Ch 第十三章 機(jī)械電子系統(tǒng)的微機(jī)控制

機(jī)械電子工程原理第十三章機(jī)械電子系統(tǒng)中的微機(jī)控制控制對(duì)象的分類數(shù)字程序控制以邏輯狀態(tài)作為控制對(duì)象，理論基礎(chǔ)是數(shù)字邏輯或布爾代數(shù)，最常見的是順序控制和數(shù)值控制。順序控制是指以預(yù)先規(guī)定好的時(shí)間或條件為依據(jù)，使機(jī)械電子系統(tǒng)按正確的順序自動(dòng)地“運(yùn)動(dòng)”或“停止”。數(shù)值控制是利用計(jì)算機(jī)把輸入的數(shù)字值按一定程序處理后，轉(zhuǎn)換為控制信號(hào)去控制一個(gè)或幾個(gè)被控對(duì)象，使被控點(diǎn)按所要求的軌跡運(yùn)動(dòng)。模擬控制以模擬量作為控制對(duì)象，理論基礎(chǔ)是自動(dòng)控制理論。213.1順序控制和數(shù)值控制順序控制順序控制器根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合和工藝要求，劃分各種不同的工步，然后按預(yù)先規(guī)定好的“時(shí)間”和“條件”，依次序完成各工步。各工步動(dòng)作所需要的持續(xù)時(shí)間因產(chǎn)品類型或生產(chǎn)過程的不同而異，通?？梢酝ㄟ^操作員來設(shè)定或調(diào)整定時(shí)器的時(shí)間常數(shù)；“條件”是指被控裝置中運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)到一個(gè)預(yù)定的位置，或者管道、容器中的液體或氣體壓力達(dá)到了某個(gè)預(yù)定值，或者加熱部件的溫度達(dá)到了某個(gè)預(yù)定點(diǎn)。3數(shù)值控制數(shù)值控制隨著微處理機(jī)的發(fā)展得到了廣泛的應(yīng)用，如數(shù)控機(jī)床、線切割機(jī)及低速小型繪圖儀等，都是利用數(shù)值控制原理實(shí)現(xiàn)控制的機(jī)械電子設(shè)備?；镜臄?shù)值控制原理的實(shí)現(xiàn)步驟1）把一條復(fù)雜的曲線分成若干段直線或二次曲線；2）求出各分段直線(或曲線)的中間值，這個(gè)過程稱為插值，或稱為插補(bǔ)；3）對(duì)插補(bǔ)運(yùn)算過程中求出的各點(diǎn)，用脈沖信號(hào)去控制x、y方向上的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)刀具或畫筆運(yùn)動(dòng)，從而加工出或繪出要求的線段來。4直線插補(bǔ)偏差定義比如有一條直線段OP在第一象限，且線段的起點(diǎn)就位于坐標(biāo)原點(diǎn)，如圖所示，可以形成三個(gè)點(diǎn)集：位于直線段OP上所有的點(diǎn)；位于直線段OP上方所有的點(diǎn)A+；位于直線段OP下方所有的點(diǎn)A-。已知起點(diǎn)位于原點(diǎn)，終點(diǎn)的坐標(biāo)為P(xe,ye),則OP線的斜率為

tanα=ye/xe

因?yàn)閠anα”>tanα，即yi

”/xi”>ye/xe，所以xeyi

”-yexi”>0;因?yàn)閠anα’<tanα，即yi’

/xi’<ye/xe，所以xeyi’

-yexi’<0

5直線插補(bǔ)偏差定義設(shè)第一象限內(nèi)任意點(diǎn)M的坐標(biāo)為(xi,yi)，用Fi代表M點(diǎn)的偏差，并定義為Fi=xeyi

-yexi

當(dāng)Fi=0時(shí)，M點(diǎn)在線上；當(dāng)Fi＞0時(shí)，M點(diǎn)在A+區(qū)；當(dāng)Fi＜0時(shí)，M點(diǎn)在A-區(qū)。6插補(bǔ)規(guī)劃例如可以采用如下直線插補(bǔ)規(guī)則：當(dāng)Fi＞0時(shí)向右運(yùn)動(dòng)一步，當(dāng)Fi＜0向左運(yùn)動(dòng)一步，分別可以獲得由M’和M”點(diǎn)開始的插補(bǔ)路徑如圖(a)、(b)中所示。713.2開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng):只靠輸入量對(duì)輸出量單方向控制閉環(huán)控制系統(tǒng)：一般是基于誤差的負(fù)反饋控制輸入裝置控制裝置驅(qū)動(dòng)裝置被控對(duì)象Ui干擾Uo輸入裝置控制裝置驅(qū)動(dòng)裝置被控對(duì)象Ui測(cè)量裝置Uo8開環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)例可以把變頻器－電動(dòng)機(jī)看作對(duì)象，負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和負(fù)載轉(zhuǎn)矩都考慮在對(duì)象之內(nèi)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n是被控量。變頻器輸出的交流電壓頻率正比于u，并且能在規(guī)定范圍內(nèi)輸出適當(dāng)?shù)碾妷汉妥銐虻墓β蕘眚?qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速正比于u。當(dāng)負(fù)載增大引起轉(zhuǎn)速n下降而設(shè)定轉(zhuǎn)速r未變，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速無法自動(dòng)恢復(fù)到設(shè)定值。如果變頻器輸出頻率漂移，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也會(huì)偏離設(shè)定值，同樣無法自動(dòng)恢復(fù)。9閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)例引入了比較環(huán)節(jié)和偏差，轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)把被控量轉(zhuǎn)速n的信息以信號(hào)y的形式送到比較環(huán)節(jié)，在比較環(huán)節(jié)中得到被控量y與設(shè)定值r的差，稱為偏差e，e=r-y?？刂破鞲鶕?jù)偏差e生成控制信號(hào)u。10閉環(huán)控制系統(tǒng)統(tǒng)工作原理反饋饋通通道道的的作作用用是把把被被控控量量信信號(hào)號(hào)送送到到比比較較環(huán)環(huán)節(jié)節(jié)。。它它的的作作用用是是求求取取偏偏差差e=r-y。把把偏偏差差送送入入控控制制器器，，如如果果反反饋饋信信號(hào)號(hào)y偏離離設(shè)設(shè)定定值值r，就就有有偏差差，，控控制制器器就就會(huì)會(huì)根根據(jù)據(jù)偏偏差差e產(chǎn)生生控控制制作作用用u來減減小小偏偏差差。。當(dāng)負(fù)負(fù)載載增增大大致致使使轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速n降低低時(shí)時(shí)，，反反饋饋信信號(hào)號(hào)y隨之之降降低低，，偏偏差差e就會(huì)會(huì)增增大大，，控控制制器器根根據(jù)據(jù)偏偏差差e給出出控控制制信信號(hào)號(hào)u，變變頻頻器器輸輸出出的的頻頻率率f就會(huì)會(huì)升升高高，，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速n隨之之上上升升。。當(dāng)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速設(shè)設(shè)定定值值r改變變時(shí)時(shí)，，由由于于負(fù)負(fù)載載和和電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子的的機(jī)機(jī)械械慣慣性性，，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速n不能能立立即即跟跟隨隨r，也也會(huì)會(huì)出出現(xiàn)現(xiàn)偏偏差差e，控控制制器器根根據(jù)據(jù)偏偏差差e給出出控控制制信信號(hào)號(hào)u，使使電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速n較快快地地跟跟上上當(dāng)當(dāng)前前的的設(shè)設(shè)定定值值r。11模擬量量的計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)閉環(huán)環(huán)控制制系統(tǒng)統(tǒng)當(dāng)代工工程實(shí)實(shí)際中中，越越來越越多地地采用用計(jì)算算機(jī)作作控制制器，，組成成自動(dòng)動(dòng)控制制系統(tǒng)統(tǒng)。設(shè)定值值r、被控控量y和控制制信號(hào)號(hào)u都是模模擬量量，但但是在在計(jì)算算機(jī)中中都用用數(shù)字字量表表示，，所所以需需要D/A通道道和A/D通道道。1213.3控控制制系統(tǒng)統(tǒng)的品品質(zhì)和和性能能指標(biāo)標(biāo)控制系系統(tǒng)性性能的的品質(zhì)質(zhì)有快快速性性、準(zhǔn)準(zhǔn)確性性和穩(wěn)穩(wěn)定性性三個(gè)個(gè)方面面?？焖傩孕允窍Ｍ豢乜亓垦秆杆龠_(dá)達(dá)到設(shè)設(shè)定或或跟隨隨設(shè)定定值變變化；；穩(wěn)定性性是指被被控量量不發(fā)發(fā)生大大幅度度、長(zhǎng)長(zhǎng)時(shí)間間的振振蕩，，即使使有小小幅振振蕩也也應(yīng)盡盡快衰衰減至至零；；如果系系統(tǒng)被被控量量與設(shè)設(shè)定值值之間間的偏偏差較較小，，就說說系統(tǒng)統(tǒng)的準(zhǔn)確性性較好。?？刂葡迪到y(tǒng)品品質(zhì)可可以用用典型型設(shè)定定信號(hào)號(hào)下的的性能能指標(biāo)標(biāo)來表表示，，階躍信信號(hào)是是最常常用的的典型型設(shè)定定信號(hào)號(hào)之一一。上升時(shí)時(shí)間tr和峰值值時(shí)間間tp可以表表示系系統(tǒng)的的快速速性。。穩(wěn)態(tài)誤誤差ess可以表表示系系統(tǒng)的的準(zhǔn)確確性。。系統(tǒng)的的穩(wěn)定定性可可以用用超調(diào)量量Mp或者進(jìn)入誤誤差帶帶前的的振蕩蕩次數(shù)數(shù)表示。。13綜合性性能指指標(biāo)1——絕對(duì)誤誤差積積分絕對(duì)誤誤差積積分（（IntegralofAbsoluteError，IAE）是常常用的的綜合合指標(biāo)標(biāo)之一一絕對(duì)誤誤差積積分包含了了系統(tǒng)統(tǒng)從t＝0時(shí)刻起起的全全部偏偏差絕絕對(duì)值值的累累積（（積分分上限限∞可以選選擇足足夠大大的T來取代代），，快速速性、、穩(wěn)定定性、、準(zhǔn)確確性中中任何何一項(xiàng)項(xiàng)性能能不好好，都都會(huì)使使絕對(duì)對(duì)誤差差積分分增大大。絕對(duì)誤誤差積積分越越小，，控制制系統(tǒng)統(tǒng)的品品質(zhì)越越好。。14絕對(duì)誤誤差積積分絕對(duì)誤誤差積積分的的幾何何意義義是圖圖中陰陰影的的面積積。15綜合性性能指指標(biāo)2平方誤誤差積積分(IntegralofSquaredError，，ISE)：：該指標(biāo)標(biāo)著重重考慮慮大的的偏差差而不不太考考慮小小的偏偏差信信號(hào)。。在控控制工工程中中，這這個(gè)準(zhǔn)準(zhǔn)則代代表以以能量量消耗耗作為為系統(tǒng)統(tǒng)性能能的評(píng)評(píng)價(jià)。。按照照這種種誤差差性能能指標(biāo)標(biāo)設(shè)計(jì)計(jì)的控控制系系統(tǒng)，，常常常具有有較快快的響響應(yīng)速速度和和較大大的振振蕩，，相對(duì)對(duì)穩(wěn)定定性差差。時(shí)間加加權(quán)絕絕對(duì)誤誤差積積分(IntegralofTimeweightedAbsoluteError，ITAE)時(shí)間加加權(quán)平平方誤誤差積積分(IntegralofTimeweightedSquaredError，，ITSE)這兩項(xiàng)項(xiàng)誤差差性能能指標(biāo)標(biāo)的特特點(diǎn)是是著重重考慮慮瞬態(tài)態(tài)響應(yīng)應(yīng)后期期出現(xiàn)現(xiàn)的誤誤差，，較少少考慮慮響應(yīng)應(yīng)中大大的初初始誤誤差。。1613.4閉閉環(huán)環(huán)控制制系統(tǒng)統(tǒng)的構(gòu)構(gòu)成及及PID控控制閉環(huán)系系統(tǒng)是是借助助輸出出信號(hào)號(hào)的反反饋，，能夠夠在存存在擾擾動(dòng)的的情況況下，，力圖圖減小小輸出出與參參考輸輸入（（或任任意變變化的的希望望狀態(tài)態(tài)）之之間的的偏差差。閉閉環(huán)系系統(tǒng)控控制器器的工工作也也正是是基于于這一一偏差差進(jìn)行行的。。按偏差差的比比例(P)、積積分(I)、微微分(D)控制制，即即PID控控制是是閉環(huán)環(huán)控制制中應(yīng)應(yīng)用最最廣泛泛的一一種控控制規(guī)規(guī)律。。17常規(guī)PID控制制Kp是對(duì)偏偏差e(t)進(jìn)行行比例例（Proportional））運(yùn)算算的系系數(shù)；；Ki是對(duì)偏偏差e(t)進(jìn)行行積分分（Integral））運(yùn)算算的系系數(shù)；；Kd是對(duì)偏偏差e(t)進(jìn)行行微分分（Differential））運(yùn)算算的系系數(shù)PID控制制的比比例、、積分分和微微分三三種運(yùn)運(yùn)算都都是針針對(duì)偏偏差e(t)進(jìn)行行的。。PID控控制策策略歸歸結(jié)為為這三三個(gè)參參數(shù)的的選取取。18模擬PID調(diào)節(jié)節(jié)器模擬PID調(diào)節(jié)節(jié)器的的數(shù)學(xué)學(xué)表達(dá)達(dá)式為為：在實(shí)際際工業(yè)業(yè)過程程中調(diào)調(diào)節(jié)器器的性性能主主要靠靠整定定增益益Kp、積分分時(shí)間間常數(shù)數(shù)Ti、微分分時(shí)間間常數(shù)數(shù)Td這三個(gè)個(gè)參數(shù)數(shù)來完完成。。19比例控控制的的作用用比例控控制的的作用用是對(duì)對(duì)當(dāng)前前的偏偏差信信號(hào)e(t)進(jìn)行行比例例運(yùn)算算后作作為控控制信信號(hào)u(t)輸出出。比例控控制的的特點(diǎn)點(diǎn)是，，只要要偏差差e(t)存在在，比比例控控制器器就能能即時(shí)時(shí)產(chǎn)生生與偏偏差成成正比比的控控制信信號(hào)。。比例例系數(shù)數(shù)Kp越大，，比例例控制制作用用越強(qiáng)強(qiáng)。在在階躍躍響應(yīng)應(yīng)早期期，偏偏差e(t)很大大，所所以控控制信信號(hào)u(t)很大大，可可以使使被控控量y(t)上升升加快快，改改善系系統(tǒng)的的快速速性。。但是，，被控控量上上升過過快可可能產(chǎn)產(chǎn)生較較大的的超調(diào)調(diào)，甚甚至引引起振振蕩，，使系系統(tǒng)的的穩(wěn)定定性劣劣化。。20比例控控制在在穩(wěn)態(tài)態(tài)時(shí)段段的作作用控制信信號(hào)u與偏差差成比比例：：被控量y成為：解出被控控量y：代入靜差差ess的公式：：21比例控制制在穩(wěn)態(tài)態(tài)時(shí)段的的作用可見，如如果增大大比例控控制參數(shù)數(shù)Kp，可以使使靜差ess減小，但但僅僅有有比例控控制Kp無法消除除靜差ess。如果Kp過大，使使u(t)=Kpe(t)超出控控制器的的允許范范圍，不不能輸出出更大的的控制信信號(hào)u(t)。u(t)超出控控制器允允許范圍圍這一現(xiàn)現(xiàn)象稱為為控制器飽飽和。當(dāng)控制器器飽和時(shí)時(shí)，無法法起到減減小偏差差的作用用，偏差差可能很很大并且且在控制制器退出出飽和之之前繼續(xù)續(xù)存在。。比例系數(shù)數(shù)Kp必須適當(dāng)當(dāng)。22積分控制制的作用用積分控制制可以累累積系統(tǒng)統(tǒng)從t＝0時(shí)刻刻到當(dāng)前前時(shí)刻的的偏差e(t)的全部部歷史過過程。系系統(tǒng)進(jìn)入入穩(wěn)態(tài)后后，靜差差ess往往很長(zhǎng)長(zhǎng)時(shí)間不不變號(hào)，，經(jīng)過足足夠長(zhǎng)的的時(shí)段，，靜差ess的積分結(jié)結(jié)果終將將能夠輸輸出足夠夠大的控控制信號(hào)號(hào)u來消除靜靜差ess。因此，，引入積分分控制的的目的是是消除靜靜差。但是，如如果對(duì)象象的響應(yīng)應(yīng)較慢，，在階躍躍響應(yīng)早早期，可可能出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)時(shí)間不變變號(hào)的大大偏差，，產(chǎn)生過過大的偏偏差積分分值，導(dǎo)導(dǎo)致控制制器飽和和。要適當(dāng)選選取積分分控制參參數(shù)Ki。23微分控制制的作用用微分控制制正比于于偏差信信號(hào)e(t)的當(dāng)前前變化率率de/dt，由當(dāng)前前的偏差差變化率率能夠預(yù)預(yù)見未來來的偏差差，決定定控制信信號(hào)的符符號(hào)和大大小。對(duì)于設(shè)定定值的階階躍變化化，微分分控制能能減小超超調(diào)，抑抑制振蕩蕩，改進(jìn)進(jìn)系統(tǒng)的的穩(wěn)定性性。但是，當(dāng)當(dāng)系統(tǒng)受受到高頻頻干擾時(shí)時(shí)，對(duì)于于快速變變化的偏偏差e(t)，微分分控制的的作用可可能過于于強(qiáng)烈，，不利于于系統(tǒng)的的穩(wěn)定性性。如果果u(t)中的微分項(xiàng)項(xiàng)過大，還可可能使控制器器飽和，系統(tǒng)統(tǒng)階躍響應(yīng)可可能很遲緩。。動(dòng)用微分控制制應(yīng)十分謹(jǐn)慎慎，參數(shù)Kd取值不宜很大大。24數(shù)字PID控控制器（位置置式）將模擬PID調(diào)節(jié)器方程程式離散化，，有式中，Kp為比例系數(shù)；；Ti為積分時(shí)間常常數(shù)；Td為微分時(shí)間常常數(shù)；T為采樣周期；；e(k)為第k次采樣所獲得得的偏差信號(hào)號(hào)；△e(k)為本次和上上次測(cè)量值偏偏差的差。在給定值r不變時(shí)25增量式PID控制器算式式考慮到：有則式中，Ki為積分系數(shù)，，；；Kd為微分系數(shù)，，。。26數(shù)字式的閉環(huán)環(huán)控制系統(tǒng)可以進(jìn)一步將將增量式PID控制器算算式簡(jiǎn)化如下下式中，A=Kp+Ki+Kd；B=-Kp-2Kd；C=Kd。27分離式PID控制在階躍擾動(dòng)下下，系統(tǒng)在短短時(shí)間內(nèi)會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生很大的偏偏差，此時(shí)往往往引起積分分飽和、微分分項(xiàng)急劇增加加的現(xiàn)象，控控制系統(tǒng)很容容易產(chǎn)生振蕩蕩，調(diào)節(jié)性能能很差。為克服這一缺缺點(diǎn)，可采用用分離式的PID控制方方法。即當(dāng)偏偏差很大時(shí)，，減小積分與與微分的加權(quán)權(quán)系數(shù)。這樣樣既能迅速減減小偏差，又又能保持調(diào)節(jié)節(jié)過程平穩(wěn)，，具體的做法法是判斷偏差差e是否大于臨界界值em，并使得e>em時(shí)Ki=K1×Ki，Kd=K2×Kde≤em時(shí)Ki=Ki，Kd=Kd式中，0<K1<1；0<K2<1。2813.5PID參數(shù)整整定采樣周期的選選擇一般對(duì)于響應(yīng)應(yīng)快或信號(hào)變變化較快的系系統(tǒng)，采樣周周期應(yīng)當(dāng)較小小。但是，采采樣周期受到到A/D、D/A通道速速率和計(jì)算機(jī)機(jī)處理速度的的限制，必須須保證應(yīng)用程程序在一個(gè)采采樣周期內(nèi)能能完成所需要要的運(yùn)算和輸輸入輸出操作作。為此，除除了選用適當(dāng)當(dāng)?shù)挠布?，，我們通常還還希望數(shù)據(jù)通通道和控制算算法高效，程程序簡(jiǎn)潔。對(duì)于響應(yīng)慢慢或信號(hào)變變化較慢的的系統(tǒng)，不不必用過小小的采樣周周期。如果采樣周周期過小，，相鄰兩次次采樣信號(hào)號(hào)數(shù)值過于于接近。A/D、D/A和計(jì)計(jì)算機(jī)的分分辨能力受受數(shù)字量位位數(shù)的限制制，可能無無法分辨相相鄰兩次采采樣信號(hào)數(shù)數(shù)值，反而而不能起控控制作用。。29PID參數(shù)數(shù)整定的方方法通過反復(fù)試試驗(yàn)調(diào)整Kp、Ki和Kd三個(gè)參數(shù)值值，使系統(tǒng)統(tǒng)的品質(zhì)達(dá)達(dá)到滿意，，或者使某某個(gè)綜合指指標(biāo)達(dá)到最最優(yōu)，譬如如使IAE最小，這個(gè)個(gè)過程稱為為PID參數(shù)數(shù)整定。常用的試驗(yàn)驗(yàn)調(diào)整方法法有調(diào)試法法和經(jīng)驗(yàn)法法。近年來發(fā)展展了多種仿仿生物智能能的尋優(yōu)算算法。30調(diào)試法調(diào)試通常在在階躍設(shè)定定下進(jìn)行。。調(diào)試步驟驟大致如下下1）Ki和Kd置為0，只將比例控控制系數(shù)Kp逐次由小變變大，每一次觀察察系統(tǒng)的階階躍響應(yīng)，，兼顧上升升快、超調(diào)調(diào)小、振蕩衰減快快、靜差小小。如果比例控控制不能使使靜差達(dá)到到要求，必必須加入積積分控制來來消除靜差差。先給一個(gè)不不大的Ki值，再將第第一步所得得的Kp值略微減小小，然后后逐步減小小Ki，直到消除除靜差同時(shí)時(shí)保持良好好的動(dòng)態(tài)品品質(zhì)。如果加入積積分控制后后動(dòng)態(tài)品質(zhì)質(zhì)劣化，可可以加入微微分控制。。31經(jīng)驗(yàn)法經(jīng)驗(yàn)法也稱稱為工程法法。工程界界已總結(jié)出出一些經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)方法，有有擴(kuò)充臨界界比例度法法、擴(kuò)充響響應(yīng)曲線法法、歸一參參數(shù)法等等等。不同的方法法適用于不不同類型的的工業(yè)系統(tǒng)統(tǒng)，必須正正確選擇使使用。這些些經(jīng)驗(yàn)方法法在實(shí)用中中仍不能完完全擺脫現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，，但是可以以減少盲目目性，減少少試驗(yàn)次數(shù)數(shù)，提高參參數(shù)整定和和調(diào)試工作作的效率。。32數(shù)字PID控制程序序流程圖Kp、Ki和Kd三個(gè)參數(shù)的的值不依賴賴系統(tǒng)的數(shù)數(shù)學(xué)模型，，可以用于于得不到數(shù)數(shù)學(xué)模型的的對(duì)象，因因此PID控制是應(yīng)應(yīng)用最廣泛泛的一種控控制策略。。3313.6PID控控制的改進(jìn)進(jìn)控制器飽和和:無論比例、、積分或微微分，PID控制器器都可能計(jì)計(jì)算出很大大的控制信信號(hào)u，可能在一一段時(shí)間內(nèi)內(nèi)超出D/A轉(zhuǎn)換器的輸輸出電壓范范圍[umin，umax]，這種現(xiàn)象象稱為控制制器飽和。。當(dāng)電動(dòng)機(jī)拖拖動(dòng)大慣性性負(fù)載起、、停時(shí)，或或溫度系統(tǒng)統(tǒng)中要求溫溫度迅速升升、降時(shí)，，設(shè)定值往往往要大幅幅度地增、、減，初期期會(huì)出現(xiàn)很很大偏差。。當(dāng)系統(tǒng)遇遇到較大的的尖峰擾動(dòng)動(dòng)時(shí)，不僅僅會(huì)出現(xiàn)很很大偏差，，并且偏差差變化率也也很大。這這些情形下下，PID控制器容容易出現(xiàn)飽飽和現(xiàn)象。。34防止控制器器飽和的基基本措施控制信號(hào)限限幅當(dāng)u(k)＜umin時(shí)，取u(k)＝umin；當(dāng)u(k)＞umax時(shí)，取u(k)＝umax。積累補(bǔ)償法法如果PID計(jì)算得到的的u(k)超出D/A轉(zhuǎn)換器的輸輸出范圍[umin，umax]，將那些因因控制器飽飽和而未能能執(zhí)行的增增量控制信信號(hào)Δu(k)積累累起起來來，，一一旦旦控控制制器器退退出出飽飽和和，，立立即即補(bǔ)補(bǔ)充充執(zhí)執(zhí)行行這這些些未未能能執(zhí)執(zhí)行行的的增增量量控控制制信信號(hào)號(hào)ΔΔu(k)。35積分分項(xiàng)項(xiàng)的的改改進(jìn)進(jìn)積分分分分離離法法在e(k)較大大時(shí)時(shí)段段，，取取消消積積分分控控制制作作用用，，而而在在e(k)較小小的的時(shí)時(shí)段段，，投投入入積積分分控控制制作作用用。。逾限限削削弱弱積積分分法法在計(jì)計(jì)算算u(k)前，，先先判判斷斷先先前前一一次次的的控控制制信信號(hào)號(hào)u(k－1)是否否逾逾限限，，若若u(k－1)已逾逾限限，，應(yīng)應(yīng)判判斷斷逾逾上上限限還還是是逾逾下下限限，，再再判判斷斷偏偏差差是是正正還還是是負(fù)負(fù)，，采采用用以以下下策策略略若u(k－1)≥≥umax，但但e(k)＜0，積積分分可可減減小小e(k)；若u(k－1)≥≥umax，而而e(k)＞0，取取消消積積分分；；若u(k－1)≤≤umin，但但e(k)＞0，積積分分可可減減小小e(k)；若u(k－1)≤≤umin，而而e(k)＜0，取取消消積積分分。。36微分分項(xiàng)項(xiàng)的的改改進(jìn)進(jìn)不完完全全微微分分法法在PID控制制器器輸輸出出端端串串聯(lián)聯(lián)一一個(gè)個(gè)一一階階慣慣性性環(huán)環(huán)節(jié)節(jié)。。一一階階慣慣性性環(huán)環(huán)節(jié)節(jié)的的低低通通濾濾波波作作用用可可以以濾濾除除高高頻頻信信號(hào)號(hào)，，僅僅允允許許低低頻頻信信號(hào)號(hào)通通過過。。微分先行法在被控量y(t)進(jìn)入比較環(huán)節(jié)節(jié)之前先單獨(dú)獨(dú)對(duì)y(t)求微分，不至至于計(jì)算出很很大的變化率率dy(t)/dt。不對(duì)偏差e(t)求微分，也就就是不對(duì)設(shè)定定信號(hào)r(t)求微分。這對(duì)對(duì)于設(shè)定值r(t)頻繁大幅度改改變的系統(tǒng)，，可以顯著地地改善動(dòng)態(tài)品品質(zhì)。37不完全微分法法當(dāng)一個(gè)短時(shí)快快速變化的偏偏差發(fā)生期間間，微分控制制幅度先急劇劇增大，隨后后又急劇減小小，信號(hào)u'(t)中含有豐富的的高頻成分。。信號(hào)u'(t)的高頻成分被被一階慣性環(huán)環(huán)節(jié)濾除，這這樣u(t)中的微分控制制作用可以適適中而且持續(xù)續(xù)。這種辦法法稱為不完全全微分法。38微分先行法在被控量y(t)進(jìn)入比較環(huán)節(jié)節(jié)之前先單獨(dú)獨(dú)對(duì)y(t)求微分，不至至于計(jì)算出很很大的變化率率dy(t)/dt。不對(duì)偏差e(t)求微分，也就就是不對(duì)設(shè)定定信號(hào)r(t)求微分。這對(duì)對(duì)于設(shè)定值r(t)頻繁大幅度改改變的系統(tǒng)，，可以顯著地地改善動(dòng)態(tài)品品質(zhì)。3913.7智能能型自適應(yīng)PID控制智能(或仿智智能)型PID控制器的的重要優(yōu)點(diǎn)是是不需要在線線辨識(shí)被控系系統(tǒng)的精確模模型，對(duì)系統(tǒng)統(tǒng)的階數(shù)沒有有限制，又能能進(jìn)行比較精精確的在線控控制。該方法法的核心是：：根據(jù)控制器器輸入信號(hào)(即系統(tǒng)誤差差)的大小、、方向及變化化趨勢(shì)等特征征而作出相應(yīng)應(yīng)決策，選擇擇適當(dāng)?shù)哪Ｊ绞竭M(jìn)行控制。。20世紀(jì)60年代中期，，一些學(xué)者把把人工智能技技術(shù)引進(jìn)控制制系統(tǒng)，傅京京孫教授首先先題出“人工工智能控制””的概念，1967年首首次正式使用用“智能控制制”一詞。40二模式PID二模式(即開開關(guān)模式與PID模式)PID控制制的控制效果果比起普通PID控制來來有較大的改改進(jìn)。二模式PID的兩種種控制模式式是根據(jù)兩兩種不同的的條件來確確定的，也也是一種控控制規(guī)則。。：1）如果滿滿足|e(n)|>M1的條件，則則采用開關(guān)關(guān)模式進(jìn)行行控制（非非線性控制制），使誤誤差迅速減減小；2）如果誤誤差趨勢(shì)增增大，則加加大控制量量以便迅速速糾正偏差差，此時(shí)應(yīng)應(yīng)采用比例例模式；3）如果誤誤差經(jīng)過極極值而減小小，則減小小控制量，，采用保持持模式2；；4）如果誤誤差為零或或很?。ㄔ谠谠试S的誤誤差帶內(nèi)）），系統(tǒng)已已處于平衡衡狀態(tài)，則則保持原有有的控制輸輸出，即保保持模式1。41二模式PID這種控制算算法既有IF……THEN………這種人人工智能的的推理邏輯輯運(yùn)算，又又有等數(shù)學(xué)的解解析運(yùn)算，，控制功能能早就超出出了一般的的PID控控制規(guī)律的的范圍，充充分發(fā)揮了了計(jì)算機(jī)速速度快、精精度高、存存儲(chǔ)信息容容量大和邏邏輯判斷功功能強(qiáng)的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)。從中仍可以以看到常規(guī)PID控制中的的思想：除除比例模式式外，保持持模式具有有類積分的的功能；在在判斷中用用誤差的差差分含有對(duì)對(duì)誤差微分分的作用。因此雖然其其內(nèi)容和形形式都遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了常常規(guī)PID調(diào)節(jié)器的的范圍，仍仍采用了(智能)PID的名名稱。42PID得到到廣泛應(yīng)用用的根本原原因PID控制制有能力對(duì)對(duì)閉環(huán)傳遞遞函數(shù)產(chǎn)生生影響，通通過極點(diǎn)的的配置實(shí)現(xiàn)現(xiàn)滿意的系系統(tǒng)響應(yīng)。。由PID控控制器的傳傳遞函數(shù)發(fā)發(fā)現(xiàn)，PID控制規(guī)規(guī)律除可使使系統(tǒng)的精精度增加以以外，還能能提供兩個(gè)個(gè)負(fù)實(shí)數(shù)零零點(diǎn)。這與與PI控制制規(guī)律相比比較，除了了保持提高高系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)態(tài)性能的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)外，由由于多提供供一個(gè)負(fù)實(shí)實(shí)數(shù)零點(diǎn)，，所以在提提高系統(tǒng)動(dòng)動(dòng)態(tài)性能方方面具有更更大的優(yōu)越越性，這便便是PID控制規(guī)律律在控制系系統(tǒng)中得到到廣泛應(yīng)用用的根本原原因所在。。43經(jīng)典控制和和現(xiàn)代控制制理論與智智能控制的的對(duì)比與智能控制制相比，經(jīng)經(jīng)典控制和和現(xiàn)代控制制理論著力力研究被控控對(duì)象而不不是控制器器，它們要要求能夠在在常規(guī)理論論規(guī)定的框框架下，用用數(shù)學(xué)模型型嚴(yán)格模擬擬被控對(duì)象象，其控制制能力依賴賴被控對(duì)象象數(shù)學(xué)模型型的精確程程度，因此此，難以適適應(yīng)系統(tǒng)復(fù)復(fù)雜性增加加的需要。。智能控制是是以知識(shí)表表示的非數(shù)數(shù)學(xué)廣義模模型和傳統(tǒng)統(tǒng)的數(shù)學(xué)模模型表示相相結(jié)合的混混合控制理理論，為解解決那些用用傳統(tǒng)的方方法難以解解決的復(fù)雜雜系統(tǒng)的控控制問題提提供了新的的更有效的的方法。44自動(dòng)控制的的發(fā)展過程程隨著科學(xué)技技術(shù)的發(fā)展展，對(duì)自動(dòng)動(dòng)化設(shè)備性性能的要求求越來越高高。控制理理論也相應(yīng)應(yīng)由經(jīng)典、、現(xiàn)代控制制發(fā)展到智智能控制。。4513.8模模糊控制制器及其特特點(diǎn)經(jīng)典控制理理論的發(fā)展展及其應(yīng)用用經(jīng)典控制理理論在20世紀(jì)50年代已經(jīng)經(jīng)達(dá)到相當(dāng)當(dāng)成熟的程程度，與此此相應(yīng)而發(fā)發(fā)展起來的的控制器以以PID調(diào)調(diào)節(jié)器為代代表。按偏差的比比例、積分分和微分控控制是過程程控制中應(yīng)應(yīng)用最廣泛泛的一種控控制率。實(shí)實(shí)際使用經(jīng)經(jīng)驗(yàn)及理論論分析充分分證明，這這種控制率率在對(duì)相當(dāng)當(dāng)多的工業(yè)業(yè)對(duì)象進(jìn)行行控制時(shí)能能夠得到較較滿意的結(jié)結(jié)果。但PID控控制也受到到一些限制制，如PID控制要要求被控系系統(tǒng)模型在在控制過程程中保持不不變，并且且為了滿足足控制系統(tǒng)統(tǒng)的性能要要求，最好好應(yīng)求出各各個(gè)組成部部分的數(shù)學(xué)學(xué)模型。此此外，PID控制器器只能用于于固定參數(shù)數(shù)的系統(tǒng)，，且在某一一條件能達(dá)達(dá)到穩(wěn)定的的系統(tǒng)可能能在另一種種操作條件件下完全無無法使用。。46經(jīng)典和現(xiàn)代代控制理論論的發(fā)展及及其應(yīng)用最優(yōu)控制用用狀態(tài)變量量對(duì)系統(tǒng)進(jìn)進(jìn)行了完全全的描述。。由于采用用了狀態(tài)反反饋，比起起經(jīng)典控制制理論中采采用的輸出出反饋方法法能得到更更多的系統(tǒng)統(tǒng)信息，因因此使系統(tǒng)統(tǒng)的響應(yīng)更更快，控制制品質(zhì)最優(yōu)優(yōu)。但實(shí)際系統(tǒng)統(tǒng)中的有些些狀態(tài)是很很難觀測(cè)的的，因此要要設(shè)計(jì)相應(yīng)應(yīng)的狀態(tài)觀觀測(cè)器。47經(jīng)典和現(xiàn)代代控制理論論的發(fā)展及及其應(yīng)用自適應(yīng)控制制在一定程程度上解決決了非線性性和時(shí)變問問題，但它它要求在控控制過程中中獲得較多多的有關(guān)系系統(tǒng)信息。。但證明一種種算法比其其它算法更更優(yōu)是一大大課題，建建立算法的的收斂條件件也是一個(gè)個(gè)難點(diǎn)。所所有這些問問題可以歸歸結(jié)為一點(diǎn)點(diǎn)：自適應(yīng)應(yīng)控制的計(jì)計(jì)算量大、、算法復(fù)雜雜。一些文獻(xiàn)中中的試驗(yàn)表表明：在對(duì)對(duì)確定性信信號(hào)（即不不滿足持續(xù)續(xù)激勵(lì)條件件）進(jìn)行跟跟隨控制時(shí)時(shí)，自適應(yīng)應(yīng)控制方法法較PID控制方法法的效果要要差；在負(fù)負(fù)載階躍擾擾動(dòng)下，自自適應(yīng)控制制的效果也也較PID控制要差差。48經(jīng)典和現(xiàn)代代控制理論論的發(fā)展及及其應(yīng)用PID控制制算法簡(jiǎn)單單、所用存存貯量少，，計(jì)算量小小，占用嵌嵌入式微處處理器的資資源少，但但要解決參參數(shù)自適應(yīng)應(yīng)的問題；；自適應(yīng)控制制雖能解決決參數(shù)變化化的問題，，但算法復(fù)復(fù)雜、計(jì)算算量大，需需有很高的的運(yùn)算速度度和很大的的存貯容量量，這是大大多嵌入式式微處理器器較難滿足足的。49模糊控制理理論的發(fā)展展及其應(yīng)用用自從美國(guó)控控制理論專專家查德(L.A.Zadeh)教授1965年關(guān)關(guān)于模糊集集合的論文文發(fā)表以來來，模糊數(shù)數(shù)學(xué)及模糊糊控制理論論的應(yīng)用越越來越廣泛泛。模糊控制方方法的主要要優(yōu)點(diǎn)是它它不需要對(duì)對(duì)被控系統(tǒng)統(tǒng)有十分精精確的了解解，而主要要把注意力力放在控制制器的設(shè)計(jì)計(jì)上。模糊控制的的本質(zhì)是非非線性的，，因此對(duì)一一些不易獲獲取精確數(shù)數(shù)學(xué)模型的的系統(tǒng)或過過程及非線線性系統(tǒng)來來說，采用用模糊控制制的方法可可以得到用用常規(guī)控制制方法難以以取得的效效果。50模糊控制理理論的發(fā)展展及其應(yīng)用用在經(jīng)典控制制理論中，，我們靠微微分方程(Equations)來獲獲取系統(tǒng)的的有關(guān)知識(shí)識(shí)；在模糊糊控制理論論中，靠經(jīng)經(jīng)驗(yàn)(Experience)來獲取取系統(tǒng)的有有關(guān)知識(shí)；；而以神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為代代表的其它它智能控制制方法則是是根據(jù)事例例(Examples)、通通過學(xué)習(xí)來來獲取系統(tǒng)統(tǒng)的有關(guān)知知識(shí)。模糊控制制和其它它人工智智能方法法常常結(jié)結(jié)合在一一起使用用，因此此對(duì)系統(tǒng)統(tǒng)有關(guān)知知識(shí)的獲獲取，也也是根據(jù)據(jù)事例并并結(jié)合經(jīng)經(jīng)驗(yàn)得到到的。51模糊量及及模糊控控制如果采用用模糊控控制的方方法對(duì)某某個(gè)液壓壓系統(tǒng)的的流量進(jìn)進(jìn)行控制制：首先先可以測(cè)測(cè)定一下下輸入（（如閥的的開口量量）和輸輸出（如如流量））的范圍圍（即所所謂的““論域””），由由于人經(jīng)經(jīng)常將相相比較的的同類事事物分為為三個(gè)等等級(jí)，如如溫度分分為高、、中、低低，速度度分為快快、中、、慢等。。對(duì)系統(tǒng)統(tǒng)的偏差差也可分分為大、、中、小小這樣三三個(gè)等級(jí)級(jí)。這樣樣，當(dāng)系系統(tǒng)的流流量偏離離了目標(biāo)標(biāo)值時(shí)，，根據(jù)偏偏差的大大小，相相應(yīng)地調(diào)調(diào)節(jié)閥門門（大或或?。┚途涂梢允故沽髁口呞呄蚰繕?biāo)標(biāo)值。上述的大和小小、快和慢不不是用數(shù)值、、而是用語言言來描述的，，它們之間的的邊界并不清清晰。因?yàn)槿巳说恼Z言具有有很大的模糊糊性，所以這這些量被稱為為模糊變量。。52模糊量及模糊糊控制模糊控制不需需要系統(tǒng)精確確的數(shù)學(xué)模型型，而只需根根據(jù)人的經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)，組成一些些控制規(guī)則就就能進(jìn)行有效效的控制。我們知道，人在解決實(shí)際際問題時(shí)經(jīng)常常是只求滿意意解，而不求求最優(yōu)解。對(duì)于那些難以以獲得數(shù)學(xué)模模型或模型非非常粗略的工工業(yè)系統(tǒng)，仍仍然是以人的的操作經(jīng)驗(yàn)為為基礎(chǔ)，進(jìn)行行人工控制。。而在人的思思維、語言及及信息處理中中，表現(xiàn)出許許多模糊概念念，可見對(duì)一一些不清晰的的系統(tǒng)，就是是要把模糊信信息綜合起來來加以分析。。用模糊數(shù)學(xué)理理論與計(jì)算機(jī)機(jī)技術(shù)相結(jié)合合的方法，設(shè)設(shè)計(jì)成模糊控控制器，來代代替有經(jīng)驗(yàn)的的操作者的人人工控制，以以實(shí)現(xiàn)工業(yè)過過程的智能控控制。53模糊集合和隸隸屬函數(shù)的概概念在康托（Contor）創(chuàng)立的集合論中，論域中的的任一元素，，要么屬于某某個(gè)集合，要要么不屬于某某個(gè)集合。若若元素x∈A，則其特征函函數(shù)XA(x)=1，若，，則XA(x)=0。如左左圖所示。查德(L.A.Zadeh)教授首次提出出了模糊集(FuzzySets)的概念，他把把模糊集合的的特征函數(shù)稱稱為“隸屬函函數(shù)”（它在在[0,1]閉區(qū)間里連連續(xù)取值），，某個(gè)元素x隸屬于某一模模糊集合A的程度可用它它的隸屬函數(shù)數(shù)來表示。如如右圖所示。。54模糊集合和隸隸屬函數(shù)的概概念就一個(gè)人的年年齡來說，用用特征函數(shù)的的概念，可以以說或者是年年青人，或者者不是年青人人。而用隸屬屬函數(shù)的概念念，則可以說說他“年青””、“不太年年青”、“不不年青”等，，如果我們考考慮具體問題題的范圍論域域?yàn)椋篣={x1,x2,x3,x4,x5}={40,60,25,28.5,32}模糊集合A表表示年青人的的集合，則隸隸屬函數(shù)55模糊集合和隸隸屬函數(shù)的概概念采用查德表示示法描述上述述的年齡問題題：A=0.2/x1＋0/x2＋1/x3＋0.8/x4＋0.34/x5式中，“＋””表示列舉，，xi表示模糊集合合的元素，0.2,0,1,0.8,0.34表表示相應(yīng)元素素的隸屬度，，則有：則我們說x1不太年青，x2不年青，x3年青，……等等。56模糊集合和隸隸屬函數(shù)的概概念對(duì)于一個(gè)控制制系統(tǒng)來說，，輸出誤差E可用同樣的方方法來表示。。通常在控制制時(shí)不僅要考慮到到誤差E的模糊子集，，而且常常要要考慮誤差變變化率C=dE/dt的模糊子集。系統(tǒng)的給定值值和系統(tǒng)的輸輸出經(jīng)過比較較環(huán)節(jié)后得到到系統(tǒng)的偏差差E，由偏差E可求出偏差的的變化率C。在此，E和C都是精確量。。由于在日常生生活中，人們們習(xí)慣于把相相比較的同類類事物分為三三個(gè)等級(jí)，如如高、中、低低；大、中、、小；快、中中、慢等，所所以我們把把偏差差E和偏差差變化化率C也分為為三級(jí)級(jí)。因此，，偏差差和偏偏差變變化率率可以以從一一個(gè)精精確量量轉(zhuǎn)化化成如如“偏偏差大大”或或“偏偏差小小”這這樣的的語言言變量量。57模糊集集合和和隸屬屬函數(shù)數(shù)的概概念——實(shí)實(shí)例如果我我們觀觀察到到偏差差E的實(shí)際際變化化范圍圍在[a,b]之間間，可可以通通過變變換式式把在[a,b]區(qū)間間變化化的e轉(zhuǎn)化為為在[-6,+6]之之間變變化的的E。再將在在[-6,+6]之間間連續(xù)續(xù)變化化的E分為如如下8檔：：正大(PL)───+6附近近正中(PM)───+4附近近正小(PS)───+2附近近正零(PO)───比比零零稍大大負(fù)零(NO)───比比零零稍小小負(fù)小(NS)───-2附近近負(fù)中(NM)───-4附近近負(fù)大(NL)───-6附近近58模糊集集合和和隸屬屬函數(shù)數(shù)的概概念——實(shí)實(shí)例偏差E模糊子子集表表59模糊集集合和和隸屬屬函數(shù)數(shù)的概概念——實(shí)實(shí)例用查德德表示示法表表示偏偏差的的某個(gè)個(gè)模糊糊子集集(如如偏差差的負(fù)負(fù)大)，可可寫成成：E1=1/-6+0.8/-5+0.4/-4+0.1/-3+0/-2+0/-1+0/-0+0/1+0/2+0/3+0/4+0/5+0/6比起用用數(shù)學(xué)學(xué)解析析表達(dá)達(dá)式建建立系系統(tǒng)的的模型型來說說，用語言言變量量來描描述一一個(gè)系系統(tǒng)，，對(duì)任任何人人都很很容易易理解解，不不需要要對(duì)某某個(gè)系系統(tǒng)有有高深深的理理論知知識(shí)，，但確確定這這些語語言變變量相相對(duì)應(yīng)應(yīng)的模模糊子子集的的隸屬屬度卻卻要根根據(jù)經(jīng)經(jīng)驗(yàn)來來完成成?！按蟠蟆焙秃汀靶⌒　本烤烤谷∪《嗌偕僮詈虾线m，，有時(shí)時(shí)需要要多次次調(diào)整整才能能得到到滿意意的效效果。。60模糊集集合和和隸屬屬函數(shù)數(shù)的概概念——實(shí)實(shí)例偏差變變化率率C模糊子子集表表61模糊集合合和隸屬屬函數(shù)的的概念——實(shí)例例控制輸出出u模糊子集集表6213.9模糊糊控制器器的設(shè)計(jì)計(jì)模糊控制制器的設(shè)設(shè)計(jì)需要要解決以以下三個(gè)個(gè)方面的的問題：：精確量的的模糊化化；模糊控制制規(guī)則的的構(gòu)成；；輸出信息息的模糊糊判決。。63精確量的的模糊化化對(duì)一個(gè)實(shí)實(shí)際系統(tǒng)統(tǒng)來說，，如果觀觀察到它它的偏差差e在[a，，b]之之間連續(xù)續(xù)地變化化，而我我們希望望把偏差差e分為大、、中、小小和零這這樣幾檔檔，則可可以通過過變換式式把在[a,b]之間連連續(xù)變化化的精確確量e轉(zhuǎn)化為在在[-6,+6]之間間變化的的模糊量量E，其中：正大(PL)───+6附近近正中(PM)───+4附近近正小(PS)───+2附近近正零(PO)───比比零稍大大負(fù)零(NO)───比比零稍小小負(fù)小(NS)───-2附近近負(fù)中(NM)───-4附近近負(fù)大(NL)───-6附近近64模糊控制制規(guī)則的的構(gòu)成最常用的的模糊控控制器是是兩維輸輸入、一一維輸出出的，如如圖所示示。該控制器器的語言言規(guī)則為為：如果果偏差為為E且偏差變變化率為為C則進(jìn)行控控制操作作U，或?qū)懗沙桑篒FEANDCTHENU65模糊控制制規(guī)則的的構(gòu)成在經(jīng)典控控制理論論中，通通過系統(tǒng)統(tǒng)的輸入入和輸出出可以求求得系統(tǒng)統(tǒng)的傳遞遞函數(shù)，，而在模模糊控制制理論中中，通過過系統(tǒng)的的輸入輸輸出可以以求得系系統(tǒng)的模模糊關(guān)系系。如：已知知系統(tǒng)的的偏差控制量則與這條條規(guī)則相相對(duì)應(yīng)的的模糊關(guān)關(guān)系是一一個(gè)二維維的模糊糊集，被被定義為為66模糊控制制規(guī)則的的構(gòu)成具體算法法如下式中，運(yùn)運(yùn)算符““””表示示“交””，即在在上述運(yùn)運(yùn)算中取取較小的的數(shù)。67模糊控制制規(guī)則的的構(gòu)成若模糊關(guān)系系R已知，當(dāng)偏偏差為時(shí)，則控制制量=(0.8,0.8,0.5,0)即68模糊控制規(guī)規(guī)則的構(gòu)成成最常用的模模糊控制器器是二維的的，其語言言推理式為為IFE=EiANDC=CjTHENU=Uiji=1,2,...,mj=1,2,...,n其中，Ei，Cj與Uij分別為定義義在X，Y，Z上的模糊集集。這些模糊條條件語句可可歸結(jié)為一一個(gè)模糊關(guān)關(guān)系R，即即根據(jù)模糊數(shù)數(shù)學(xué)的理論論，運(yùn)算符符“””的含義義由下式定定義69模糊控制規(guī)規(guī)則的構(gòu)成成如果偏差、、偏差變化化率分別取取E和C，根據(jù)模糊糊推理和成成規(guī)則，輸輸出的控制制量應(yīng)當(dāng)是是模糊集U即這樣，若已已知E、C和輸出控制制量U，可以根據(jù)據(jù)式求出模糊關(guān)關(guān)系R；反之，若已已知系統(tǒng)的的模糊關(guān)系系，則可以以根據(jù)系統(tǒng)統(tǒng)的輸入E和C求出輸出控控制量U。70模糊控制規(guī)規(guī)則的構(gòu)成成通常，對(duì)一一個(gè)工業(yè)過過程可以總總結(jié)出許多多條規(guī)則：：IFE1ANDC1THENU11IFE1ANDC2THENU12…IFEiANDCjTHENUij…對(duì)任何一條條規(guī)則都可可以推出相相應(yīng)的模糊糊關(guān)系，即即：R1，R2，……，Rn，因此系統(tǒng)統(tǒng)總的控制制規(guī)則為71模糊控制規(guī)規(guī)則的構(gòu)成成系統(tǒng)的偏差差E、偏差變化化率C和控制量U之間的模糊糊關(guān)系R可以用下表表來表示。。72模糊糊控控制制規(guī)規(guī)則則的的構(gòu)構(gòu)成成模糊糊控控制制規(guī)規(guī)則則的的調(diào)調(diào)整整從從模模糊糊控控制制誕誕生生之之日日就就使使人人們們對(duì)對(duì)它它產(chǎn)產(chǎn)生生了了廣廣泛泛的的興興趣趣，，有有的的文文獻(xiàn)獻(xiàn)介介紹紹了了一一些些調(diào)調(diào)整整的的方方法法，，然然而而這這些些調(diào)調(diào)整整方方法法都都是是根根據(jù)據(jù)操操作作人人員員的的經(jīng)經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)進(jìn)進(jìn)行行的的，，通通用用性性較較差差，，只只能能是是專專用用的的模模糊糊控控制制器器。。還有有的的文文獻(xiàn)獻(xiàn)為為模模糊糊控控制制規(guī)規(guī)則則的的自自調(diào)調(diào)整整問問題題奠奠定定了了必必要要的的理理論論基基礎(chǔ)礎(chǔ)，，并并提提出出了了一一種種有有效效而而又又簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的的方方法法，，具具體體作作法法如如下下：：73模糊糊控控制制規(guī)規(guī)則則的的構(gòu)構(gòu)成成關(guān)于于運(yùn)運(yùn)算算符符<··>的的說說明明：：用用<A>表表示示一一個(gè)個(gè)與與A符符號(hào)號(hào)相相同同而而其其絕絕對(duì)對(duì)值值是是大大于于或或等等于于|A|的的最最小小整整數(shù)數(shù)，，例例如如：：<0>=0<0.5>=1<-0.5>=-1<1>=1<-1>=-1<1.5>=2<-1.5=>-2………采用用一一種種帶帶修修正正因因子子的的控控制制規(guī)規(guī)則則：：式中中，，α是介介于于0,1之之間間的的實(shí)實(shí)數(shù)數(shù)很明明顯顯，，只只要要調(diào)調(diào)整整系系數(shù)數(shù)α，就就可可以以對(duì)對(duì)控控制制規(guī)規(guī)則則進(jìn)進(jìn)行行修修正正。。74模糊糊控控制制規(guī)規(guī)則則的的構(gòu)構(gòu)成成以α作為為調(diào)調(diào)整整參參數(shù)數(shù)不不僅僅簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單易易行行，，而而且且物物理理意意義義也也是是很很明明顯顯的的，，它它直直接接表表示示對(duì)對(duì)偏偏差差E和偏偏差差變變化化率率C的加加權(quán)權(quán)程程度度。。在被被控控對(duì)對(duì)象象的的階階次次較較高高時(shí)時(shí)，，對(duì)對(duì)偏偏差差變變化化率率C的加加權(quán)權(quán)值值就就應(yīng)應(yīng)該該大大于于對(duì)對(duì)偏偏差差E的加加權(quán)權(quán)值值，，因因此此α要取取小小些些；；相反反，，當(dāng)當(dāng)被被控控對(duì)對(duì)象象階階次次較較低低時(shí)時(shí)，，對(duì)對(duì)偏偏差差變變化化率率C的加加權(quán)權(quán)值值應(yīng)應(yīng)小小于于對(duì)對(duì)偏偏差差E的加加權(quán)權(quán)值值，，即即α要取取大大些些。。這這種種方方法法克克服服了了單單憑憑經(jīng)經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)來來選選擇擇控控制制規(guī)規(guī)則則的的缺缺陷陷，，是是合合理理并并可可行行的的。。75輸出出信信息息的的模模糊糊判判決決模糊糊控控制制的的輸輸出出是是一一個(gè)個(gè)模模糊糊子子集集，，它它反反應(yīng)應(yīng)的的是是不不同同控控制制語語言言所所取取值值的的一一種種組組合合。。但對(duì)對(duì)一一個(gè)個(gè)實(shí)實(shí)際際系系統(tǒng)統(tǒng)來來說說，，被被控控對(duì)對(duì)象象只只能能夠夠接接受受一一個(gè)個(gè)控控制制量量，，這這就就需需要要從從輸輸出出的的模模糊糊子子集集判判決決出出一一個(gè)個(gè)控控制制量量。。即即要要推推導(dǎo)導(dǎo)出出一個(gè)個(gè)由由模模糊糊集集合合到到普普通通集集合合的的映映射射，，這這個(gè)個(gè)映映射射通通常常被被稱稱為為模模糊糊判判決決，只只有有通通過過判判決決才才能能得得到到控控制制量量的的精精確確值值。。一種種常常用用的的方方法法是是最大大隸隸屬屬度度法法。即即在在要要判判決決的的模模糊糊子子集集Ui中取取隸隸屬屬度度最最大大的的元元素素umax作為為執(zhí)執(zhí)行行量量。。這這種種方方法法雖雖然然簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單，，但但它它所所概概括括的的信信息息量量太太少少。。76輸出出信信息息的的模模糊糊判判決決按最大大隸隸屬屬度度的原原則則，，應(yīng)應(yīng)滿滿足足：：這樣做完完全排除除了其他他一切隸隸屬度較較小元素素的影響響和作用用，并且且為了