鍋爐汽包水位模糊PID控制的研究畢業(yè)論文

1、鍋爐汽包水位模糊pid控制的研究鍋爐是工業(yè)過程中不可缺少的動力設備，為確保安全，穩(wěn)定生產(chǎn)，對鍋爐的自動控制十分重要，其中汽包水位是一個非常重要的被控變量。由于鍋爐的水位調(diào)節(jié)過程難以建立數(shù)學模型，具有非線性、不穩(wěn)定性、時滯等特點。傳統(tǒng)的鍋爐水位三沖量控制系統(tǒng)大都采用pid控制，其控制效果還可以進一步提高。而模糊控制不要求知道被控對象的精確數(shù)學模型，只需要操作人員的經(jīng)驗知識及操作數(shù)據(jù)，魯棒性強，非常適合用于非線性、滯后系統(tǒng)的控制。但其靜態(tài)性能不能令人滿意，限制了它的應用。基于鍋爐水位控制及模糊控制的特點，本文將fuzzy-pid引入鍋爐汽包水位的三沖量控制中，作了以下一些試探性工作:1)對現(xiàn)有的模

2、糊pid控制器的構成方式進行歸納總結。對汽包水位的模糊pdi控制方式進行結構及性能上的分析和比較。2)提出一種采用以誤差e及其積分ei作為輸入語句變量，以兩個一維的模糊控制器對pid參數(shù)進行在線調(diào)整的控制方式進行了探討。仿真結果表明，控制效果有一定的提高。 3)微分作用對高頻干擾十分敏感，容易導致調(diào)節(jié)品質下降。鍋爐本身具有一定的滯后，若不加微分作用，則控制作用的及時性無法發(fā)揮。雖然工業(yè)鍋爐內(nèi)擾嚴重，但適當?shù)募右稽c微分作用對于鍋爐水位的控制有一定好處。本文對采用不完全微分型模糊pid的控制情況進行仿真研究，結果表明，控制效果較為理想。關鍵詞 汽包水位模糊;pid;控制三沖量boiler wate

3、r level fuzzy pid control of researchabstractboiler is necessary power plant in the process of industry. in order to ensure the production and security, the auto-control of it is very important. the drum water level is an important variable to be controlled, it is hard to get the mathematic model of

4、 the water level with adjustive process. it is characteristic of nonlinearity, instability and time lag. the traditional control mode of three variable in the drum water level mostly use pid, the effect of it can be improved. the fuzzy control does not need precise mathematic model of the controlled

5、 object ,it only needs the experience of operator and the data of operating, it has good robustness and is fit to control the system with nonlinearity and lag. but its static characteristic is dissatisfactory, which limit the application of it. based on the characteristic of water level control in b

6、oiler and fuzzy control, this paper does some exploratory works as follows on applying fuzzy-control to three-variable control mode in the drum water level:1）this paper summarizes the present forms of fuzzy-pid controller. it analyzes and compares the structure as well as performance of water level

7、in boiler combing the characteristic of water level control in boiler.2) a control mode is brought forward,which is based on adjusting pid parameters on line via two single-dim entional fuzzy controllers which use error and its integral as input sentence variables. the result of simulation shows the

8、 better effect.3) the part of differential is sensitive to high frequency noise, and easily make the quality of adjust declining. boiler has the characteristic of lag, the controller is not rapid enough if there is not differential item. although industrial boilers have many inner-noises, it is good

9、 to water level control that properly adds a little of differential item in boiler. this paper studies the simulation of fuzzy pid control with incomplete differential type, the result of simulation show that the effect is good.key word drum water level; fuzzy-pid;three-variable目錄摘要iabstractii第1章 緒論

10、51.1 鍋爐汽包水位51.2 鍋爐汽包水位的系統(tǒng)結構61.3 汽包水位調(diào)節(jié)對象的特性71.3.1 汽包水位在給水流量作用下的動態(tài)特性71.3.2 汽包水位在蒸汽流量擾動下的動態(tài)特性10第2章 鍋爐水位pid控制系統(tǒng)設計132.1 pid控制原理132.2 pid對控制的影響142.2.1 比例p調(diào)節(jié)142.2.2 積分i調(diào)節(jié)142.2.3 微分d調(diào)節(jié)142.2.4 pid控制器的參數(shù)整定152.3 汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設計162.3.1 單沖量水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)162.3.2 雙沖量水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)172.3.3 三沖量水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)192.3.4 汽包水位的三沖量pid串級控制系統(tǒng)212.4 本章小結2

11、2第3章 模糊控制233.1 模糊控制的產(chǎn)生與發(fā)展233.2 模糊控制的基本原理233.2.1 模糊控制系統(tǒng)組成233.2.2 模糊控制器的基本結構243.3 模糊pid控制器283.4 本章小結29第4章 自適應模糊pid控制系統(tǒng)設計304.1 自適應模糊pid控制器的設計304.2 三沖量自適應模糊pid控制系統(tǒng)344.3 三沖量自適應模糊pid控制與傳統(tǒng)pid控制仿真結果比較374.4 本章小結39結論40致謝41參考文獻42附錄a英文原文文獻43附錄b對應的中文翻譯50“更新域”，然后“更新整個目錄”。打印前，不要忘記把上面“abstract”這一行后加一空行第1章 緒論1.1 鍋爐汽

12、包水位鍋爐的建模與控制問題一直是人們關注的焦點，鍋爐的復雜特性使得采用常規(guī)方法難以獲得良好效果，近年來鍋爐的建模和控制融入了智能化的手段。自從1965年加利福尼亞大學的查德教授創(chuàng)建模糊集理論和1974年英國的 e.h.mamdani 成功地將模糊控制應用于鍋爐和蒸汽機控制以來，模糊控制得到廣泛發(fā)展并在現(xiàn)實中得以成功應用。模糊控制在70年代才引入中國，研究起步較晚，但發(fā)展較快，目前在模糊控制、模糊辨識、模糊聚類、模糊模式識別等領域取得很大成就。我國是最早把模糊理論引入氣象預報、地震預測和高爐冶煉控制方面的國家。在自適應模糊pid控制器方面，我國的許多學者研究提出了采用模糊邏輯的非常規(guī)的pid控制

13、器，研究表明自適應、自調(diào)整以及模糊pid不僅可以解決簡單線性問題，而且對于許多復雜非線性、高階、時延等系統(tǒng)具有很好的效果。最近幾年對于經(jīng)典模糊控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的改善、模糊集成控制、模糊自適應控制與多變量模糊控制的研究，特別是針對復雜系統(tǒng)的自學習與參數(shù)自調(diào)整模糊系統(tǒng)方面的研究受到學者的關注。汽包水位過高會導致蒸汽帶水進入過熱器并在過熱管內(nèi)結垢，影響傳熱效率，嚴重的引起過熱器爆管；水位過低又將破壞部分水冷壁的水循環(huán)，引起水冷壁局部過熱而爆管。汽包水位的動態(tài)特性主要有：非線性、不確定性、時滯和負荷干擾、非最小相位特征等。對鍋爐汽包水位控制方法大多采用傳統(tǒng)的pid 控制方式，由于傳統(tǒng)pid控制系統(tǒng)的參

14、數(shù)是固定不變，在穩(wěn)定的工況下一般可以投入自動，但在系統(tǒng)運行動態(tài)大幅度變化的情況下，系統(tǒng)不能適應，造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定甚至失控。在實際運行中常常需要手工操作。自適應模糊控制就是運用模糊的基本理論和方法，把規(guī)則的條件、操作用模糊表來表示，并把這些模糊控制規(guī)則以及有關信息作為知識存入知識庫中，然后根據(jù)控制系統(tǒng)的實際響應情況運用模糊推理即可自動調(diào)整最佳參數(shù)。本文設計了汽包水位三沖量pid串級控制系統(tǒng)和三沖量自適應模糊pid控制系統(tǒng)。提出了三沖量輔助信號對消方法消除水位偏差。根據(jù)鍋爐控制現(xiàn)狀及本人的仿真結果，提出三維pid自整定規(guī)則。仿真結果表明三沖量自適應模糊pid控制系統(tǒng)提高系統(tǒng)抗干擾能力及魯棒性，改善

15、控制效果。鍋爐是一種承受一定工作壓力的能量轉換設備。其作用就是有效地把燃料中的化學能轉換為熱能，或再通過相應設備將熱能轉化為其它生產(chǎn)和生活所需的能量形式，長期以來在生產(chǎn)和居民生活中都起很重要的作用1。根據(jù)鍋爐的作用不同，可分為電站鍋爐，工業(yè)鍋爐，生活鍋爐等。其中電站鍋爐主要用于發(fā)電，工業(yè)鍋爐主要用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而生活鍋爐主要用于供熱取暖。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，生產(chǎn)過程不斷強化，生活設備不斷革新，鍋爐向大容量、高參數(shù)、高效率方向發(fā)展。為確保生產(chǎn)生活安全，對鍋爐設備的自動控制就顯得十分重要。鍋爐系統(tǒng)的主要包括燃燒系統(tǒng)、送引風系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)等。其主要工藝流程如圖1-1所示。 圖1-1鍋

16、爐主要工藝流程圖第2章 鍋爐汽包水位的系統(tǒng)結構鍋爐汽包水位自動調(diào)節(jié)的任務是使給水量跟蹤鍋爐的蒸發(fā)量并維持汽包的水位在工藝允許的范圍內(nèi)。維持汽包水位在給定范圍內(nèi)是保證鍋爐和汽輪機安全運行的必要條件，也是鍋爐正常運行的主要指標之一。水位過高，會影響汽包內(nèi)汽水分離效果，使汽包出口的飽和蒸汽帶水增多，蒸汽帶水會使汽輪機產(chǎn)生水沖擊，引起軸封破損、葉片斷裂等事故。同時會使飽和蒸汽中含鹽量增高，降低過熱蒸汽品質，增加在過熱器管壁和汽輪機葉片上的結垢。水位過低，則可能破壞自然循環(huán)鍋爐汽水循環(huán)系統(tǒng)中某些薄弱環(huán)節(jié)，以致局部水冷管壁被燒壞，嚴重時會造成爆炸事故。這些后果都是十分嚴重的。隨著鍋爐容量的增加，水位變化速

17、度愈來愈快，人工操作愈來愈繁重，因此對汽包水位實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)提出了迫切的要求。鍋爐汽水系統(tǒng)結構如圖2-2所示。汽包及蒸發(fā)管中貯藏的蒸汽和水，貯藏量的多少是以被調(diào)量水位表征的，汽包的流入量是給水量，流出量是蒸汽量，當給水量等于蒸汽量時，汽包水位就恒定不變2。 圖2-2鍋爐汽水系統(tǒng)結構圖2.1 汽包水位調(diào)節(jié)對象的特性引起水位變化的主要擾動是蒸汽流量的變化和給水流量的變化。如果只考慮主要擾動，那么根據(jù)汽包物質平衡，則汽包水位的動態(tài)特性可表示為如下平衡方程式： (2-1)其中、分別為給水流量與進出汽包的蒸汽，f(t)為汽包水位的變化量。通過檢測儀器（蒸汽流量變送器、水流量變送器、水位變送器）可得到、f(

18、t)的信號，則從2-1式可得到： (2-2)其中c為鍋爐截面積，為鍋爐水重度，h(t)為水位；為水量流量系數(shù)，為流經(jīng)水流量的節(jié)流裝置的差壓；為蒸汽流量系數(shù)，為流經(jīng)蒸汽流量的節(jié)流裝置的差壓。對式(1-2)取泰勒級數(shù)經(jīng)化簡可近似得到如下方程： (2-3)其中，、分別與流量變送器的流量轉換系數(shù)及展開的系數(shù)有關，、為水位變送器及汽包截面積有關的系數(shù)。下面我們著重討論在給水和蒸汽流量兩種主要擾動下水位對象的動態(tài)特性。1）串級系統(tǒng)對系統(tǒng)內(nèi)的干擾有較強的控制能力。2）串級系統(tǒng)對系統(tǒng)內(nèi)的干擾有較強的控制能力。2.1.1 汽包水位在給水流量作用下的動態(tài)特性給水量是鍋爐的輸入量，如果蒸汽負荷不變，那么在給水流量產(chǎn)

19、生變化時，汽包水位的運動方程式可以表示為： (2-4)經(jīng)拉氏變換后可得， (2-5)從式（1-4），可以方便地得到汽包水位在給水流量作用下的傳遞函數(shù)為： (2-6)對于中壓鍋爐，上式中的數(shù)值很小，常?？梢院雎圆挥?，因此式(1-6)可以進一步改寫為： (2-7)其中：反應速度，即給水流量改變單位流量時水位的不變化速度，單位為毫米秒（噸小時）。從式(2-7)可知，汽包水位在給水流量作用下的動態(tài)特性為一個積分環(huán)節(jié)和一個一階滯后環(huán)節(jié)所組成，、的數(shù)值可通過實驗測試求得，數(shù)值的大小同鍋爐的結構有關。有些鍋爐當給水量增加時，在較長的一段時間里，汽包水位并不增加，有一較長的起始慣性段，對于這種鍋爐用式（2-7

20、）來表示它的動態(tài)待性，誤差較大，這時可選用下面(2-8)式近似計算： (2-8)給水量擾動下的純滯后時間，對于非沸騰式省煤器的鍋爐，為30100 秒，對于沸騰式省煤器的鍋爐，為100200 秒；水位的反應時間，它也與鍋爐結構有關。反應速度及反應時間都用相對量來表示：定義為：當擾動量為100% (從滿負荷突然變化到零），水位（以允許變化的范圍為100%）的變化速度，單位為秒。定義為：擾動量為100%，水位變化100%所經(jīng)歷的時間，單位為秒，例如：一臺230噸小時的鍋爐，假設汽包的正常水位力200毫米，水位的反應時間為30秒。這就是說，當鍋爐在滿負荷運行時，如果突然停止供水，由于出汽和進水流量的不

21、平衡，水位將等速度下降，30秒鐘下降200毫米，如果給水量減少10%(23噸/小時），則將在30秒鐘水位下降20毫米。如果用反應速度表示，則當對于中壓多汽包鍋爐，為300秒；一般中壓鍋爐，=30100秒；高壓鍋爐時，水位h降低，要使水位h不變就必須在原有給定值上加上由于蒸汽流量加大而引起水位下降的值，所以引入系統(tǒng)的符號為“+ ”。由于三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)抗干擾能力和調(diào)節(jié)品質都比單沖量、雙沖量調(diào)節(jié)要好，因此應用也最多。（一）三沖量水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)的分析 圖3-8是三沖量水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理圖。從方塊圖上可以看出，這個系統(tǒng)有兩個閉合回路；(l)是由給水流量w、給水分流器、調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥組成的內(nèi)回路。(2)由水

22、位調(diào)節(jié)對象和內(nèi)回路構成的主回路。蒸汽流量、分流器、對象：均在閉合回路之外它的引入可以改善調(diào)節(jié)質量，但不影響閉合回路工作的穩(wěn)定性。所以三沖量調(diào)節(jié)的實質是前饋加反饋的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。圖3-8三沖量汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)-+d+-+h+f2圖3-9三沖量水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖在這個系統(tǒng)里，內(nèi)回路相當于串級調(diào)節(jié)的副環(huán)，當給水流量產(chǎn)生擾動時（給水流量的擾動也稱內(nèi)擾），由于副回路的快速調(diào)節(jié)作用，將對水位影響較小。在分析內(nèi)回路時可認為主回路是開路，內(nèi)回路是一個隨動系統(tǒng)。內(nèi)回路的方塊圖可表示為圖3-10。如果把調(diào)節(jié)器以外的環(huán)節(jié)都看作是調(diào)節(jié)對象，那么調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性近似為比例環(huán)節(jié)，這樣調(diào)節(jié)器的比例帶和積分時間可設置得較小。其

23、中,因此可認為： (3-9)圖3-10水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)回路方塊圖在內(nèi)回路分析基礎上，可以畫出主回路的簡化方塊圖3-11，從圖3-11可以看出，主回路也是一個單回路系統(tǒng)。調(diào)節(jié)對象以給水量w作為輸入，以水位h作為對象的輸出。等效調(diào)節(jié)器是比例調(diào)節(jié)器，等效比例帶。（二）蒸汽流量分流系數(shù)的選擇蒸汽流量信號不在調(diào)節(jié)系統(tǒng)閉合回路之內(nèi)，因此它的大小不影響調(diào)節(jié)系的穩(wěn)定性。蒸汽流量信號的大小原則上可以這樣來定，當蒸汽流量發(fā)生擾動時利用這個擾動信號作為調(diào)節(jié)信號，通過調(diào)整按水位h變化很小或基本不變8。 (3-10)iwhd+-+圖3-11水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)主回路簡化方塊圖這樣就要求取值(3-10)式值時，就可實現(xiàn)蒸汽流量擾動

24、下水位不變的設想。但這時的就不是一個簡單的系數(shù)，而是一個復雜的動態(tài)環(huán)節(jié)。一般情況，要是一個比例環(huán)節(jié)，在負荷變化時就能把鍋爐水位控制在允許的范圍內(nèi)。通常都根據(jù)蒸汽流量信號與給水流量信號靜態(tài)配合的原則來選擇、如果要求在整個負荷范圍內(nèi)，水位的穩(wěn)定值不變，則取： (3-11)即蒸汽流量信號的前饋系數(shù)等于給水流量信號的分流系數(shù)。3.3.4 汽包水位的三沖量pid串級控制系統(tǒng)由于在采用三沖量，在系統(tǒng)中控制器的輸入端有三個輸入信號，這就水位極易引起偏差，因此，本文根據(jù)汽包水位控制系統(tǒng)的運行情況，提出了消除三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)消除水位控制偏差的兩個方法:(1)輔助信號自消的方法。所謂自消就是輔助信號經(jīng)一個不完全微分

25、環(huán)節(jié)(或帶濾波器的微分環(huán)節(jié))得到信號再加至控制器，當系統(tǒng)穩(wěn)定時有： (3-12)(2)輔助信號對消的方法所謂對消就是輔助信號滿足對消條件。設有兩輔助信號和,滿足對消條件： (3-13)本文汽包水位控制系統(tǒng)采用三沖量pid串級控制系統(tǒng)如圖3-12所示。與一般串級系統(tǒng)不同的是引入了蒸汽流量作為靜態(tài)前饋信號，是一個帶有靜態(tài)前饋的串級控制系統(tǒng)。串級系統(tǒng)比三沖量系統(tǒng)多用了一個調(diào)節(jié)器，但它對信號的靜態(tài)配合要求不很嚴格，這是因為主調(diào)節(jié)器能自動校正信號配合不準所引起的誤差。水位偏差控制采用蒸汽流量與給水流流量對消方式來消除偏差即取。其中,、分別為蒸汽流量、給水流量、水位變送器的傳遞系數(shù)。為靜態(tài)前饋系數(shù)。dw+

26、h圖3-12汽包水位串級控制系統(tǒng)3.4 本章小結從控制系統(tǒng)仿真曲線圖可以看出:采用pid控制器，系統(tǒng)的靜態(tài)特性較好。三沖量控制與雙沖量控制相比，采用三沖量系統(tǒng)對干擾有很好有控制能力。當對象參數(shù)發(fā)生改變時，系統(tǒng)發(fā)生巨大響應，超調(diào)量明顯變大，上升時間變長，系統(tǒng)振蕩加劇，可以看出當控制對象不明確時，pid控制效果不好。第4章 模糊控制4.1 模糊控制的產(chǎn)生與發(fā)展模糊理論的創(chuàng)始人是美國加利福尼亞大學的自動控制專家扎德(l.a.zadeh)，在他的第一篇論文模糊集合中，首先引入了隸屬函數(shù)的概念。扎德建立了模糊集合論的基礎。模糊理論一出現(xiàn)就表現(xiàn)其強大的生命力和滲透力。20世紀70年代以后，在廣泛的領域內(nèi)得

27、到了很快的發(fā)展10。在控制系統(tǒng)傳統(tǒng)設計中，都需要了解被控對象的數(shù)學模型。但是，對于一些生產(chǎn)過程，要獲得既有足夠的精確性，又便于系統(tǒng)分析的數(shù)學模型是相當困難的。這使現(xiàn)代控制理論的應用受到限制。扎德的模糊理論為控制理論開辟了新的發(fā)展方向，提供了新的控制系統(tǒng)設計方法。1974年英國倫敦大學教授e.h.mamdani首先成功地把模糊理論用于鍋爐和蒸汽機的控制，這一開拓性的工作標志模糊控制工程的誕生。此后，模糊控制在化工、機械、冶金、工業(yè)窯爐等多個領域中得到廣泛應用。我國的模糊控制理論及其應用研究是從工作1979 年開始的。19791980 年我國的李寶綬、劉志俊等人設計了一類缺乏數(shù)學模型的控制器，對模

28、糊控制器的特性進行了仿真，與pi控制器進行比較，結果表明，模糊控制器對單位階躍響應具有速度快、精確度較高以及對參數(shù)變化不敏感等優(yōu)點。近年來在工業(yè)基礎上應用模糊控制己取得了許多成果。模糊控制實際上是一種非線性控制，是以模糊理論模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎的一種控制方法，從屬于智能控制的范疇。4.2 模糊控制的基本原理4.2.1 模糊控制系統(tǒng)組成模糊控制系統(tǒng)一般可分為五個組成部分11，如圖4-1所示：a/dd/a模糊控制器執(zhí)行機構傳感器+被控量被控對象圖4-1模糊控制系統(tǒng)圖模糊控制器，是各類自動控制系統(tǒng)中的核心部分；輸入輸出接口，模糊控制器通過輸入輸出接口從被控制對象獲取數(shù)字信號量，并將模糊控

29、制器決策的輸出數(shù)字信號經(jīng)過數(shù)模轉換，將其轉變?yōu)槟M信號，然后送給被控對象。在i/o接口裝置中，除a/d、d/a轉換外，還包括必要的電平轉換電路；執(zhí)行機構，各類電動機、調(diào)節(jié)閥等；被控對象，對于那些難以建立精確數(shù)學模型的復雜對象，更適宜采用模糊控制；傳感器，傳感器是將被控對象或過程的被控量轉換為電信號的一類裝置。4.2.2 模糊控制器的基本結構模糊控制器的基本結構如圖4-2所示。它包括以下四個部分。輸出模糊化模糊推理清晰化控制對象知識庫參考輸入圖4-2模糊控制器的基本結構1模糊化模糊化的作用是將輸入的精確量轉換為模糊化量。其輸入量包括外界的參考輸入、系統(tǒng)的輸出或狀態(tài)等。模糊化的具體過程如下：首先對

30、這些輸入量進行處理，以變成模糊控制器要求的輸入量。將上述己經(jīng)處理過的輸入量進行尺度變換，使其變換到各自的論域范圍。將己經(jīng)變換到論域范圍的輸入量進行模糊處理，使原先精確的輸入量變成模糊量，并用相應的模糊集合來表示。在模糊控制中，主要采用以下三種模糊器。(1)單值模糊器。單值模糊器將一個實值點*u映射成u上的一個模糊單值,在*點上的隸屬度值為1，在u中其他所有點上的隸屬度值為o，即： (4-1)其隸屬度函數(shù)如圖4-3所示。這種模糊化方法只是形式上將清晰量轉變成了模糊量，而實質上它表示的仍是準確量。在模糊控制中，當測量數(shù)據(jù)準確時，采用這樣的模糊化方法是十分自然和合理的。(2)高斯模糊器。高斯模糊器將

31、*u映射成u上的模糊集,它具有如下高斯隸屬度函數(shù)： (4-2)如圖44所示。三角形模糊器。三角形模糊器是將*u映射成u上的模糊集x，它具有三角形隸屬度函數(shù)： (4-3)其隸屬函數(shù)如圖4-5所示。111kkk 圖4-3單點隸屬函數(shù)圖 圖4-4高斯隸屬函數(shù)圖 圖4-5三角形隸屬函數(shù)高斯模糊器或三角形模糊器能克服輸入變量中包含的噪聲，而單值模糊器卻不能。2知識庫知識庫包含了具體應用領域中的知識和要求的控制目標。它通常由以下兩部分組成。(1)數(shù)據(jù)庫。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，若論域為連續(xù)域，則為隸屬度函數(shù)。(2)模糊控制器的規(guī)則庫?；趯＜抑R或手動操作人員長期積

32、累的經(jīng)驗，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系詞連接而成，如ifthen , else , also , end , or等，關系詞必須經(jīng)過“翻譯”才能將模糊規(guī)則數(shù)值化。最常用的關系詞為ifthen,e1se,a1so，對于多變量模糊控制系統(tǒng)，還有and等。通常把if部分稱為“前提部”,而the稱為“結論部”，其基本結構可歸納為ifa andb thenc，其中a為論域u上的一個模糊子集，b是論域v上的一個模糊子集。根據(jù)人工控制經(jīng)驗，可離線組織其控制決策表r,r是笛卡兒乘積集uv上的一個模糊子集，則某一時刻其控制量由下列式給出： (4-4)式中，為模糊直積運算，為模

33、糊合成運算。模糊規(guī)則的條數(shù)與模糊變量的模糊子集劃分有關，劃分越細，規(guī)則條數(shù)越多，但并不代表規(guī)則庫的準確度越高，規(guī)則庫的“準確性”還與專家知識的準確度有關。3模糊推理模糊推理是模糊控制器的核心，它具有模糊人的基于模糊概念的推理能力。該推理過程是基于模糊邏輯的蘊含關系及推理規(guī)則來進行的。在模糊控制中，通過用一組語言描述的規(guī)則來表示，通常具有如下形式即if（滿足一組條件）then（可以推出一組結論）。對于多輸入多輸出模糊系統(tǒng)，則有多個輸入法和前提條件以及多個結論。對于多輸入多輸出模糊控制器，其規(guī)則庫具有如下形式： (4-5) 可見，規(guī)則庫r可看成由q個子規(guī)則庫所組成，每個子規(guī)則庫由n個多輸入單輸出的

34、規(guī)則所組成。所有n條規(guī)則的總模糊蘊含關系為（取連接詞“also”為求并運算）。設已知模糊控制器的輸入模糊量為：x是a and y 是b，則根據(jù)模糊控制規(guī)則進行模糊推理，可以得出輸出模糊量z(用模糊集合表示）為： (4-6)其中以上運算包括了三種主要的模糊邏輯運算：and 運算、合成運算“。”和蘊含運算。在模糊控制中，and運算通常采用求交（取?。┗蚯蠓e（代數(shù)積）的方法；合成運算采用最大最小或最大積（代數(shù)積）的方法；蘊含運算采用求交或求積的方法。常用模糊推理方式主要有：mamdani 模糊推理方式、sugeno模糊推理方式。假設有如下兩條推理規(guī)則：r1:if x is a1 and y is b

35、1,then z is c1r2:if x is a2 and y is b2,then z is c2mamdani 模糊推理的計算方法如下：若己知，則新的隸屬度為： (4-7) 式中。sugeno模糊推理的計算方法如下： (4-8)mamdani模糊推理的優(yōu)點：(1)理論相當直觀。(2)己經(jīng)被廣泛地接受和應用。(3)非常適合人類認知信息的輸入。sugeno模糊推理的優(yōu)點：(1)計算效率高。(2)可以與已有的線性系統(tǒng)理論很好地結合。(3)可以與優(yōu)化和自適應技術結合運用。(4)保證了曲面的連續(xù)性。(5)非常適用于數(shù)學分析。4清晰化清晰化的作用是將模糊推理得到的控制量（模糊量）變換為實際用于控制的清晰量。它包括以下兩部分內(nèi)容：(1)將模糊的控制量經(jīng)清晰化變換，變成表示在論域范圍的清晰量。(2)將表示在論域范圍的清晰量經(jīng)尺度變成實際的控制量。清晰化計算通常有以下幾種方法。(1)平均最大錄屬度法(mom)若輸出量模糊集合的隸屬度函數(shù)只有一個峰值，則取隸屬度函數(shù)的最大值為清晰值，即,式中，表示清晰值。若輸出量的隸屬度函數(shù)有多個極值，則取這些極值的平均值為清晰值。(2)最大隸屬取最小值方法(som)該方法取模糊集合中具有最大隸屬度的所有點的最小的一個作為模糊化的結果。(3)最大隸屬度取最大值方法(lom)該方法取模糊集合中具有最大隸屬度的所有點中的最大的一個作為去模糊化的結果。(4)