什么是工业模糊控制理论及应用

1.1模糊理论概述
模糊理论是在美国加州大学伯克利分校电气工程系的L.A.zadeh教授于1965年创立的模糊集合理论的数学基础上发展起来的，它是探讨如何将存在于真实世界中的模糊现象使之数学化的一门边缘科学。模糊理论主要包括模糊集合理论，模糊逻辑，模糊推理和模糊控制等方面的内容。它的特别之处在于允许“是否属于中间的中介状态”，以隶属函数概念代表模糊集合，允许领域中存在“非完全属于”和“非完全不属于”等集合的情况，即为相对属于的概念；并将“属于”观念数量化，承认领域中不同的元素对于同一集合有不同的隶属度，借以描述元素和集合的关系，并进行量度。模糊理论应用最有效、最广泛的领域就是模糊控制，模糊控制在各种领域出人意料的解决了传统控制理论无法解决的或难以解决的问题，并取得了一些令人信服的成效。

1.2模糊控制的基本思想
把人类专家对特定的被控对象或过程的控制策略总结成一系列以"IF(条件)THEN(作用)"形式表示的控制规则，通过模糊推理得到控制作用集，作用于被控对象或过程.控制作用集为一组条件语句，状态语句和控制作用均为一组被量化了的模糊语言集，如"正大"，"负大"，"正小"，"负小"，零等。

1.3模糊控制的几个研究方向
模糊控制的稳定性研究；
模糊模型及辩识；
模糊最优控制；
模糊自组织控制；
模糊自适应控制；
多模态模糊控制；

1.4模糊控制的主要缺陷
信息简单的模糊处理将导致系统的控制精度降低和动态品质变差。若要提高精度则必然增加量化级数，从而导致规则搜索范围扩大，降低决策速度，甚至不能实时控制。
模糊控制的设计尚缺乏系统性，无法定义控制目标.控制规则的选择，论域的选择，模糊集的定义，量化因子的选取多采用试凑发，这对复杂系统的控制是难以奏效的。

2.1基于模糊控制的水温控制系统
模糊控制比传统的PID控制等方法，在强时变、大时滞、非线性系统中的控制效果有着明显的优势。将模糊控制技术应用于家电产品在国外已是很普遍的现象。单片机是家用电器常用的控制器件，把二者结合起来，可使控制器的性能指标达到最优的目的。基
于模糊控制技术的单片机控制的电热水器，是对传统的电热水器开关控制的改造，具有达到设定温度的时间短、稳态温度波动小、反应灵敏、抗干扰能力强、节省电能等优点。
0）；电热线加量量分为四个模糊子集B（大）、M（中），S（小）、Z（零），对应于二极电热丝的四种状态的本实例所采用的模糊控制系统的输入为测得温度与设定温度的偏差E（；为设定的水温，t为测得的水温）以及偏差的变化量 ( ，前一次测得的温度减本次的温度)，输出为电丝加热量。将E为分四个模糊子集B（大）、M（中），S（小）、N（负），对应温度的偏差为：＜TM1℃、TM2℃＜＜TM1℃、0℃＜＜TM2℃、＜0℃（TM1＞TM2＞0）。分为三个模糊子集P（正）、Z（零）、N（负），对应的偏差变化量主：＞A0、－A0＜＜A0、＜－A0（A0＞组合:电热丝1电热丝2都加热、电热丝1加热、电热丝2加热、电热丝1电热丝2都不加热(其中电热丝1的功率大于电热丝2的功率)。
通过以上关系编制相应的控制程序，再搭配上相应的电路，可以高性能地控制电热水器。

2.2基于模糊控制的节电照明控制系统
日前我国电力工业发展速度很快.但是电力供应小足和用电效率低下的状况却比较严重.推行照明节电技术.节约电能是改善电力负荷紧张状况的主要途径之一。我国照明用电约占总发电量的12%左右.且以低效照明为主.因此成为终端节电的主要对象之一。照明用电大都属于峰时用电.因此可见.照明节电具有节约电量和缓和.高峰用电的双重作用。提倡照明节能，不等于降低对视觉作业的要求降低工作场所的视觉要求，在保证照度标准和照明质量的前提下，力求减少照明系统中的能量损失，最有效地利用电能。而降压节电是一种切实可行的方法，不仅节约了电能，而且稳定了电压，延长了灯泡的使用寿命，达到了双重意义上的节能。
此节电照明控制系统根据日光灯在启动时需要瞬时高压才能发光.启动后仅需要较低的电压就能以维持工作的特性。采用模糊控制的方法设计出一个节电控制器，在初始阶段.以220V电压输出.等日光灯运行稳定后再降到200 V，190 V或180 V低电压输出。

系统通过不断检测在线电压值来获取其与标准电压值的差E，偏差变化CE以及控制量变化U进行模糊化.进而通过查量化因子及比例因子修正表对E和CE进行重新量化.然后查表

模糊控制规则表.对输出量电压进行处理。
实验证明.该节电照明控制系统的节电效率为25%左右。该系统小仅具有节电、延长灯泡寿命的功能.而且能使日光灯在电压波动较大范围内稳定运行。由于该系统采用丁单片机控制.所以具有较高的性能价格比和柔性。

3、模糊理论的应用前景
如今模糊理论得到了厂泛的应用。许多公司成立了模糊系统研究机构专门从事模糊系统的研究。并取得了很好的进展。表现在模糊控制在洗衣机、吸尘器、冶金、制造等自动控制行业中的应用。除此之外，模糊逻辑芯片和模糊计算机的研制也取得了进展。尽管模糊控制理论已经取得了可观的进展，但与常规控制理论相比仍不成熟。
模糊控制要有较好的发展，必须具有较完善的控制规则。对于某些复杂的工业过程，有时难以总结出较完整的经验，并且当对象动态特性发生变化，或者受到随机干扰的影响时模糊控制的效果不好。因此又有了对常规模糊控制的改进，如Fuzzy-PIS复合控制，三位模糊控制器，Smith-fuzzy控制器、专家模糊控制器，还有对模糊逻辑与神经网络协作系统的研究。模糊控制器正向着自适应、自组织、自学习方向发展，使得模糊控制参数、规则在控制过程中自动地调整、修改和完善，从而不断完善系统的控制性能，达到更好的控制效果，而与专家系统、神经网络等其他智能控制技术相融合成为其发展趋势。