浅谈模糊控制原理及应用

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DOI：10.19392/j. cnki. 1671-7341.201902018

浅谈模糊控制原理及应用

胡茹

湖北工业大学电气与电子工程学院控制工程专业湖北武汉430000

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. Za〇7h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 来的模糊控制语句等描述形式。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。

图1模糊控制系统结构示意图

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：（E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；

图2模糊控制器的结构图

(,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+ (8)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

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科技风2019年1月

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 并在此基础上研制完成了对 机模糊控制理论及其工作原理，

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菜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):6224.

[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] 16-17.

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):

(上接第8页）模块。温室集约化、网络化远程管理。还能与农业专家系统平台数据

(3) 由arduino uno控制模块发出控制指令，通过光耦合继 进行综合分析，形成控制要求，使大棚控制系统完成相应控制， 从而达到农作物的最优生长环境。以此提高农业生产中的培

育产量和效率，成为现代化农业发展的推动力。

(4) 上述功能也可以根据实际情况，选择手动开启除雪 今后随着科技的不断进步，本系统还可以不断改进，最终 模式&能实现融人到智慧城市这个大数据平台之中。

参考文献：七、相关拓展

[1 ]蔡睿妍.Arduino的原理及应用[J].电子设计工程， 温室大棚有较高性价比，广泛应用于农业种植，今后还可

以继续开发手机APP应用软件，集大棚顶部压力负荷;室内、 2012,20(16):155-157.

[2] 翟国富，崔行磊，杨文英.电磁继电器产品及研究技术 外温度;室内空气湿度等等实时数据。通过手机查看各类数据

发展综述[J].电器与能效管理技术，2016(02):12.并控制除雪系统装置的自动启停功能。实现了防患于未然，让

[3] 王迪轩.保护地蔬菜雪害防除技术问答[\\].农资导 用户及时对设备和安全隐患进行及时处理，做到早发现早处

报，2017-12-19(04).理。同时，本除雪系统安装维护方便，功能简单实用，除了运用

[4] 谭亲璐.雪灾面前，蔬菜大栩缘何如此脆弱[N].湖北 在温室大棚方面，还可以广泛安装到农贸市场、工厂大型车间、

日报，2018-01-31 (010).老旧房屋等顶面上，解决因积雪引起的坍塌事故。

作者简介：王梓铭（2006-)，男，汉族，浙江湖州人，湖州市 本系统是一个开元的系统，可以根据具体环境、具体条件，

爱山小学教育集团609级学生。做出不断调整，适应市场的各种需求。通过物联网技术，配备

指导老师：陈秀芬（19-)，女，汉族，浙江湖州人，本科，中 无线传感节点，每个无线传感节点可监测各类环境参数。通过

小学二级，湖州市爱山小学教育集团，从事小学科学教学工作， 接收无线传感汇聚节点发来的数据，进行存储、显示和数据管

任学校教研组长。理，并以直观的图表和曲线方式显示给温室的用户，同时根据

种植植物的需求提供各种声光报警信息和短信报警信息，实现电器电，接通电源，自动启动电热丝加热，同时运行风扇送风辅^助雪

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