基于粒函數(shù)的模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性分析.pdf

1、智能控制是當(dāng)今控制領(lǐng)域中的熱門(mén)研究?jī)?nèi)容，而在智能控制領(lǐng)域中，模糊控制系統(tǒng)占有重要地位。由于傳統(tǒng)數(shù)學(xué)方法面向?qū)ο鬄榫_數(shù)學(xué)模型，而自然界中實(shí)際控制問(wèn)題有時(shí)并不能用傳統(tǒng)精確建模的方法進(jìn)行描述，模糊控制理論給這種復(fù)雜不可建模控制問(wèn)題提供了新的方法。模糊控制系統(tǒng)依靠專(zhuān)家控制經(jīng)驗(yàn)與大量實(shí)驗(yàn)，確定模糊規(guī)則，進(jìn)行推理控制。與傳統(tǒng)控制相比，模糊控制采用模糊推理機(jī)制，適用于那些難以給出精確數(shù)學(xué)建模的被控對(duì)象，運(yùn)用領(lǐng)域廣泛。雖然模糊控制系統(tǒng)有著較成熟的控制

2、理論基礎(chǔ)，和數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)，但在工業(yè)控制實(shí)驗(yàn)上依然面臨有兩大問(wèn)題尚未有效解決:一為規(guī)則爆炸問(wèn)題，規(guī)則爆炸即為模糊條件語(yǔ)句過(guò)多，模糊推理機(jī)制無(wú)法承受大量規(guī)則推理。同時(shí)規(guī)則爆炸也是模糊控制芯片造價(jià)高昂的主要原因。二為模糊控制系統(tǒng)中，控制器并不是精確數(shù)學(xué)模型，因此無(wú)法有效地進(jìn)行模糊控制器的穩(wěn)定性分析。
　　本文正是針對(duì)上述存在的兩個(gè)問(wèn)題，給出了新的模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，提出了粒函數(shù)方法來(lái)替代傳統(tǒng)模糊控制算法，并對(duì)粒函數(shù)模糊控制系統(tǒng)進(jìn)行了水

3、箱和倒立擺的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。最后提出模糊規(guī)則最有效區(qū)域分塊粒化，給出了模糊控制器穩(wěn)定性分析的新的實(shí)驗(yàn)方案，并將實(shí)驗(yàn)方案用于倒立擺實(shí)驗(yàn)分析。
　　本文針對(duì)粒計(jì)算理論，提出將?；枷脒\(yùn)用到模糊條件語(yǔ)句中，提出由粒函數(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)模糊控制系統(tǒng)的模糊推理過(guò)程。每一次模糊化去模糊化的過(guò)程視為一組輸入輸出的映射關(guān)系，每一條模糊控制規(guī)則可視為一個(gè)模糊規(guī)則粒，映射關(guān)系可由模糊規(guī)則粒中適當(dāng)選擇的點(diǎn)擬合得到的精確響應(yīng)函數(shù)來(lái)表示，因此模糊控制系統(tǒng)的模糊推理可等效

4、為一條擬合響應(yīng)函數(shù)，不同擬合階數(shù)的響應(yīng)函數(shù)也可降低系統(tǒng)的運(yùn)算復(fù)雜性。
　　基于粒的響應(yīng)函數(shù)算法解決了模糊控制系統(tǒng)由于模糊規(guī)則過(guò)多而引起的規(guī)則爆炸問(wèn)題。由于粒函數(shù)算法中，模糊推理機(jī)制并不需要對(duì)模糊條件語(yǔ)句進(jìn)行推理機(jī)制運(yùn)算，因此模糊規(guī)則的數(shù)量不再是控制器運(yùn)算的決定因素，系統(tǒng)只需執(zhí)行通過(guò)模糊規(guī)則擬合成的響應(yīng)函數(shù)完成控制。而對(duì)于控制器本身也可根據(jù)基于粒的響應(yīng)函數(shù)，采用不同粒層的粒點(diǎn)取樣對(duì)模糊規(guī)則特性和模糊控制器的反饋狀態(tài)進(jìn)行有效地穩(wěn)定性分

5、析。
　　本文分別進(jìn)行了模糊控制水箱液位仿真實(shí)驗(yàn)和模糊控制倒立擺仿真實(shí)驗(yàn)。在水箱液位仿真實(shí)驗(yàn)中，對(duì)傳統(tǒng)模糊控制系統(tǒng)與3階，5階響應(yīng)函數(shù)控制系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果分析可得，水箱液位模糊控制系統(tǒng)的控制器通過(guò)粒函數(shù)模糊控制算法改進(jìn)后，可以在需求上達(dá)到液位平衡效果，控制效果上與傳統(tǒng)水箱控制器一致。在倒立擺仿真實(shí)驗(yàn)中，對(duì)傳統(tǒng)模糊控制倒立擺系統(tǒng)，5階響應(yīng)函數(shù)倒立擺系統(tǒng)，2階響應(yīng)函數(shù)倒立擺系統(tǒng)與1階響應(yīng)函數(shù)倒立擺系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)分析，結(jié)果可得，