǎn)單的推理方法。最基本的有Zadeh近似推理，它包含有正向推理和逆向推理兩類。正向推理常被用于模糊控制中，而逆向推理一般用于知識(shí)工程學(xué)領(lǐng)域的專家系統(tǒng)中。推理結(jié)果的獲得，表示模糊控制的規(guī)則推理功能已經(jīng)完成。但是，至此所獲得的結(jié)果仍是一個(gè)模糊矢量，不能直接用來作為控制量，還必須作一次轉(zhuǎn)換，求得清晰的控制量輸出，即為解模糊。通常把輸出端具有轉(zhuǎn)換功能作用的部分稱為解模糊接口。

3、模糊控制系統(tǒng)的工作原理(實(shí)例)

以水位的模糊控制為例，如圖4-4所示。設(shè)有一個(gè)水箱，通過調(diào)節(jié)閥可向內(nèi)注水和向外抽水。設(shè)計(jì)一個(gè)模糊控制器，通過調(diào)節(jié)閥門將水位穩(wěn)定在固定點(diǎn)附近。按照日常的操作經(jīng)驗(yàn)，可以得到基本的控制規(guī)則：

“若水位高于O點(diǎn)，則向外排水，差值越大，排水越快”;

“若水位低于O點(diǎn)，則向內(nèi)注水，差值越大，注水越快”。