新型模糊PID溫度控制器

1、復(fù)旦大學(xué)碩士學(xué)位論文新型模糊PID溫度控制器姓名：國成林申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)指導(dǎo)教師：吳百鋒20070519論文獨(dú)創(chuàng)性聲明本論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。論文中除了特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或其它機(jī)構(gòu)已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。其他同志對本研究的啟發(fā)和所做的貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的聲明并表示了謝意。作者簽名：腳論文使用授權(quán)聲明日期：！竺?。罕救送耆私鈴?fù)旦大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容，可以采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存論文。保密的論文在解密

2、后遵守此規(guī)定。作者簽名：塾苧。絲導(dǎo)師簽名：日期：【摘要】第頁摘要隨著控制技術(shù)的不斷發(fā)展，高抗干擾、高靈敏度的自動(dòng)控制技術(shù)越來越受到社會(huì)的廣泛關(guān)注。尤其是在溫度控制領(lǐng)域，一方面，經(jīng)典的控制器以其高穩(wěn)定性、高可靠性、結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)而得到最廣泛的使用。另一方面，由于模糊控制技術(shù)不需要對象的精確模型，對參數(shù)漂移的魯棒性強(qiáng)，因此越來越受人矚目。二十世紀(jì)八十年代以來，模糊控制技術(shù)的應(yīng)用首先在日本、美國等國家出現(xiàn)，進(jìn)而獲得了廣泛的推廣，取得了良好的效果。目前，在溫度自動(dòng)控制領(lǐng)域，模糊控制技術(shù)也毫無疑問有著至關(guān)重要的地位。然而，在穩(wěn)定性的判別、隸屬函數(shù)的確定、模糊規(guī)則的確立、采樣時(shí)間的最優(yōu)化等方面，

3、模糊控制技術(shù)還需要進(jìn)一步的研究和完善，特別是如何與其他先進(jìn)智能控制方法或傳統(tǒng)控制方法相結(jié)合，取長補(bǔ)短，從而形成最佳的控制策略，是目前國內(nèi)外許多學(xué)者研究的方向。本文介紹了一種新型溫度控制器，它主要采用模糊控制與控制算法相結(jié)合的設(shè)計(jì)優(yōu)化了控制策略。本文的工作主要分為兩個(gè)部分。在理論部分。首先介紹了模糊控制技術(shù)的基本原理和構(gòu)成方式，接下來描述了設(shè)計(jì)一個(gè)模糊控制器所應(yīng)該考慮的各方面的理論問題，最后給出了基本的模糊控制器的數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上，本文進(jìn)一步對基本的模糊溫度控制器進(jìn)行優(yōu)化。為了兼顧控制算法和技術(shù)各自的優(yōu)點(diǎn)，首先要考慮對模糊控制器的輸入量進(jìn)行修正，然后討論了控制的時(shí)間最優(yōu)性。接下來，本文通過對

4、控制器硬件原理圖的介紹，解釋了控制器硬件電路工作原理。最后給出了線路板的設(shè)計(jì)思想和軟件結(jié)構(gòu)并實(shí)際制作了新型模糊溫度控制器的樣機(jī)。該樣機(jī)的實(shí)物圖在第四章中給出。在完成了模糊溫度控制器的樣機(jī)制作以后，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)單閉環(huán)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，對所制作的溫度控制器樣機(jī)行了實(shí)際測量，繪制了在階躍擾動(dòng)下和白噪聲干擾下對應(yīng)的各種控制曲線，給出了實(shí)測數(shù)據(jù)，同時(shí)對數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，證實(shí)了該設(shè)計(jì)比傳統(tǒng)溫度控制器優(yōu)越的各種性能指標(biāo)。最后，本文對采用模糊算法的溫度控制器的研究做出了展望。關(guān)鍵詞：，模糊控制，溫度控制器第頁，科，：，【第一章引言】第頁第一章引言本章介紹溫度控制器的應(yīng)用、發(fā)展過程以及現(xiàn)狀，并給出本論文的結(jié)構(gòu)安排和

5、內(nèi)容概述。第一節(jié)溫度控制器簡介溫度控制的基本理論自動(dòng)控制技術(shù)是研究自動(dòng)控制共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué)，是衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。隨著生產(chǎn)和科學(xué)的進(jìn)步，以反饋理論為基礎(chǔ)的自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)逐漸發(fā)展成為一門獨(dú)立的學(xué)科控制論。根據(jù)研究對象的不同，控制論又可以劃分為工程控制論、生物控制論和經(jīng)濟(jì)控制論三個(gè)子類。主要研究自動(dòng)控制系統(tǒng)中的信息變換和傳送的一般理論及其在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用的理論總稱為工程控制論。其中，自動(dòng)控制原理是工程控制論很重要的一個(gè)分支，是研究控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的一般理論。根據(jù)自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展的不同階段，自動(dòng)控制原理又可以相應(yīng)分為經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論兩大部分。經(jīng)典控制理論是指二十世紀(jì)五

6、十年代末所形成的控制理論體系，它主要是研究單輸入單輸出線性定常系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)問題，其理論基礎(chǔ)是描述系統(tǒng)輸入和輸出關(guān)系的傳遞函數(shù)。多年來，經(jīng)典控制理論已經(jīng)在各種工程實(shí)踐中得到了廣泛而成功的應(yīng)用?，F(xiàn)代控制理論是指在二十世紀(jì)六十年代初期，為適應(yīng)宇航技術(shù)發(fā)展的需要而產(chǎn)生和發(fā)展的新理論。它的發(fā)展很大程度上得益于現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)的研究和電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用。目前現(xiàn)代控制理論正在向著大系統(tǒng)理論和人工智能理論等方面深入發(fā)展?，F(xiàn)代控制理論主要是研究具有高性能、高精度的多輸入多輸出、變參數(shù)系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)問題，如最優(yōu)控制、最優(yōu)濾波、自適應(yīng)控制等。描述系統(tǒng)的方法是基于系統(tǒng)狀態(tài)這一內(nèi)部特征量的狀態(tài)空間法。值得指出的是，現(xiàn)代

7、控制理論的發(fā)展雖然解決了很多經(jīng)典控制理論所不能解決的許多理論問題和工程問題，但這絕不意味著經(jīng)典控制理論已經(jīng)過時(shí)。相反，由于經(jīng)典控制理論便于實(shí)際工程應(yīng)用，今后還將繼續(xù)發(fā)揮其理論指導(dǎo)作用，而現(xiàn)代控制理論則可以補(bǔ)其不足。兩者相輔相成，才能不斷推動(dòng)自動(dòng)控制理論和應(yīng)用的發(fā)展?！尽俊尽繙囟茸詣?dòng)控制技術(shù)是自動(dòng)控制技術(shù)研究的一個(gè)重要方面，是經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論研究的重點(diǎn)。溫度控制系統(tǒng)基本上可以分成開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)兩類。開環(huán)溫度控制系統(tǒng)（）開環(huán)溫度控制系統(tǒng)是指被控溫度對象的輸出（被控制量）對溫度控制器【第一章引言】第頁）的輸出沒有影響的溫度控制系統(tǒng)。在這種溫度控制系統(tǒng)中，不將被控量作為溫度控制器的輸出。閉環(huán)

8、溫度控制系統(tǒng)（）閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)被控溫度對象的輸出（被控制量）會(huì)反送回來，并根據(jù)此輸出來進(jìn)一步改善溫度控制器的輸出，形成一個(gè)或多個(gè)封閉環(huán)路的溫度控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)又可分為正反饋和負(fù)反饋兩類。若反饋信號與系統(tǒng)給定值信號相反，則稱為負(fù)反饋（）系統(tǒng)，若極性相同，則稱為正反饋系統(tǒng)。一般閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)均是負(fù)反饋系統(tǒng)，又稱負(fù)反饋溫度控制系統(tǒng)。本文所設(shè)計(jì)新型模糊溫度控制器就是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。溫度控制器的發(fā)展及現(xiàn)狀進(jìn)入二十一世紀(jì)以后，現(xiàn)代溫度控制器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬溫度控制器和網(wǎng)絡(luò)溫度控制器、研制單片測溫控溫系統(tǒng)等方向迅速發(fā)展。提高溫度控制器測溫精

9、度和分辨力最早在二十世紀(jì)九十年代中期開發(fā)出來的智能溫度控制器，采用的是八位轉(zhuǎn)換器，其測溫精度較低，分辨力只能達(dá)到。當(dāng)前，國內(nèi)外已相繼推出多種高精度、高分辨力的智能溫度傳感器，所用的是位轉(zhuǎn)換器，分辨力一般可達(dá)。為了提高多通道智能溫控器的測溫精度，硬件上多采用先進(jìn)的轉(zhuǎn)換器，例如采用高速逐次逼近式轉(zhuǎn)換器。增加溫度控制器的功能現(xiàn)代新型溫度控制器的新功能也在不斷增強(qiáng)，例如測試功能等等。采用型單線智能溫度傳感器就增加了實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘（），使其功能更加完善。型溫度傳感器還增加了存儲(chǔ)功能，利用芯片內(nèi)部字節(jié)的存儲(chǔ)器，甚至還可存儲(chǔ)用戶的短信息。另外，現(xiàn)代溫度控制器正從單通道向多通道的方向發(fā)展，這就為研制和開發(fā)多路溫

10、度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了良好的基礎(chǔ)條件?，F(xiàn)代新型溫度控制器一般都具有多種工作模式可供用戶選擇，例如單次轉(zhuǎn)換模式、連續(xù)轉(zhuǎn)抉模式和待機(jī)模式等等，有的溫度控制器還增加了低溫極限擴(kuò)展模式，工作模式的選擇操作都非常簡單。對某些現(xiàn)代溫度控制器而言，主機(jī)（指外部微處理器或單片機(jī)）還可通過相應(yīng)的寄存器來設(shè)定其轉(zhuǎn)換速率，分辨力及最大轉(zhuǎn)換時(shí)間?？偩€技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化目前，現(xiàn)代新型溫度控制器的溫度傳感器的總線技術(shù)也基本上實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，所采用的總線主要有單線（）總線、（）總【第一章引言】第頁線、（）總線和（）總線。采用的溫度傳感器可以通過專用的總線接口同主機(jī)進(jìn)行通信。安全性和可靠性設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的溫控轉(zhuǎn)換器一般采用積分式

11、或逐次比較式轉(zhuǎn)換技術(shù)，其噪聲容限低，抑制混疊噪聲及量化噪聲的能力比較差。而現(xiàn)代新型溫度控制器則普遍采用了高性能的一式轉(zhuǎn)換器，它能夠以很高的采樣速率和很低的采樣分辨力將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再利用過采樣、噪聲整形和數(shù)字濾波技術(shù)，來提高有效分辨力。一式轉(zhuǎn)換器不僅能夠?yàn)V除量化噪聲，而且對外圍元件的精度要求不高。由于采用了數(shù)字反饋方式，因此無論是比較器的失調(diào)電壓還是零點(diǎn)漂移都不會(huì)影響溫度的轉(zhuǎn)換精度。這種新型溫度控制器兼具有抑制串模干擾能力強(qiáng)、分辨力高、線性度好、成本低等優(yōu)點(diǎn)?！緸榱吮苊庠跍囟瓤刂破飨到y(tǒng)受到噪聲干擾時(shí)產(chǎn)生誤動(dòng)作，在、等現(xiàn)代新型溫度傳感器的內(nèi)部，都設(shè)置了一個(gè)可編程的“故障排隊(duì)（）”計(jì)數(shù)器

12、，專用于設(shè)定允許被測溫度值超過上、下限的次數(shù)。僅當(dāng)被測溫度出現(xiàn)連續(xù)超過上限或低于下限的次數(shù)達(dá)到或超過所設(shè)定的次數(shù)（一般值為）的情況下，才會(huì)觸發(fā)中斷端。若故障次數(shù)不滿足上述條件或故障不是連續(xù)發(fā)生的，故障計(jì)數(shù)器就復(fù)位而不會(huì)觸發(fā)中斷端。這意味著假定計(jì)數(shù)器的值被設(shè)置為時(shí)，偶然受到一次或兩次的噪聲干擾，都不會(huì)影響溫控系統(tǒng)的正常工作。（），即符合先進(jìn)配置與電源接口規(guī)范的溫度控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)具有完善的過熱保護(hù)功能，可用來監(jiān)控及主電路的溫度，一旦或主電路的溫度超出所設(shè)定的上、下限時(shí)，可以通過硬件產(chǎn)生中斷，再通過電源控制器發(fā)出信號，迅速將主電源關(guān)斷起到保護(hù)作用。此外，當(dāng)溫度超過的極限溫度時(shí)也能直接關(guān)斷主電源，

13、并且該端還可通過獨(dú)立的硬件電路來切斷主電源，以防主電源控制失靈。上述三重安全性保護(hù)措施已成為國際上設(shè)計(jì)新型溫度控制系統(tǒng)的新觀念。為防止因靜電放電（）而損壞芯片。一些現(xiàn)代新型溫度控制器還增加了保護(hù)電路，一般可承受的靜電放電電壓。通常人體等效于由電容和歐姆電阻串聯(lián)而成的電路模型，當(dāng)靜電放電時(shí)，型智能溫度傳感器的串行接口端、中斷、比較器信號輸出端和地址輸入端通?？梢猿惺芨哌_(dá)的靜電放電電壓?！尽刻摂M溫度控制器虛擬溫度控制器是基于溫度控制器硬件和計(jì)算機(jī)平臺(tái)，并通過軟件開發(fā)而實(shí)現(xiàn)的新型溫度控制器。利用軟件可完成溫度控制器的標(biāo)定及校準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)最佳的性能指標(biāo)。使用時(shí)，傳感器可以通過數(shù)據(jù)采集器按至計(jì)算機(jī)，首先從

14、計(jì)算機(jī)輸入該傳感器的產(chǎn)品序列號，再從磁盤上讀出有關(guān)數(shù)據(jù)，然后自動(dòng)完成對傳感器的檢查、傳感器參數(shù)的讀取、傳感器設(shè)置和記錄工作。網(wǎng)絡(luò)溫度控制器網(wǎng)絡(luò)溫度控制器是包含數(shù)字傳感器、網(wǎng)絡(luò)接口和微處理單元的新一代智能溫度控制器。它通過數(shù)字傳感器，首先將被測溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再送給微控制器作數(shù)據(jù)處理，最后將測量結(jié)果傳輸給網(wǎng)絡(luò)，以便實(shí)現(xiàn)各傳感器之間、傳感器與執(zhí)行器之間、傳感器與系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換及資源共享。同時(shí)，在更換傳感器時(shí)無須進(jìn)行標(biāo)定和校準(zhǔn)，可做到即插即用（），這樣就極大地方便了用戶。單片測溫控制系統(tǒng)單片系統(tǒng)（，）是二十一世紀(jì)的高新科技新秀。它是在芯片上集成一個(gè)系統(tǒng)或子系統(tǒng)，其集成度將高達(dá)子系統(tǒng)片，這將給產(chǎn)

15、業(yè)及應(yīng)用帶來劃時(shí)代的進(jìn)步。半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì)（）對單片系統(tǒng)集成所作的預(yù)測見表。目前，國際上一些著名的廠家已開始研制單片測溫系統(tǒng)，有些已經(jīng)投入使用?！尽寇颇牦易钚【€寬（）包含晶體管數(shù)量片成本（晶體管）芯片尺寸（）電源電壓（）芯片數(shù)表單片溫度控制系統(tǒng)集成電路發(fā)展預(yù)測溫度控制器的工作原理反饋是自動(dòng)控制理論最重要的概念之一?，F(xiàn)代自動(dòng)控制技術(shù)基本上都是基于反饋的概念。反饋理論的要素包括三個(gè)部分：測量、比較和執(zhí)行。即用測量得到的數(shù)據(jù)同期望值進(jìn)行比較，用比較的結(jié)果來調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的響應(yīng)，進(jìn)而獲得更好的控制效果。因此反饋?zhàn)詣?dòng)控制理論應(yīng)用的關(guān)鍵就是：做出正確的測量和比較后，如何才能更好地調(diào)節(jié)系統(tǒng)的響應(yīng)。（比例積分微分

16、）控制器就是采用比例、積分、微分的關(guān)系來調(diào)節(jié)系統(tǒng)響應(yīng)的自動(dòng)控制器。在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱控制，又稱調(diào)節(jié)?？刂破鲉柺乐两褚延薪耸甑臍v史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控溫度對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來確定?？刂?，實(shí)際中也有和控制這兩種?！究刂破饔杀壤龁卧ǎ?、積分單元（）和微分單元（）組成。比例（）環(huán)節(jié)根據(jù)偏差兩成比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制量，減少偏差。此環(huán)節(jié)的作用是加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度。比例系數(shù)越大，系統(tǒng)響

17、應(yīng)速度越快，系統(tǒng)調(diào)節(jié)精度越高，但是同時(shí)也容易產(chǎn)生超調(diào)，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定。比例系數(shù)如果過小，會(huì)減慢系統(tǒng)的響應(yīng)速度，降低系統(tǒng)調(diào)節(jié)精度，調(diào)節(jié)時(shí)間交長，系統(tǒng)特性變壞。積分（）環(huán)節(jié)在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入積分環(huán)節(jié)。積分環(huán)節(jié)對誤差的處理取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分環(huán)節(jié)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例積分（）控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入

18、穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。微分（）環(huán)節(jié)在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后（）組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說，在控制器中僅引入比例控制環(huán)節(jié)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而微分環(huán)節(jié)的作用則是可以預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例和微分環(huán)節(jié)的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以

19、對有較大慣性或滯后的被控溫度對象。比例微分（）控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性?？刂破鞯奶攸c(diǎn)控制器的傳遞函數(shù)為：等去毋）撲，【第一章引言】第頁需要指出的是，在很多實(shí)際應(yīng)用中，控制器并不一定具有全部的三個(gè)單元?？梢愿鶕?jù)實(shí)際情況設(shè)置其中一個(gè)或兩個(gè)單元，但比例控制單元通常是必不可少的?？刂破魇蔷€性控制器。但是雖然很多工業(yè)過程中遇到的被控對象是非線性或時(shí)變的，但可以通過對其簡化變成基本線性和動(dòng)態(tài)特性不隨時(shí)間變化的系統(tǒng)來進(jìn)行研究，這樣就可以采用控制了?？刂破鞯氖褂梅浅：啽?。實(shí)踐中只需要設(shè)定三個(gè)參數(shù)（，和）就可以了。但是控制器的參數(shù)整定是比較復(fù)雜的，它是根據(jù)被控對象的動(dòng)態(tài)特性而確定的。如果被控對象的

20、動(dòng)態(tài)特性發(fā)生了變化，例如由于負(fù)載的變化而引起了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的變化，參數(shù)就需要重新確定?？刂破鞯膽?yīng)用非常的廣泛。在很多情況下針對特定的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制器都工作的很好，但是仍然存在這一些問題需要解決：難以建立過程模型通過建立過程的數(shù)學(xué)模型來自整定系統(tǒng)參數(shù)是比較困難的。閉環(huán)控制時(shí)，通常通過在過程中插入一個(gè)測試信號的方法來確定參數(shù)，但是這個(gè)方法會(huì)引起擾動(dòng)，所以基于模型的參數(shù)自整定在工業(yè)應(yīng)用不是非常好。超調(diào)干擾如果系統(tǒng)參數(shù)自整定是基于控制律的話，常常難以把由于負(fù)載干擾引起的影響和過程動(dòng)態(tài)特性變化引起的影響區(qū)分開來。所以由于受到干擾的影響，控制器會(huì)產(chǎn)生超調(diào)，產(chǎn)生一個(gè)不必要的自適應(yīng)轉(zhuǎn)換。另外，因?yàn)榛诳刂坡傻?/p>

21、系統(tǒng)沒有成熟的穩(wěn)定性分析方法，參數(shù)整定可靠與否存在很多問題。鑒于此，許多自身整定參數(shù)的控制器經(jīng)常工作在自動(dòng)整定模式而不是連續(xù)的自身整定模式。自動(dòng)整定一般是指根據(jù)開環(huán)狀態(tài)確定的簡單過程模型自動(dòng)計(jì)算參數(shù)。復(fù)雜系統(tǒng)控制器在控制非線性、時(shí)變、耦合以及參數(shù)和結(jié)構(gòu)不確定的復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)，工作的并不是太好。在很多非線性時(shí)變系統(tǒng)中，無論怎么調(diào)節(jié)控制其參數(shù)都不能夠達(dá)到一個(gè)較好的控制結(jié)果。盡管有上述種種缺點(diǎn)，控制器仍然是一種簡單有效的，在某些情況下甚至是最好的一種控制器?？刂破鞯膮?shù)整定控制器的參數(shù)整定是設(shè)計(jì)控制器的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性來確定控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小?？刂破鲄ⅰ镜谝徽乱?/p>

22、】第頁數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：理論計(jì)算整定法這種參數(shù)整定方法主要是先建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，再經(jīng)過理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。但是通過這種途徑所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接使用，還必須通過工程實(shí)踐進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整和修改。工程整定方法這種參數(shù)整定方法主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行。這種方法簡單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用?？刂破鲄?shù)的工程整定方法，主要可以分為臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。這三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。以臨界比例法為例，該方

23、法進(jìn)行控制器參數(shù)的整定步驟如下：（首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；（）僅例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；（）在一定的控制度下通過公式計(jì)算得到控制器的參數(shù)?！尽?，【】在實(shí)際調(diào)試中，只能先大致設(shè)定一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值。然后根據(jù)調(diào)節(jié)效果修改。（）（分）（分）溫度系統(tǒng)壓力系統(tǒng)一流量系統(tǒng)液位系統(tǒng)表控制器的參數(shù)設(shè)定經(jīng)驗(yàn)值第二節(jié)本課題完成的工作和論文的內(nèi)容安排本課題完成的工作、回顧并討論了溫度控制器的發(fā)展和現(xiàn)狀。根據(jù)控制技術(shù)的基本原理，討論了控制器的特點(diǎn)，并且對控制器的參數(shù)調(diào)節(jié)進(jìn)行了分析。、描述了設(shè)計(jì)一個(gè)模糊控制器所應(yīng)該考慮的各方面的理論問題，并基于這

24、些討論給出了基本模糊控制器的數(shù)學(xué)模型。、對模糊控制器的輸入量進(jìn)行了修正，然后討論了控制器的時(shí)間最優(yōu)性，完整提出了溫度控制優(yōu)化算法。、進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)，并編寫單片機(jī)控制軟件，并簡單給出固件程序和端程序的流程圖?！镜谝徽乱浴康陧?、利用研制的新型模糊溫度控制器樣機(jī)構(gòu)建測試平臺(tái)，對新型模糊溫度控制器進(jìn)彳亍了基準(zhǔn)測試和性能規(guī)劃測試。論文的內(nèi)容安排在本文的第二章中描述了設(shè)計(jì)一個(gè)模糊控制器所應(yīng)該考慮的各方面的理論問題，并基于這些討論給出了基本模糊控制器的數(shù)學(xué)模型。在本文的第三章中，首先考慮了對模糊控制器的輸入量進(jìn)行修正，然后討論了控制器的時(shí)間最優(yōu)性。接下來，本文討論了控制器硬件，給出了硬件原理圖，并解

25、釋了電路原理。同時(shí)，針對制作過程中遇到的問題介紹了本設(shè)計(jì)中所采用的解決方法。最后，給出了軟件程序流程。第四章中介紹了新型模糊溫度控制器的測試平臺(tái)。并對新型模糊溫度控制器的各種性能進(jìn)行測量。第五章中展望了模糊溫度控制器未來的研究和發(fā)展方向?！镜诙吕碚摻！康陧摰诙吕碚摻Ｄ：郎囟瓤刂萍撼蔀楝F(xiàn)代自動(dòng)化溫度控制研究中最為活躍而又最富有成果的領(lǐng)域。其中，模糊溫度控制技術(shù)占據(jù)了十分重要的地位，而且仍將成為未來研究與應(yīng)用的重點(diǎn)技術(shù)之一。傳統(tǒng)和現(xiàn)代溫度控制技術(shù)的研究、應(yīng)用發(fā)展的歷史完全可以證明這一點(diǎn)。然而到目前為止，現(xiàn)代溫度控制理論雖然已經(jīng)在許多控制應(yīng)用中獲得了大量成功的范例，但是在工業(yè)溫度過程控制中，

26、類型控制技術(shù)的應(yīng)用仍然占有著主導(dǎo)地位。特別是在化工、冶金等工業(yè)過程控制中，眾多數(shù)量大、面廣的溫度控制過程基本上仍然是應(yīng)用著類型的控制單元。雖然可以預(yù)言，現(xiàn)代控制技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)變的越來越寬廣、被控對象會(huì)變的越來越復(fù)雜，相應(yīng)的控制技術(shù)也會(huì)變的越來越精巧。但是由于本章隨后談到的各種原因。以為原理的各種控制器仍然將是過程控制中不可或缺的基本控制單元之一。與此同時(shí)，近年來模糊溫度控制技術(shù)的研究與應(yīng)用已經(jīng)得到了迅猛地發(fā)展。但是，在眾多新的模糊溫度控制技術(shù)方法不斷涌現(xiàn)和實(shí)際應(yīng)用之后，人們更加清楚地認(rèn)識到模糊溫度控制研究中面臨的許多理論問題。例如，模糊溫度控制技術(shù)并未在工業(yè)過程控制中得到如同家電產(chǎn)品一樣的廣泛

27、應(yīng)用。這種情況己經(jīng)成為模糊溫度控制技術(shù)廣泛應(yīng)用的嚴(yán)重障礙。本章主要在設(shè)計(jì)模糊溫度控制器的各個(gè)理論方面進(jìn)行探討，討論設(shè)計(jì)控制性能優(yōu)于傳統(tǒng)溫度控制器的模糊溫度控制器的關(guān)鍵因素，并進(jìn)而完成理論建模?！尽俊尽勘疚母鞴?jié)內(nèi)容如下。第一節(jié)對目前已經(jīng)發(fā)展的各種模糊控制器方法進(jìn)行介紹。第二節(jié)至第五節(jié)針對模糊型控制技術(shù)研究中面臨的四個(gè)理論問題分別進(jìn)行討論。本章著重闡述了設(shè)計(jì)模糊溫度控制器的基本原理，理論上的建模也是在此基礎(chǔ)上展開。第一節(jié)模糊溫度控制器的基本形式模糊溫度控制技術(shù)研究發(fā)展歷經(jīng)了“理論一應(yīng)用一理論”的交替過程。自從年開創(chuàng)了模糊數(shù)學(xué)研究之后，模糊系統(tǒng)與模糊控制的基本概念及基礎(chǔ)理論得到了迅速的發(fā)展和完善。，

28、】從年建立的第一個(gè)模糊控制器標(biāo)志了模糊控制的實(shí)際應(yīng)用的開始，到目前為止，大量的模糊技術(shù)產(chǎn)品己經(jīng)在工業(yè)及民用方面得到了廣泛的應(yīng)用。由于所設(shè)計(jì)研究的模糊控制器一般被稱為傳統(tǒng)模糊控制器，曾一度被以后的研究工作者所廣泛借鑒和使用。這種模糊控制器的基本特點(diǎn)是：二維輸入（誤差及誤差率變量輸入）和一維輸出、模糊規(guī)則前件與后件為模糊語言變量、交規(guī)則方式（，）、采用法進(jìn)行模糊推理和采用重心法進(jìn)行解模糊?！镜诙吕碚摻！康陧?，【）卅二十世紀(jì)八十年代末，學(xué)者們首次嚴(yán)格地討論了模糊控制器與傳統(tǒng)控制器之間的關(guān)系。這個(gè)時(shí)期進(jìn)行的工作中特別重要的是證明了模糊（或型控制器是一種具有變增益的非線性控制器。這些工作為模糊控制理

29、論與傳統(tǒng)控制理論的結(jié)合建立了橋梁。開拓了模糊控制非線性理論研究的新途徑一一“分析解方法（）”。通過應(yīng)用結(jié)構(gòu)極限分析（）可以定性地表明，簡單地增加規(guī)則并不一定會(huì)給控制過程帶來益處。陰】圖模糊溫度控制器的分類為了便于討論，本文將模糊溫度控制器分為兩大類型：模糊型（）和模糊非型（）。如果模糊溫度控制器的推理計(jì)算是限于比例一積分一微分三個(gè)控制分量或增益范圍以內(nèi)的控制作用量，則屬于模糊溫度控制器類型。否則，屬于模糊非類型。根據(jù)模糊推理機(jī)輸出量的直接物理含義，模糊型溫度控制器又可進(jìn)一步分成直接控制量型（）、增益調(diào)整型（）和混合型三種。圖顯示了控制器的分類。當(dāng)然，這種分類有時(shí)本身就會(huì)存在模糊性。以下對各種形

30、式模糊溫度控制器進(jìn)行討論，其目的也是為了理解它們之間的本質(zhì)差異，本文其后對模糊溫度控制算法的改進(jìn)也在此基礎(chǔ)上展開?！尽吭鲆嬲{(diào)整型（）模糊溫度控制器增益調(diào)整型模糊溫度控制器中推理機(jī)輸出的物理量直接對應(yīng)于增益參數(shù)，通過應(yīng)用模糊規(guī)則實(shí)現(xiàn)對三個(gè)增益參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。一種是基于性能監(jiān)督（）的增益調(diào)整型模糊溫度控制器，如式所示：【第二章理論建?！康陧摗啊保ǎㄡ埽┦较到y(tǒng)的性能指標(biāo)（）主要包括超調(diào)量、穩(wěn)態(tài)誤差等靜、動(dòng)態(tài)特性。由于這些性能指標(biāo)需要一個(gè)完整控制過程得到，因此本類控制器可以采用自整定或自適應(yīng)的方式對增益進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整?；谛阅鼙O(jiān)督的增益調(diào)整型模糊控制器并不能保證非線性特征。因?yàn)樵谧哉ɑ蜃赃m應(yīng)調(diào)整

31、間隔期間，控制器的增益參數(shù)可能是常數(shù)。增益調(diào)整型的另一種形式是基于誤差驅(qū)動(dòng)（）的模糊溫度控制器。其規(guī)則形式如下：）（）式基于誤差驅(qū)動(dòng)的模糊溫度控制器的增益參數(shù)將是誤差或誤差變化的非線性函數(shù)。如非線性比例增益可以記為：（，。雖然與誤差變化均是時(shí)間的函數(shù)，但是取值只由與誤差變化的具體值決定，而與處在什么時(shí)刻無關(guān)。因此，基于誤差驅(qū)動(dòng)的模糊溫度控制器本質(zhì)上是一個(gè)靜態(tài)（或定常）非線性系統(tǒng)，并可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)非線性增益的獨(dú)立整定。溫度控制器模糊推理計(jì)算規(guī)則中的單因子參數(shù)和各增益參數(shù)都是和。的函數(shù)。因此，基于誤差驅(qū)動(dòng)的模糊溫度控制系統(tǒng)無法獨(dú)立調(diào)整各個(gè)非線性增益。傳統(tǒng)的溫度控制技術(shù)已經(jīng)對各個(gè)增益參數(shù)的物理意義或者

32、控制效果有了明確的解釋。如調(diào)整比例增益可以加快系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，但同時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生較大的超調(diào)量以至引起系統(tǒng)失穩(wěn)。這些均可以作為專家知識納入模糊規(guī)則式中。然而，對于應(yīng)用式的非線性增益設(shè)計(jì)，到目前也未有成熟的模糊規(guī)則可以借鑒。例如，當(dāng)誤差變小時(shí)，。的取值變化至今為止仍然還沒有確定性的結(jié)論。，【直接控制量型（）模糊溫度控制器如果模糊推理機(jī)的輸出是原理范圍內(nèi)的控制作用量，則該溫度控制器屬于直接控制量型模糊溫度控制器。學(xué)者們歸納了該類控制器的種結(jié)構(gòu)單元（）。柏由于各單元在控制作用效果上不完全等效，可以進(jìn)一步認(rèn)為每個(gè)單元是獨(dú)立的（）。圖中給出了不同的單元名稱。從圖可以看出，各單元名稱不僅與輸入變量誤差、誤差

33、變化、誤差的二次變化以及誤差累計(jì)。的信號內(nèi)容相關(guān)，而且由輸出變量的形式所決【第二章理論建?！康陧摱?。由這些結(jié)構(gòu)單元可以組合成各種形式的模糊、溫度控制器。應(yīng)用先驗(yàn)知識，可以排除一些組合，以便實(shí)現(xiàn)合理的控制器設(shè)計(jì)?；旧洗嬖谌缦聝蓷l準(zhǔn)則：）由于穩(wěn)態(tài)的誤差累計(jì)量通常是未知的，致使設(shè)計(jì)者無法以此變量建立規(guī)則，因此，可以取消包括誤差累計(jì)變量輸入的結(jié)構(gòu)組合。）比例控制分量是控制作用中不可或缺的控制量。因此，任何模糊控制器至少應(yīng)該包括比例控制分量成分。有一種稱之為“增益角色變換（）”的概念。即在有時(shí)延的設(shè)定值過程控制中，以增量形式輸出的溫度控制器。這種溫度控制器的積分增益在初始時(shí)延范圍內(nèi)將承擔(dān)比例增益的角色

34、，而設(shè)定的比例增益在此階段不產(chǎn)生任何作用。如果這成為設(shè)計(jì)考慮因素，則可以取消包括以增量形式輸出的模糊溫度控制器結(jié)構(gòu)單元?！尽??！疽痪S：丹廿丹心毋廿二維：野毋野野三維：母好圖模糊溫度控制器結(jié)構(gòu)單元通常我們將模糊推理機(jī)的輸入變量個(gè)數(shù)定為模糊控制器的維數(shù)。雖然發(fā)展的二維模糊溫度控制器已經(jīng)成為模糊控制技術(shù)中最常見形式的控制器并為設(shè)計(jì)者所熟悉。但是有關(guān)其結(jié)構(gòu)特性和應(yīng)用特點(diǎn)的研究仍然是不足的。學(xué)者們進(jìn)一步研究了模糊知識表達(dá)與禍合規(guī)貝（）的關(guān)系，由此可以推證出型模糊溫度控制器是有禍合影響（）的。同時(shí)，人們還對模糊控制器的推理機(jī)維數(shù)進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，并將一維模糊控制器稱為“獨(dú)立控制量型（）”，傳統(tǒng)的二維或三

35、維模糊控制器稱為“合成控制量型（）”，并認(rèn)為合成控制量型模糊控制器還存在以下功能缺陷：如控制分量合成（）、輸入禍合影響（）、增益相關(guān)（）和規(guī)則指數(shù)增長（）。這國成林：新型模糊溫度控制器二零零七年五月些缺陷對于各控制量物理意義進(jìn)行分析并整定調(diào)整參數(shù)是不利的?！净旌闲停ǎ┠：刂破骰旌闲湍：刂破鞔嬖谥鞣N形式。如增益調(diào)整型與直接控制量型的結(jié)合或者傳統(tǒng)線性控制器與模糊控制器的結(jié)合。一些學(xué)者提出了應(yīng)用模糊進(jìn)行初始的快速響應(yīng)調(diào)整，之后采用傳統(tǒng)線性控制器進(jìn)行細(xì)節(jié)調(diào)整。然而，什么時(shí)候以及如何實(shí)現(xiàn)無擾（）切換將是應(yīng)用中的又一個(gè)問題。另一方面，為了解決模糊控制器無法消除穩(wěn)態(tài)誤差的問題，可以增加積分的環(huán)節(jié)，并稱

36、為模糊線性。為了降低定值控制中的超調(diào)問題，有學(xué)者認(rèn)為應(yīng)采用過降低設(shè)定值的權(quán)系數(shù)（）方法計(jì)算誤差量：其中設(shè)定值權(quán)系數(shù)取在（，）之間，且為常數(shù)。由計(jì)算的比例控制分量。（）（）比常規(guī)計(jì)算值要小。從而可實(shí)現(xiàn)較小的超調(diào)控制響應(yīng)?；诖朔绞降目刂破鞣椒?，可以通過應(yīng)用二維模糊推理的方式來計(jì)算的動(dòng)態(tài)值，能夠取得比靜態(tài)的固定值算法更好的控制效果。這是混合型模糊控制器的另一種形式。雖然（）形式上是動(dòng)態(tài)的，但是由于控制器仍然具有非時(shí)變本質(zhì)，所以還是應(yīng)該理解為是一種定常的非線性系統(tǒng)，即（，），由此產(chǎn)生非線性比例增益。此外，應(yīng)用模糊前向補(bǔ)償器與控制器結(jié)合的方式也可以被認(rèn)為是一種混合型模糊控制器?！绢疚奶岢龅男滦湍：郎?/p>

37、度控制器主體上是屬于增益調(diào)整型模糊溫度控制器。第二節(jié)優(yōu)于傳統(tǒng)控制器的模糊控制器設(shè)計(jì)的理論依據(jù)傳統(tǒng)控制理論學(xué)派與模糊控制理論學(xué)派有關(guān)傳統(tǒng)控制器和模糊控制器性能優(yōu)劣問題的爭論很早就開始了。年，模糊控制學(xué)者在）第期上發(fā)表了一篇用模糊控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)飛行器柔性機(jī)翼控制的文章?？墒遣坏揭荒?，傳統(tǒng)控制學(xué)者就在同一刊物上發(fā)表了反駁上文結(jié)論的文章，其要點(diǎn)是應(yīng)用傳統(tǒng)線性控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了優(yōu)于模糊控制技術(shù)的控制性能。模糊控制學(xué)者也注意到了這個(gè)問題的嚴(yán)重性。年，又有學(xué)者觀察并記述了模糊溫度控制器并不能確?？偸莾?yōu)于傳統(tǒng)控制器的實(shí)例。還有的學(xué)者認(rèn)為，對于任何標(biāo)準(zhǔn)控制問題，總可以找到實(shí)現(xiàn)控制性能優(yōu)于模糊控制方法的傳統(tǒng)控制方法。例

38、，傳統(tǒng)控制理論學(xué)者們提出的一個(gè)要點(diǎn)是：目前多數(shù)的模糊控制技術(shù)與傳統(tǒng)控制器的性能比較只是數(shù)值式的。有學(xué)者認(rèn)為，采用計(jì)算機(jī)模擬的方式證明這些模國成林；新型模糊溫度控制器二零零七年五月糊神經(jīng)控制器的有效性根本不能夠讓人信服?；跀?shù)值仿真得到的“性能更優(yōu)”的結(jié)論，只有在模糊控制技術(shù)的發(fā)展的早期階段才具有某種啟迪意義。而作為使用模糊控制技術(shù)替換傳統(tǒng)控制技術(shù)的前提，必須存在嚴(yán)格的理論證明解決下面兩個(gè)問題：）模糊溫度控制器的控制性能是否總能優(yōu)于傳統(tǒng)線性控制器）如果不能，模糊溫度控制器是在什么條件下出現(xiàn)如此情況很長時(shí)間內(nèi)，由于這兩個(gè)問題未能得到圓滿解決，使模糊控制技術(shù)在替換傳統(tǒng)控制技術(shù)時(shí)面臨了一個(gè)強(qiáng)有力的挑戰(zhàn)

39、。為了解決這一問題，可以采用模糊控制器的“保守設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（，）”。該準(zhǔn)則要求：任何模糊控制器都應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)通過參數(shù)調(diào)整產(chǎn)生線性輸入輸出關(guān)系。符合這一準(zhǔn)則的控制系統(tǒng)可以稱為“確保性能的模糊系統(tǒng)（”或者系統(tǒng)。這一設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的建立無論在理論還是應(yīng)用方面有著非常重要的意義。它確保模糊控制理論可以引用并借鑒傳統(tǒng)控制理論中大量的定理和準(zhǔn)則作為其控制器的性能指標(biāo)下限（）分析，從根本上使得模糊控制技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用具備了堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)?？梢钥闯?，以上設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是一種完全依賴于功能的評價(jià)方法。其本質(zhì)是將傳統(tǒng)控制技術(shù)作為模糊控制技術(shù)中的一個(gè)特例，這樣可以避免基于性能評價(jià)方法中需用窮舉方式對“性能優(yōu)劣”完成理論證明的困境。在

40、性能比較方面，必須以比較公平的方式進(jìn)行，即兩種控制器至少應(yīng)該同樣應(yīng)用優(yōu)化方法整定系統(tǒng)參數(shù)。從這一角度來說，系統(tǒng)的控制性能應(yīng)不劣于傳統(tǒng)線性控制器?！尽康?，如何構(gòu)造模糊系統(tǒng)仍是需要關(guān)注的研究方向。并不是所有的模糊溫度控制器算法都能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)。如應(yīng)用型控制器設(shè)計(jì)方法，采用有限數(shù)量規(guī)則是無法構(gòu)造系統(tǒng)。其原因是由于諸如模糊推理中“最大一最小”的非線性操作。另一方面，在構(gòu)造系統(tǒng)的同時(shí)，保證合理地、按照“簡單性優(yōu)先”原則，即“線性、類曲線（或曲面）、類曲線（或曲面）”的方式逐步增加非線性函數(shù)種類也是亟待研究的課題。本文提出的新型模糊溫度控制器是一個(gè)型控制器，其詳細(xì)內(nèi)容在以下諸節(jié)和第三章依次展開。第三節(jié)模糊

41、溫度控制器的非線性逼近能力雖然已經(jīng)存在了大量的研究結(jié)果表明，模糊溫度控制器可提供優(yōu)于傳統(tǒng)線性控制器的控制性能。然而實(shí)際應(yīng)用中如何設(shè)計(jì)模糊溫度控制器，使之控制性能優(yōu)于傳統(tǒng)控制器，不僅是模糊控制研究中的一個(gè)重大理論問題，也是實(shí)際應(yīng)用中亟國成林：新型模糊溫度控制器二零零七年五月【第二章理論建?！康陧摯鉀Q的難點(diǎn)問題之一。這其中很重要的一點(diǎn)就是模糊溫度控制器的非線性逼近能力。模糊溫度控制器實(shí)現(xiàn)非線性控制的方法十分獨(dú)特。它實(shí)際上是基于專家的經(jīng)驗(yàn)并通過語言規(guī)則的形式實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)輸入與輸出的非線性映射關(guān)系。模糊溫度控錐器之所以能夠在許多情況下提供優(yōu)于傳統(tǒng)線性控制技術(shù)的控制性能，其本質(zhì)是在于模糊溫度控制器可以實(shí)

42、現(xiàn)非線性增益的調(diào)整過程。隨著人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器研究工作的發(fā)展，理論上已經(jīng)證明了模糊溫度控制器同樣也是一種“萬能菲線性逼近器（）”。這就為模糊技術(shù)的普適性應(yīng)用奠定了重要的理論依據(jù)：即模糊溫度控制器可以對定義在致密集下的任何一種連續(xù)非線性方程實(shí)現(xiàn)在任意近似精度條件下的函數(shù)逼近。然而，從實(shí)際應(yīng)用和技術(shù)改進(jìn)的角度講，有必要對模糊控制系統(tǒng)或其它類型非線性系統(tǒng)的逼近能力（啪進(jìn)一步進(jìn)行分類細(xì)化。，基于誤差的非線性函數(shù)逼近能力對于“萬能非線性逼近器”，可以從定性與定量兩個(gè)角度來進(jìn)行研究。前者主要是推導(dǎo)存在性定理，后者根據(jù)給定誤差構(gòu)造控制器，對工程實(shí)際應(yīng)用有著直接的意義?；谡`差的非線性函數(shù)逼近類型的模糊溫度控

43、制器是最為常見的。通常情況下，對于定義在集合上的非線性函數(shù)）是給定的（其中，是非線性函數(shù)的自變量向量）。應(yīng)用非線性系統(tǒng)可以擬合估計(jì)出非線性方程，記為（，）（其中”，是用于調(diào)整非線性函數(shù)的自由參數(shù)向量）。那么，對特定非線性函數(shù)逼近能力的性能可以通過兩個(gè)非線性方程的誤差量表現(xiàn)出來。，（）（，口）式誤差量越小說明系統(tǒng)的非線性逼近能力越好。式的定義與常規(guī)數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的回歸分析方法相同。對基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)的非線性逼近器，式給出了更為通用的誤差表達(dá)式：足（刃，（，）（，】，）式式中，?。┖停?，（，）可以分別稱為風(fēng)險(xiǎn)函數(shù)）與錯(cuò)失函數(shù)（）。其中（，）是輸入變量與輸出變量的聯(lián)合概率函數(shù)。國成林：新型模糊溫度控制器二零

44、零七年五月【第一二章理論建?！康陧摶凇胺夯芰Γǎ钡谋平谌斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)研究中，“泛化能力（）”已經(jīng)成為衡量非線性系統(tǒng)向另一類非線性逼近能力的非常重要的研究內(nèi)容之一。“泛化能力”是指經(jīng)過樣本學(xué)習(xí)后的非線性系統(tǒng)能夠正確識別符合相同分布而未經(jīng)學(xué)習(xí)的樣本的能力。以多輸入多輸出的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為例來說，該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)經(jīng)過樣本數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)后，能夠?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)輸入節(jié)點(diǎn)數(shù)中生成的個(gè)網(wǎng)絡(luò)輸出節(jié)點(diǎn)數(shù)。對于特定的非線性超曲面，“泛化能力”即表明這些非線性超曲面能夠正確劃分學(xué)習(xí)樣本的能力。此種情況多數(shù)是用于考察模式識別應(yīng)用中的分類器性能。如果按照非線性逼近器為應(yīng)用內(nèi)容，當(dāng)?shù)扔跁r(shí)，其泛化能力就具體表現(xiàn)為系統(tǒng)對特定函數(shù)的內(nèi)插或外

45、推的非線性函數(shù)逼近能力。我們可以定義泛化誤差（）為：（）（，口）雌式在式中，實(shí)驗(yàn)子集。與學(xué)習(xí)子集廿。構(gòu)成了完整集合。式與式式的區(qū)別在于泛化誤差只是對實(shí)驗(yàn)子集中的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算的，從本質(zhì)上反映了系統(tǒng)的推廣能力，也就是說如果泛化誤差小，則表明非線性系統(tǒng)經(jīng)過學(xué)習(xí)后，能夠很好地預(yù)測未知數(shù)據(jù)。經(jīng)過學(xué)習(xí)之后得到函數(shù)逼近能力好的非線性系統(tǒng)，其泛化能力并不一定好，并可能出現(xiàn)“過似合（）”的問題。這可能是由于以下兩個(gè)原因：）學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)中通常包含有噪聲（圖）：一實(shí)際曲線硯察點(diǎn)擬和曲線圈噪聲）用有限數(shù)據(jù)獲取整個(gè)任意分布函數(shù)從本質(zhì)上講就存在著數(shù)據(jù)損失（圖）：國成林：新型模糊溫度控制器二零零七年五月一實(shí)際曲線類點(diǎn)擬和曲線類點(diǎn)圖數(shù)據(jù)損失泛化能力的概念可以推廣到基于監(jiān)督學(xué)習(xí)方式的模糊溫度控制器應(yīng)用中?；凇胺蔷€性變化能力（）”的逼近模糊控制系統(tǒng)通常包括線性與非線性調(diào)整參數(shù)。以型控制器為例，其線性調(diào)整參數(shù)包括誤差信號量化因子（。）、誤差變化信號量化因子（。）和輸出量化因