多變量模糊系統(tǒng)建模及控制理論分析

1、多變量模糊系統(tǒng)建模及控制理論分析摘要：本文對(duì)多變量模糊系統(tǒng)建模及控制理論進(jìn)行 了分析，對(duì)其中存在的問(wèn)題作了探討和闡述。同時(shí)也對(duì)其研 究的新進(jìn)展做了簡(jiǎn)要的介紹，其中包含有目前最新穎的多變 量模糊系統(tǒng)的建模和分辨，以及兩種多變量模糊系統(tǒng)建模與 控制的新型控制器。最后對(duì)其發(fā)展的前景和趨勢(shì)作了簡(jiǎn)要的 分析和闡述。關(guān)鍵詞：多變量；模糊系統(tǒng)建模；控制理論；分析中圖分類(lèi)號(hào)：TP1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1673-1069（2016）14-171-20引言在現(xiàn)實(shí)世界中有龐大的多變量模糊系統(tǒng)存在，這個(gè)系統(tǒng) 其參數(shù)以及結(jié)構(gòu)都具有多變性。盡管目前的多變量模糊系統(tǒng) 的建模以及控制理論已經(jīng)有了很大的提升和完善，但還是存

2、 在一些問(wèn)題和缺陷，因?yàn)槟壳暗亩嘧兞磕：到y(tǒng)建模與控制 的方法缺乏有效性和簡(jiǎn)便性，且在計(jì)算的過(guò)程中缺乏高效簡(jiǎn) 捷的方法，因而使得大部分的多變量模糊系統(tǒng)模型缺乏實(shí)際 效用，且只能應(yīng)用于變量單一的系統(tǒng)中。盡管后來(lái)有人也研 究出了一些比較簡(jiǎn)易的模型和快捷的計(jì)算方法，但是這也使 得其準(zhǔn)確性大大降低，另外現(xiàn)有的模型還不能直接分析其動(dòng) 態(tài)的特性。因此研究和分析多變量模糊系統(tǒng)的建模與控制理 論，為建立適用的模型提供更好的理論基礎(chǔ)和依據(jù)就變得尤 為重要。1多變量模糊系統(tǒng)中存在的問(wèn)題目前的多變量模糊系統(tǒng)的建模與控制仍然處于初級(jí)的 發(fā)展階段，這時(shí)已經(jīng)形成了較為標(biāo)準(zhǔn)的模糊控制結(jié)構(gòu)，也有 一定的控制規(guī)則，但還存在一些

3、難以克服的問(wèn)題和缺陷。首 先是目前系統(tǒng)控制的規(guī)則主要還是以理論以及操作經(jīng)驗(yàn)為 主，但是在其完善和拓展上還存在較大的困難。其次就是這 時(shí)所依賴(lài)的控制器盡管是在多變量模糊系統(tǒng)建模以及控制 理論的基礎(chǔ)上研發(fā)出來(lái)的，但是其對(duì)于模糊系統(tǒng)中的各個(gè)維 數(shù)的關(guān)系以及指數(shù)的增長(zhǎng)趨勢(shì)都不能進(jìn)行實(shí)際意義上的控 制，因此也缺乏實(shí)際意義。然后就是控制器的組成結(jié)構(gòu)以及 運(yùn)算方式都非常復(fù)雜，很難滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的智能體系。最后 就是系統(tǒng)的分析存在較大的難度。而目前所使用的模糊系統(tǒng) 的建模與控制的理論大都只適合于單一的系統(tǒng)，因此為了更 好滿(mǎn)足工程實(shí)踐以及多變量模糊系統(tǒng)發(fā)展的要求，就必須對(duì) 其建模與控制理論進(jìn)行研究和分析，從而促進(jìn)

4、多變量模糊系 統(tǒng)的功能完善以及進(jìn)一步的發(fā)展。常規(guī)模糊控制器結(jié)構(gòu)如圖 1所示。2多變量模糊系統(tǒng)中的新穎模型2.1穴映射模型為了有效的彌補(bǔ)目前多變量模糊系統(tǒng)模型的不足，專(zhuān)家 們?cè)趹?yīng)用變量論域以及模糊系統(tǒng)分散化的前提條件下，提出 了穴映射的相關(guān)概念，即模糊穴以及穴空間，同時(shí)還建立了 兩種表示穴映射內(nèi)部關(guān)系的模型，即推理模型和矩陣模型， 另外還給出了辨識(shí)的方法以及計(jì)算的方法。當(dāng)描述系統(tǒng)的穴 映射內(nèi)部的關(guān)系時(shí)，可以用矩陣R來(lái)進(jìn)行表達(dá)，這樣就可以 獲得一個(gè)矩陣的模型。這個(gè)模型的優(yōu)點(diǎn)就是不管系統(tǒng)中的變 量多與否，其都能應(yīng)用上述的模型來(lái)進(jìn)行描述和表示，即可 以用一個(gè)二維的矩陣或者是并行的穴映射的矢量來(lái)進(jìn)行表

5、示，這就使得多變量模糊系統(tǒng)建模趨向簡(jiǎn)易化，也為防止維 數(shù)爆炸提供了重要的解決途徑。2.2動(dòng)態(tài)方程模型目前的多變量模糊系統(tǒng)在建模的過(guò)程中大部分只考慮 了系統(tǒng)的外部因素，因此可以說(shuō)這種多變量模糊系統(tǒng)的模型 只是一種函數(shù)模擬器，因此很難獲得其內(nèi)部的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)用以 設(shè)計(jì)控制器。而為了分析多變量模糊系統(tǒng)的復(fù)雜性，并對(duì)其 進(jìn)行有效的控制，專(zhuān)家們建立了一種新穎的動(dòng)態(tài)方程模型， 用來(lái)反映系統(tǒng)的各類(lèi)響應(yīng)，并達(dá)到獲取內(nèi)部控制數(shù)據(jù)的目的。 這種動(dòng)態(tài)的模型是依靠觀測(cè)的狀態(tài)來(lái)設(shè)置一個(gè)局部反應(yīng)系 統(tǒng)，用以反映內(nèi)部的行為，并運(yùn)用特征矢量建立相應(yīng)的矢量 關(guān)系，從而達(dá)到與外部行為相互呼應(yīng)的效果。這種模型能夠 極大的簡(jiǎn)化分析的過(guò)程

6、和環(huán)節(jié)，但是其計(jì)算出的結(jié)果卻比較 保守。2.3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在多變量模糊系統(tǒng)建模的方法中，其主要是依靠理論知 識(shí)和操作經(jīng)驗(yàn)來(lái)加以完成。但是如果理論知識(shí)不充分或者是 多變量的系統(tǒng)太過(guò)復(fù)雜，就會(huì)導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)很難被辨識(shí)出來(lái)， 因此為了有效的解決這一問(wèn)題，專(zhuān)家們就研究出了一種新型 的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，從而為多變量模糊系統(tǒng)建模提供了一種新 途徑。這種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的活躍度比較高，并且能夠與模糊 邏輯有效的綜合起來(lái)，并為以模糊邏輯為發(fā)展基礎(chǔ)的智能模 糊系統(tǒng)打下了良好的理論基礎(chǔ)。2.4遞階結(jié)構(gòu)模型對(duì)于多變量模糊系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，建模必須按照一定的層次結(jié) 構(gòu)來(lái)進(jìn)行，因此在建模的過(guò)程中必須遵從一定的遞階結(jié)構(gòu)。 而遞階結(jié)構(gòu)模型的出

7、現(xiàn)，有效的保證了模型的完整的層次結(jié) 構(gòu)，并且其辨識(shí)方法也更為先進(jìn)。這種模型辨識(shí)的方法就是 運(yùn)用遞階控制的均衡聯(lián)系法來(lái)進(jìn)行辨識(shí)，從而有效的促進(jìn)了 各個(gè)子系統(tǒng)之間能夠達(dá)到良好的平衡狀態(tài)。3多變量模糊系統(tǒng)控制理論3.1直接控制在多變量模糊系統(tǒng)的控制理論中，首先就是直接控制。這種控制理論不需要了解和分析控制對(duì)象的的特點(diǎn)以及特 性，同時(shí)對(duì)于促進(jìn)產(chǎn)業(yè)化的提升具有重要的作用和意義。但 是其也存在一定的缺陷，即設(shè)計(jì)出的控制器不能盡快滿(mǎn)足控 制對(duì)象的需求和特性，同時(shí)其還要考慮到變量系統(tǒng)的敏感性 和耦合性。因此在運(yùn)用的過(guò)程中，首先要學(xué)習(xí)優(yōu)化計(jì)算和結(jié) 構(gòu)理論，以及學(xué)會(huì)推理運(yùn)算的基礎(chǔ)方式和理論。3.2間接控制多變量模

8、糊系統(tǒng)的間接控制中，先要為控制的對(duì)象進(jìn)行 建模，建模的依據(jù)就是模糊邏輯體系，然后在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì) 出一個(gè)符合理想標(biāo)準(zhǔn)的控制器。這種間接控制器能夠?yàn)槎嘧?量模糊系統(tǒng)建模提供更合理的信息，其次就是能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn) 行深入的分析，同時(shí)還能使控制理論得到進(jìn)一步的完善和提 升。但是其也存在一些不足，即存在不確定性，并且也缺乏 一定的有效性。間接控制的方法如圖2所示。4總結(jié)綜上所述，盡管目前人們對(duì)于多變量模糊系統(tǒng)的建模以 及控制理論有了進(jìn)一步的分析和認(rèn)識(shí)，但是還沒(méi)有達(dá)到完善 優(yōu)化的目的，因此未來(lái)研究任務(wù)還非常艱巨。因此未來(lái)多變 量模糊系統(tǒng)建模與控制的研究方向?yàn)椋杭哟髮?duì)多變量模糊系 統(tǒng)建模的深入分析；設(shè)計(jì)一套完整的適應(yīng)多變量模糊系統(tǒng)發(fā) 展的控制理論。只有不斷進(jìn)行研究和分析，才能保證多變量 模糊系統(tǒng)建模與控制的過(guò)程能夠得到有效的發(fā)展和提升。參考文獻(xiàn)羅運(yùn)輝.非線性多變量熱工過(guò)程多模型控制及其應(yīng)用 研究D.山東大學(xué)，2011.任耀慶.多變量模糊