模糊pid控制論文

模糊控制的概述及模糊控制在污水處理中的應(yīng)用摘要：模糊控制技術(shù)對(duì)工業(yè)自動(dòng)化的進(jìn)程有著極大地推動(dòng)作用，本文簡(jiǎn)要講述了模糊控制的定義、特點(diǎn)、原理和應(yīng)用，簡(jiǎn)介模糊控制在污水處理中的應(yīng)用。并講訴了模糊控制的發(fā)展。關(guān)鍵詞:模糊控制；污水處理。1引言傳統(tǒng)的自動(dòng)控制控制器的綜合設(shè)計(jì)都要建立在被控對(duì)象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型 （即傳遞函數(shù)模型或狀態(tài)空間模型）的基礎(chǔ)上，但是在實(shí)際中，很多系統(tǒng)的影響因素很多，油氣混合過(guò)程、缸內(nèi)燃燒過(guò)程等），很難找出精確的數(shù)學(xué)模型。這種情況下，模糊控制的誕生就顯得意義重大。因?yàn)槟：刂撇挥媒?shù)學(xué)模型不需要預(yù)先知道過(guò)程精確的數(shù)學(xué)模型。2概述劉金琨在《智能控制》教材里提到模糊控制的定義和特點(diǎn)：2.1定義：從廣義上，可將模糊控制定義為： “以模糊集合理論、模糊語(yǔ)言變量及模糊推理為基礎(chǔ)的一類(lèi)控制方法”，或定義為：“采用模糊集合理論和模糊邏輯， 并同傳統(tǒng)的控制理論相結(jié)合，模擬人的思維方式，對(duì)難以建立數(shù)學(xué)模型的對(duì)象實(shí)施所謂一種控制方法” 。①2.2模糊控制的特點(diǎn)（1） 模糊控制不需要被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。模糊控制是以人對(duì)被控對(duì)象的控制經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)而設(shè)計(jì)的控制器，故無(wú)須知道被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。（2） 模糊控制是反映人類(lèi)智慧的智能控制方法。模糊控制采用人類(lèi)思維中的模糊量，如“高”，“中”、“低”、“大”、“小”等，空置量由模糊推理導(dǎo)出。這些模糊量是人類(lèi)智能活動(dòng)的體現(xiàn)。（3） 模糊控制已被人們接受。模糊控制的核心是控制規(guī)則，模糊規(guī)則是用語(yǔ)言來(lái)表示的。（4） 構(gòu)造容易。模糊控制規(guī)則易于軟件實(shí)現(xiàn)。（5） 魯棒性和適應(yīng)性好。2.3模糊控制的原理程武山編著的《智能控制理論與應(yīng)用》介紹了模糊控制的原理：模糊控制是以模糊集理論、模糊語(yǔ)言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種智能控制方法， 它是從行為上模仿人的模糊推理和決策過(guò)程的一種智能控制方法。 該方法首先將操作人員或?qū)＜医?jīng)驗(yàn)編成模糊規(guī)則， [2]然后將來(lái)自傳感器的實(shí)時(shí)信號(hào)模糊化， 將模糊化后的信號(hào)作為模糊規(guī)則的輸入， 完成模糊推理，將推理后得到的輸出量加到執(zhí)行器上。2.4模糊控制器模糊控制器一般由模糊化、模糊知識(shí)庫(kù)、模糊推理機(jī)和去模糊4部分組成。輸入變量為誤差e和誤差變化率ec，輸出變量為實(shí)際系統(tǒng)所需要的變量，其控制原理是：首先將實(shí)際測(cè)得的精確量e和ec通過(guò)模糊化變換成模糊量，再根據(jù)由大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)得出的模糊知識(shí)庫(kù)把模糊輸入量進(jìn)行模糊推理得到相應(yīng)的模糊控制量， 經(jīng)模糊判決將模糊控制量轉(zhuǎn)化為精確控制量輸出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)控制量的控制。模糊控制器（FuzzyController—FC）也稱(chēng)為模糊邏輯控制器（FuzzyLogicController—FLC）,由于所采用的模糊控制規(guī)則是由模糊理論中模糊條件語(yǔ)句來(lái)描述的， 因此模糊控制器是一種語(yǔ)言型控制器，故也稱(chēng)為模糊語(yǔ)言控制器（FuzzyLanguageController—FLC）。在確定性控制系統(tǒng)中，根據(jù)輸入變量和輸出變量的個(gè)數(shù)，可分為單變量控制系統(tǒng)和多變量控制系統(tǒng)。在模糊控制系統(tǒng)中也可類(lèi)似地劃分為單變量模糊控制和多變量模糊控制。劉金琨在《智能控制》里介紹模糊控制的結(jié)構(gòu):(1)單變量模糊控制器在單變量模糊控制器（SingleVariableFuzzyController—SVFC中，將其輸入變量的個(gè)數(shù)定義為模糊控制的維數(shù)。a、 一維模糊控制器一維模糊控制器的輸入變量往往選擇為受控量和輸入給定的偏差量 E。由于僅僅采用偏差值，很難反映過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性品質(zhì)， 因此，所能獲得的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能是不能令人滿(mǎn)意的。這種一維模糊控制器往往被用于一階被控對(duì)象。二維模糊控制器二維模糊控制器的兩個(gè)輸入變量基本上都選用受控變量和輸入給定的偏差 E和偏差變化EC由于它們能夠較嚴(yán)格地反映受控過(guò)程中輸出變量的動(dòng)態(tài)特性， 因此，在控制效果上要比一維控制器好得多，也是目前采用較廣泛的一類(lèi)模糊控制器。C三維模糊控制器三維模糊控制器的三個(gè)輸入變量分別為系統(tǒng)偏差量 E、偏差變化量EC和偏差變化的變化率ECC由于這些模糊控制器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，推理運(yùn)算時(shí)間長(zhǎng)，因此除非對(duì)動(dòng)態(tài)特性的要求特別高的場(chǎng)合，一般較少選用三維模糊控制器。（2）多變量模糊控制器一個(gè)多變量模糊控制器（MultipleVariableFuzzyController）系統(tǒng)所采用的模糊控制器，具有多變量結(jié)構(gòu)，稱(chēng)之為多變量模糊控制器。要直接設(shè)計(jì)一個(gè)多變量模糊控制器是相當(dāng)困難的，可利用模糊控制器本身的解耦特點(diǎn)，通過(guò)模糊關(guān)系方程求解，在控制器結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)解耦，即將一個(gè)多輸入 -多輸出（MIMO的模糊控制器，分解成若干個(gè)多輸入-單輸出（MISO的模糊控制器，這樣可采用單變量?？刂破鞣椒ㄔO(shè)計(jì)。3模糊控制在污水處理中的應(yīng)用模糊控制作為智能領(lǐng)域中最具有實(shí)際意義的一種控制方法，已經(jīng)滲入到工業(yè)控制領(lǐng)域、家用電器自動(dòng)化領(lǐng)域和玩具等多個(gè)行業(yè)。 例如：模糊電視機(jī)、模糊空調(diào)、用模糊控制控制室溫、洗衣機(jī)、用模糊控制處理污水等。左堃在《基于模糊推理的智能控制器及其應(yīng)用》 中介紹了模糊控制的基本思想、 模糊控制器的基本結(jié)構(gòu)，主要介紹了模糊控制器在全自動(dòng)洗衣機(jī)中的應(yīng)用。 [3]該文章詳細(xì)的介紹了洗衣機(jī)的構(gòu)成，洗衣機(jī)模糊控制的規(guī)則，對(duì)污漬的處理進(jìn)行了一個(gè)詳細(xì)的介紹， 讓我們明白了模糊控制在洗衣機(jī)中的應(yīng)用過(guò)程和實(shí)現(xiàn)污水處理的原理。王先路、謝源等在2002年自動(dòng)化與儀器發(fā)表的 《模糊控制在污水處理中的應(yīng)用》 中在高純氧活性淤泥法中采用模糊控制對(duì)出水懸浮物進(jìn)行預(yù)測(cè)和控制的動(dòng)態(tài)活性淤泥法模糊控制。這種方法，既能防止能量浪費(fèi)，又能避免 DO（溶解氧濃度）不足，以溶解氧作為 SBR（序批式活性污泥）法模糊控制對(duì)象， ⑷可以準(zhǔn)確地反映污水水質(zhì)的變化，合理控制曝氣量，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。陳金紅、白瑞祥2009年4月在《模糊控制在工業(yè)污水處理過(guò)程中的應(yīng)用》中設(shè)計(jì)了一種模糊控制方法，介紹了模糊控制器的設(shè)計(jì)，并對(duì)此方案進(jìn)行了 Maflab仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)踐表明，該方案能滿(mǎn)足污水處理過(guò)程中對(duì)CAST池含氧量的控制要求，[5]并具有良好的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。白敏丹、韓紅桂、喬俊飛2009年在《基于遺傳算法的污水處理模糊控制》法結(jié)合模中運(yùn)用遺傳算糊控制的方法設(shè)計(jì)出傳算法優(yōu)化模糊控制器用于污水處理溶解氧的控制，算機(jī)仿真，其實(shí) 并進(jìn)行計(jì)驗(yàn)結(jié)果表明該算法能夠快速、準(zhǔn)確地達(dá)到期望的要求。 [6]陸綺榮、黃福彥、韓東升2010年在《DCS模糊控制的污水處理系統(tǒng)研究》學(xué)需氧中運(yùn)用DC（化量）的SBR虧水處理模糊控制系統(tǒng)，能方便、快捷地完成工業(yè)及生活污水處理。 [7]該系統(tǒng)通過(guò)在線(xiàn)檢測(cè)CO的濃度值來(lái)調(diào)節(jié)曝氣量，以保證出水質(zhì)量，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。王麗娟、張建鋒、王斌2009年在《活性污泥水處理模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》中利用狀態(tài)反饋方法改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，面向系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于修正因子自尋優(yōu)的系統(tǒng)模糊控制器。通過(guò)仿真，結(jié)果表明，和普通的模糊控制器相比，該模糊控制器能夠根據(jù)被控對(duì)象自動(dòng)調(diào)整模糊控制規(guī)則，問(wèn)加快活性污泥水處理系統(tǒng)溶氧濃度響應(yīng)速度，減小調(diào)節(jié)時(shí)間，同時(shí)減小超調(diào)量，滿(mǎn)足控制要求。戴倩、侯燕洪、劉俊杰、王大為、任超2011年在《模糊控制在SBRf水處理中的應(yīng)用》中通過(guò)對(duì)溶解氧的模糊控制，將模糊控制器與PLC相結(jié)合，設(shè)計(jì)出SBf法的模糊控制污水處理系統(tǒng)在經(jīng)過(guò)初步測(cè)試與應(yīng)用中運(yùn)行良好， ⑼并用實(shí)踐證明采用該系統(tǒng)后不僅滿(mǎn)足了污水處理工藝要求，而且污水中CO值比傳統(tǒng)的PID控制下的處理效果更加良好， 同時(shí)降低了操作人員工作強(qiáng)度。衷衛(wèi)聲、沈淑鴻、王文海2011年在《溶解氧模糊控制器的FPG設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》中，根據(jù)污水處理過(guò)程中溶解氧濃度控制和模糊控制的相關(guān)原理， 設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于FPGA勺溶解氧模糊控制器，結(jié)合FPGA實(shí)時(shí)性強(qiáng)和穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，使用 VHD晤言，運(yùn)用查表法的思想，并利用Matlab模糊控制工具箱計(jì)算出溶解氧模糊控制表。 口由仿真結(jié)果表明，該模糊控制器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)溶解氧濃度的實(shí)時(shí)控制。王榮譜、張根寶、王凌燕在2009年《造紙廠污水處理控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》 ［E中提出了一種基于模糊PID的控制方法，完成了溶解氧自適應(yīng)模糊 PID控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，表明該控制系統(tǒng)彌補(bǔ)了常規(guī) PID和單純模糊控制系統(tǒng)的不足，獲得了更好的控制效果。趙金憲、張志強(qiáng)在2011年《模糊自適應(yīng)PID控制在污水處理溶解氧控制中的應(yīng)用》 中針對(duì)污水處理的控制系統(tǒng)的非線(xiàn)性、 大慣性、時(shí)變和難以建立精確模型等難點(diǎn)。 提出將模糊控制的強(qiáng)魯棒性和傳統(tǒng)PID控制的優(yōu)穩(wěn)態(tài)特性相結(jié)合的思路，設(shè)計(jì)了模糊自適應(yīng) PID控制模型?？?］采用自適應(yīng)模糊PID控制，通過(guò)MATLAB仿真結(jié)果表明，污水中溶解氧控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度加快，超調(diào)量減小，具有更好的控制效果，更強(qiáng)的魯棒性和抗干擾性。李國(guó)厚、張偉、陳艷峰在《模糊控制在金礦選廠污水處理中的應(yīng)用》中采用基于 PLC勺模糊控制器對(duì)金礦選廠污水處理系統(tǒng)進(jìn)行改造， 根據(jù)模糊控制的思想和結(jié)合 PL（控制的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的模糊控制器，應(yīng)用模糊控制方法對(duì)污水進(jìn)行處理，并取得了較好的效果。 ［何實(shí)驗(yàn)表明：污水經(jīng)處理后可以大幅度減少藥劑消耗量， 顯著降低了系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用， 而且尾礦庫(kù)溢流水經(jīng)過(guò)處理后， 外觀清澈透明，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)GB8978-1996一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。F.J.Fernandeza,A.Secob,J.Ferrer,.A.Rodrigo.在《Useofneurofuzzynetworkstoimprovewastewaterflow-rateforecasting.》中用模糊控制結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法來(lái)應(yīng)用于污水處理。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)適宜的方法預(yù)測(cè)城市污水流動(dòng)速率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)只使用兩個(gè)輸入變量和小數(shù)量的神經(jīng)元 ，平均誤差低于10富面以得到城市污水流動(dòng)速率規(guī)劃的預(yù)見(jiàn)性。最大誤差總是低于 22%（表示為相對(duì)誤差）?？?】人工智能模型流動(dòng)速率無(wú)法預(yù)測(cè)在價(jià)值觀包含在訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)只能近似連續(xù)的功能上這個(gè)范圍。AntonioSalaa,ThierryMarieGuerrab,RobertBabu?kac在《Perspectivesoffuzzysystemsandcontrol》中介紹了模糊控制的自適應(yīng)補(bǔ)償控制設(shè)計(jì)方法的知識(shí)的基礎(chǔ)上操作員保質(zhì)保量、目前的研究是基于幾乎完全致力于模糊控制方法可以保證穩(wěn)定性和魯棒性的閉環(huán)系統(tǒng)。 最新技術(shù)識(shí)別模糊基于模型和控制器設(shè)計(jì)進(jìn)行了評(píng)述。 口5】概述了國(guó)家藝術(shù)uzzy轉(zhuǎn)入了技術(shù)（從控制點(diǎn)ofview），和提出了一些觀點(diǎn)對(duì)于未來(lái)的模糊系統(tǒng)的作用。4模糊控制的發(fā)展前景曹偉在《模糊控制理論的發(fā)展及應(yīng)用》 中，介紹模糊控制理論與其它控制方法的結(jié)合技術(shù)，模糊控制器正朝著自適應(yīng)、自組織、自學(xué)習(xí)方向發(fā)展，使得模糊控制參數(shù)、規(guī)則在控制過(guò)程中自動(dòng)地調(diào)整、 修改和完善，從而不斷完善系統(tǒng)的控制性能， 達(dá)到更好的控制效果。：16：而與專(zhuān)家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等其他智能控制技術(shù)相融合成為其發(fā)展趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)外眾多專(zhuān)家學(xué)者圍繞著這些問(wèn)題展開(kāi)了廣泛的研究，取得了一定的階段性成果。未來(lái)模糊控制的發(fā)展大致有以下幾個(gè)方向： (1復(fù)合模糊控制器。(2)和各種智能優(yōu)化算法相結(jié)合的模糊控制.(3)專(zhuān)家模糊控制.(4)多變量模糊控制.(5)很多公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)對(duì)所設(shè)計(jì)模糊控制器的穩(wěn)定性及魯棒性分析采用仿真實(shí)驗(yàn)的方法 ，而采用理論分析的較少。(6)將模糊控制與PID控制、變結(jié)構(gòu)控制、預(yù)測(cè)控制、最優(yōu)控制等傳統(tǒng)控制方法相結(jié)合，發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，也使模糊控制可以繼承以往的研究成果，這也是模糊控制發(fā)展的重要方向之一。 [1718]5結(jié)論模糊控制已經(jīng)廣泛引用到各個(gè)領(lǐng)域， 在工業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛， 基于模糊控制的原理，將模糊控制與其他方法結(jié)合起來(lái)一起使用， 促進(jìn)工業(yè)的發(fā)展。模糊控制系統(tǒng)易于接受，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，而且比常規(guī)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性好，魯棒性高。由于它的這些特點(diǎn)，模糊控制的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛。如今遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制相結(jié)合的綜合優(yōu)化控制系統(tǒng)等新的智能控制理論和方法在不斷涌現(xiàn)和發(fā)展之中，的前沿智能控制已成為污水處理的研究與應(yīng)用中與熱點(diǎn)。模糊控制也將會(huì)向智能控制發(fā)展。 [19-20]參考文獻(xiàn)劉金琨.智能控制[M],北京高等精品教材，2009(7).程武山.智能控制理論與應(yīng)用[M],上海交通大學(xué)出版社,2006.向左堃.基于模糊推理的智能控制器及其應(yīng)用.科技探索,2009:4.王先路，謝源，陳長(zhǎng)琦，朱武,千蜀毅，崔村燕.模糊控制在污水處理中的應(yīng)用.自動(dòng)化與儀表,2002(1).陳金紅，白瑞祥.模糊控制在工業(yè)污水處理過(guò)程中的應(yīng)用 .為計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2009⑷:30—4.⑹白敏丹，韓紅桂，喬俊飛.基于遺傳算法的污水處理模糊控制.控制工程,2009(1):1—16.陸綺榮，黃福彥，韓東升.DCS模糊控制的污水處理系統(tǒng)研究.自動(dòng)化與儀表,2010(3).王麗娟，張建鋒，王斌.活性污泥水處理模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì),2009:30-18.戴倩，侯燕洪，劉俊杰，王大為，任超.模糊控制在SBR污水處理中的應(yīng)用.自動(dòng)化與儀表,2011(7).衷衛(wèi)聲，沈淑鴻，王文海.溶解氧模糊控制器的FPGA設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).自動(dòng)化儀表,2011(6):32—6.王榮譜，張根寶，王凌燕.造紙廠污水處理控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).中華紙業(yè),2009(12).