模糊控制的分析与应用.pdfVIP

第一章 绪论 [1] 从 1965 年美国著名控制论学者 L.A.Zadeh 发表开创性论文 ，首次提出一种完 全不同于传统数学与控制理论的模糊集合理论，到 1982 年世界上第一块基于模糊逻 辑的人工智能芯片在著名的贝尔实验室研制成功，其间只经历了短短的 20 年。足以 说明，模糊系统理论这门新兴的学科具有强劲的生命力和十分令人鼓舞的应用前景。 模糊理论之所以能在信息时代获得如此迅速的发展，是由于它为信息革命提供了 一种新的富有魅力的数学工具与手段，具有许多优点[2-3] 。 其一，模糊理论给出了一套表现自然语义的理论和方法，使自然语言能够转化 成机器可以理解和接受的东西，提高了机器的灵活性。 其二，模糊理论给出了模糊逻辑和近似推理的理论和方法，用简洁的软，硬件 可以使机器更聪明，智能化程度更高。已经实现的家电模糊控制产品和工业模糊控 制系统等都证实了这一点。 其三，模糊理论比一般数学理论应用更广，除自然科学和工程技术领域外，它 将为社会，经济，哲学，心理，教育，管理等人文学科提供数学描述的语言和工具， 将有力地促进软科学的科学化，定理化的研究。 1.1 模糊控制的研究与发展[4-6] 模糊集合和模糊控制的概念是由美国加利福尼亚大学著名教授L.A.Zadeh 在其 Fuzzy Sets,Fuzzy Algorithm 和 A Rationale for Fuzzy Conctrol 等著名论著中首 先提出的。为了加快模糊控制理论的研究，1972 年，以日本东京大学为中心，发起 成立了“模糊系统研究会”。1974 年在加利福尼亚大学的美日研究班上，进行了有关 “模糊集合及其应用”的国际学术交流。1978 年在国际上开始发行 Fuzzy Sets and Systems 专业杂志。1984 年 IFSA(International Fuzzy Systems Association)正 式成立，并已召开了几届国际模糊系统会议。从 1992 年起，IEEE Fuzzy Systems 国 际会议每年举办一次。1993 年，IEEE Trans.on Fuzzy Systems 开始出版。 我国对模糊控制理论的与应用研究起步较晚，但发展较快，诸如在模糊控制， 模糊辨识，模糊聚类分析，模糊图象处理，模糊信息论，模糊模式识别等领域取得 了不少有实际影响的结果。1979 年李宝绶，刘志俊等人开始用连续数字仿真方法研 1 究典型模糊控制器的性能，随后一些高校及科研单位的专家与学者都加入到研究队 伍之中。1981 年，成立了中国模糊控制系统和模糊数学学会，并创立了当时世界上 第二份模糊专业学术杂志《模糊数学》，1987 年易名为《模糊系统与数学》。我国政 府也十分重视模糊控制理论与应用研究，并在 1988 年，将模糊控制理论研究正式列 入国家自然科学基金项目和“863”计划项目。1989 年国家教委在北京师范大学建立 了国家级模糊实验室. 1.2 模糊控制的研究现状 L.A.Zadeh 基于其模糊集概念最早提出了简单 Fuzzy 控制理论，简单 Fuzzy 控制器和常规的控制器相比具有无须建立被控对象的数学模型，对被控对象的非线 性和时变性具有一定的适应能力等特点，然而它也存在着一定的缺陷： 精度不太高。这主要是由于模糊控制表的量化等级有限而造成的，通过增加量 化等级数目虽可提高精度，但查询表将过于庞大，须占用较大空间，使运算时间增 加。 自适应能力有限。由于量化因子和比例因子是固定的，当对象参数随环境的变 迁而变化时，它不能对自己的控制规则进行有效地调整，从而使其良好的性能不能 得到充分地发挥。 易产生振荡现象。如果查询表构造不合理，或量化因子和比例因子选择不当， 都会导致系统振荡。 1.2.1模糊控制方法的研究现状[7-9] 主要的模糊控制方法有以下几种： （1）Fuzzy-PID 复合控制:指的是模糊技术与常规的 PID 控制算法相结合的一种 控制方法，常见的是 Fuzzy-PI 双模控制形式。这种改进的控制方法的出发点主要是 因为模糊控制器本身消除系统稳态误差的性能比较差，难以达到较高的控制精度， 而 PI 调节