辗环机控制系统研究带单个修正因子的辗环机模糊控制系统研究论文学士学位论文.doc

毕 业 论 文题目 辗环机控制系统研究 带单个修正因子的辗环机模糊控制系统研究 学 院 机械学院 专 业 机械设计制造及其自动化姓 名 学 号 指导教师 2010年 月 日华 北 水 利 水 电 学 院毕 业 论 文 任 务 书论文题目：辗环机控制系统研究专 业： 机械设计制造及其自动化 班级学号： 姓 名： 指导教师： 设计期限： 2010年 3月 3日开始2010年 6月11日结束学 院： 机械学院2010 年 3月3日 华北水利水电学院毕业论文一、毕业论文的目的毕业设计是学生由理论学习向生产实践过渡的重要教学环节，通过毕业设计要达到以下目的：1、总结在校期间所学的知识，使所学的理论知识得到巩固、扩大、深入和系统化，并能学以致用。学会使用现代化的计算工具、数据处理手段和计算机绘图方法。2、培养综合运用所学知识，解决实际问题的能力，掌握设计控制系统的方法。3、掌握科技文献的检索方法。4、具有外文资料的翻译能力。5、培养学生严肃认真、事实求是、刻苦钻研的工作作风。培养独立完成和钻研的能力，培养与人合作和团队精神。二、主要内容1、 研究清楚辗环机的工作原理，制定合理的控制方案。2、 根据控制方案确定各控制环节的具体实现方法。3、 对控制方法进行实验或仿真。三、重点研究问题针对目前国内外环件轧制的现状和相应问题，设计和创新辗环机控制系统，特别是在创新上力图有所突破。 四、主要研究方法1、学习环件轧制理论，搞清环件轧制的基本原理；2、收集、查阅国内外相关技术资料，消化吸收；3、制定控制方案；4、对控制方案进行细化。5、在控制环节的实现上提出创新思路。6、有条件的情况下对控制系统进行仿真五、论文成果要求1、实习报告一份（含电子文档、实习报告字数不少于1500字）。2、开题报告一份（3000字左右，查阅文献应在20篇以上，文献综述引用应在10篇以上，含两篇以上外文）（与说明书合订）。3、外文专业资料翻译2000字以上（与说明书合订）。4、毕业论文一份，含任务书、目录、中外文摘要（400字左右），序言、国内外研究进展、存在的问题、本文研究目的与内容、研究方法原理与过程、结论。参考文献等，总字数至少在10000字以上。模具图纸一套。5、电子文档一套：含任务书、毕业论文全文、三维模型文件及相应的图纸和其他材料、开题报告、实习报告、外文专业资料翻译原稿、翻译稿。6、毕业论文成果材料清单一份（与说明书合订）。六、其它12009年辗环机控制系统研究毕业设计进程表时间：3月3日6月11日，第114周（含2周实习），15周答辩第12周（3.33.13）1.学习环件轧制理论； 搞清环件轧制的基本原理、及相应的过程控制。2.查阅相关中英文文献资料，对研究内容有一个初步了解。3.完成外文翻译。第34周（3143.27）1.实习、了解环件轧制领域的最新进展、了解环件轧制设备与轧制过程。写出实习报告。2.写出开题报告（含国内外研究进展及文献综述；提出环件轧制的控制方案；提出一项以上自己要解决的环件扎制控制的具体技术问题，分析可能遇到的困难提出解决思路。查阅文献应在20篇以上、应用的文献资料在10篇以上）。第56周（3294.10）1.初步提出控制方案。2.学习完成课题所需相关知识。3.根据课题内容开展相应研究工作第79周（4.124.30）1.制定实际控制方案，确定控制方法。2.对控制方案进行细化，确定个控制环节。第1012周（5.45.22）1.对控制系统进行仿真。2.绘制相关控制线路。第1314周（5.246.5）1.撰写、装订毕业论文（6000字以上，任务书、开题报告、中、外文摘要、目录、参考文献，形式完整，格式正确，参考文献标注页码）。2.答辩准备。第15周（6.76.11）毕业答辩华北水利水电学院本科生毕业设计开题报告 2010 年 3 月 26 日学生姓名刘三富学号200605003专业机械设计制造及其自动化题目名称带单个修正因子的辗环机模糊控制系统研究。课题来源自选相关内容一辗环机简介辗环机又称扩孔机，辗扩机或扎环机。其功用是使环件产生连续局部塑性变形，进而实现壁厚减小，直径扩大，截面轮廓成型。其工作原理为：驱动辊旋转，其和环件之间的摩擦带动环件旋转，而压力辊有一个进给运动，从而给环件以轧制力，于是环件通过驱动辊和压力辊构成的轧制孔型产生连续的局部塑性变形，使环件壁厚减小，直径扩大，截面轮廓成型。压力辊和导向辊可以绕轴向在和环件的摩擦作用下自由地转动。导向辊给环件压力作用以保证环件的平稳转动。辗环机是环件轧制的具体实现设备，辗环机控制系统是保证环件轧制效率和环件轧制精度的重要影响因素。二辗环机电控系统1. 控制系统组成控制系统由PLC, 人机界面， 执行元件，操作器件，信号整形电路等几部分组成。2. 控制器件1) 控制器件为控制按钮及位置接近开关2) 人机界面包括显示屏及参数设定键盘通过标准RS-232与PLC进行实时通信。3) 执行元件包括控制电机及电磁阀的接触器及中间继电器。4) 信号整形及转换电路为光栅信号的整形和转换等。三辗环机控制系统之模糊控制系统研究。1.模糊控制的发展及应用 自1965年L.A.Zadeh教授提出了模糊数学理论，模糊理论开始发展起来。1974年，Mamdani在蒸汽发动机上成功地运用了模糊控制，开始了模糊控制的应用阶段。模糊控制实际上是一种非线性控制，从属于智能控制的范畴。由于模糊控制不要求知道被控对象的精确数学模型，而且鲁棒性强，根据实际系统的输入输出结果数据，参考现场操作人员的运行经验，就可 对系统进行实时控制，使得模糊控制得到了迅速发展，广泛地应用于工业，家用电器，机器人等许多领域。二十世纪 Mamdani在蒸汽发动机上成功地运用了模糊控制；70年代 英国的PJKing等人采用模糊控制器实现了反应炉的温度控制。荷兰学者wJMKickert等人利用模糊控制器解决了含有非线性、时滞特性的热交换过程的控制问题。丹麦学者JJOstergoarcl利用模糊控制器实现了对双输入双输出的热交换过程的控制。80年代 丹麦FLSmidth公司推出了实用化的水泥窑模糊逻辑控制系统。日本SMurakami成功研制了基于语言真值推理的模糊控制器，并应用于汽车速度的自动控制。Jasunobo等人研究了预测模糊控制，将其应用于火车自动驾驶系统和集装箱起重机的自动操作系统。90年代 模糊控制硬件与软件的开发也发展起来，Yamakawa首次研制了模糊组件。美国Omron公司开发了数字模糊处理(DFP)FP-3000，还推出了FB-3OAT卡板进行编译，模糊控制。还被集成到PLC中以及把模糊控制作为DCS系统的功能模块。空调机、全自动洗衣机、吸尘器等高档家电中普遍应用了模糊控制技术。机器人定位系统、汽车定位系统、智能车辆高速公路系统。二十一世纪 控制系统、模式识别、医药、游戏理论。2. 模糊控制理论模糊控制理论以模糊数学为基础，以模糊集合，模糊关系，模糊推理来模仿人类思维的判断综合推理，处理，解决常规方法难以解决的问题。模糊控制是智能控制最早的形式，它吸取了人的具有模糊性的特点。从广义上讲，模糊控制是应用模糊集合理论统筹考虑系统的一种控制方式。3. 模糊控制的特点（1）适用于不易获得精确数学模型的被控对象，其结构参数不很清楚或难以求得，只要求掌握操作人员或领域专家的经验或知识。（2）模糊控制是一种语言变量控制器，其控制规则只用语言变量的形式定性的表达，构成了被控对象的模糊模型。（3）系统的鲁棒性强，尤其适用于非线性，时变，滞后系统的控制。4. 模糊控制器（1）模糊控制器一般包括5部分：1.模糊化接口：将真实的确定量通过隶属函数转化成模糊量。2.数据库: 用于存放输入和输出变量全部模糊子集的隶属函数。3.模糊规则集：以IF-THEN控制规则形式给出的信息。4.模糊推理机构：基于模糊规则，采用模糊逻辑操作和推理方法而获得模糊输出。5.解模糊接口：用于将模糊输出转换成系统的数值输出。（2）模糊控制器的作用：1. 将控制误差等精确量“模糊化”为模糊量。2. 根据基于语言控制规则或操作经验提取的模糊控制规则，推理得到控制作用的模糊量。3. 采用一定的“清晰化”算法将模糊控制量换算为精确控制量输入给执行机构已完成系统的模糊控制调节过程。5. 修正因子 修正因子又称为加权因子，用a表示。通过调整a值的大小，可以改变对偏差和偏差变化的不同加权程度。用修正因子校正法对模糊控制规则进行优化，效果很好。因此，当被控对象采用带有调整因子的模糊控制器进行控制时，在适当地确定误差及误差变化的论域的基础上，再通过调整加权因子a可以获得较好的控制效果。采用的主要技术路线或方法1. 查阅资料，研究辗环机的工作原理，根据环件轧制的特点制定控制方案。2. 辗环机控制系统之模糊控制的研究提出创新思路以及模糊控制器的设计，主要对进给系统进行模糊控制设计。3. 用MATLA软件进行进给系统的建模以及用SIMULINK进行模拟仿真。4. 用单个修正因子对辗环机模糊控制系统进行校正，使其系统优化。验证修正因子校正法的有效性。预期的成果及形式1. 实习报告一份（与毕业论文合订）。2. 开题报告一份（查阅文献应在20篇以上，应用的文献资料在10篇以上）。3. 外文专业资料翻译2000字以上（与毕业论文合订）。4. 毕业论文一本，含目录，中英文摘要，正文，附录等。论文主要内容为：国内外研究进展，存在的问题，本文研究目的与内容，研究方法原理，总论。一万字以上。5. 电子文档一套：含毕业论文，相应的图纸及其他文件，开题报告，实习报告，外文专业资料翻译原稿，翻译稿。时间安排第1-2周 1.学习环件轧制理论，搞清环件轧制的基本原理，及相应的过程控制2.查阅相关中英文文献资料，对研究内容有一个初步了解。3.完成外文翻译。 第3-4周 1.实习 了解辗环轧制领域的最新进展，了解环件轧制设备与轧制过程，写出实习报告。2.写出开题报告（含国内外研究进展及文献综述，提出环件轧制的控制方案。提出一项以上自己要解决的环件轧制控制的具体技术问题，分析可能遇到的困难提出解决思路。查阅文献应在20篇以上，应用的文献资料在10篇以上）。第5-6周 1.初步提出控制方案。 2学习完成课题所需相关知识。 3.根据课题内容展开相应研究工作。第7-9周 1.制定实际控制方案，确定控制方法。2.对控制方案进行细化，确定个控制环节。第10-11周 1.对控制系统进行仿真。2.绘制相关控制线路。第12-13周 1.撰写，装订毕业设计。2.答辩准备。第14周 毕业答辩。指导教师意见 签名：年 月 日 备注 参考文献1.华林，黄兴高，朱春东. 环件轧制理论和技术J.2.杨杰，郝用兴. 冷辗环机数字控制系统设计J.3.鄢奉林，华林. 冷辗扩过程实时测控技术的发展状况J.3. 郝用兴，张猛. 辗环机数字控制系统J.4. 颜士伟，余世浩. 环件辗扩加工的控制方法J.5. 廉小亲，模糊控制技术，北京：中国电力出版社.6. 周存龙，黄庆学. 特种轧制设备.7. 齐占庆 主编 机床电气控制技术 机械工业出版社8. 刘金琪 编著 机床电气自动控制 哈尔滨工业大学出版社9. 许雯 锻压装备与制造技术.10. 李斌 国内外冷辗环机特点分析J。11. 崔微，张文修. 一种基于PLC的模糊控制。西安理工大学。12. 华林. 环件冷辗扩技术现状和发展。武汉理工大学。13. 宋广伟，李向阳. 模糊控制器的设计。华南理工大学。14. 贾虹，石卫. 精密冷辗环机的电控系统J. 轴承。15. 朱春东，黄尚宇.径向辗环的数学模型与尺寸控制方式.金属成形工艺，1997,15(5 ):40-42摘要冷辗扩是一种生产高精度、高性能无逢环件的技术，该技术在机械、汽车、船舶、冶金、化工、航空航天等领域中有着广泛的应用。冷辗环机是冷辗扩加工技术的具体实现设备，辗环机的数字控制系统的好坏将直接影响到辗环机的加工精度、辗环加工过程的稳定性以及辗环机的加工效率。 随着智能控制技术的发展，智能控制技术逐渐应用到了多种机械设备控制中，本次研究了利用模糊控制技术对辗环机进给系统实施智能控制。对模糊控制理论的分类及其组成，对模糊控制器的设计及应用进行了综述。在模糊控制器设计中，合理地选择模糊控制器输入变量的量化因子和输出变量的比例因子非常重要。以辗环机进给系统仿真模型，分析了各参数对系统性能的影响。仿真实验表明，量化因子和比例因子的大小及其不同量化因子之间大小的相对关系，对模糊控制器的控制性能影响极大，只有将模糊控制器的量化因子综合考虑，模糊控制器才会发挥出最佳性能.论述了基于MATLAB(SIMULINK)语言的模糊控制系统的设计和仿真，为实现了模糊控制系统的设计和仿真，提供一种高效仿真方法，显现了通过SIMULINK 可视化工具平台进行建模与仿真时的简捷、直观而且迅速等优点。研究了模糊控制系统的优化设计方法，用修正因子校正法对模糊控制规则进行校正，并用MATLAB进行仿真，得出了修正因子法对模糊控制规有较好的优化效果。关键词：冷辗环，轧制，智能控制，修正因子。AbstractCold ring rolling is a technology to produce high precision and performance seamless ring，which is widely used in machinery, automobile,boat and ship，metallurgy ,chemical industry ,aeronautics and astronauticsCold ring rolling machine is an equipment to realize cold ring rolling，whose numerical control system characteristics have great effect on processing precision，processing stability and processing efficiencyWith the development of intelligent controlling，it has gradually applied in controlling system of many kinds of mechanical devices. The focus of this study is the intelligent control about the cold ring rolling for the system by virtue of fuzzy control technologyIt focuses on the catagories and the organization of the fuzzy control theory，and summarizes the design and application of fuzzy controllersIn fuzzy controller design，it is extremely important for the reasonable choice of input variable quantification factor and output variable proportionality factor of fuzzy controller With ring rolling machine feeding system as the simulation model，the various parameters influence the system performance were analyzedThe simulation experiment indicates that the quantification factor and proportionality factor and its relative relations have enormous influence on the control performance of fuzzy controller The fuzzy controller will be able to display the optimum performance by considering the quantification factor of the fuzzy controller syntheticallyIt appeared that the visual simulink-modeling method has some excellences such as briefness, intuition, rapidness and so onIntroduce the design of Fuzzy Control System, and modifies the fuzzy control rules by using modifiable factorsThen the simulation with MATLAB has madeObtained modifiable factors method for fuzzy control rules with better optimization results.Key words：cold ring ，rolling mill，intelligent control，modifiable factors.34目录摘要1ABSTRACT2第一章 绪论11.1 本设计的目的与意义11.2 模糊控制在国内外发展状况11.3 本设计的主要内容3第二章 模糊控制系统研究42.1 模糊控制简介42.2 模糊控制理论52.2.1 基本模糊系统52.2.2 基于TS 模型的模糊系统52.2.3 基于函数FBF的模糊系统52.3 模糊控制的类型62.3.1 自适应模糊控制62.3.2 模糊预测控制72.3.3 基于神经网络的模糊控制72.3.4 基于遗传算法的模糊控制82.4 模糊控制系统工作原理92.4.1糊控制器的解析结构92.4.2 模糊控制器设计92.4.3 模糊控制的基本理论112.5 模糊控制的特点132.6 模糊控制的不足之处13第三章 冷辗环机进给系统模型的建立143.1辗环机简介143.2 冷辗工艺143.3辗环机结构简图153.4 辗环机进给系统建模153.4.1 机械传动部分的建模163.4.2 电气传动部分建模17第四章 辗环机进给系统模糊控制器设计与仿真194.1 matlab简介194.2模糊控制器的设计194.3 模糊推理系统(FIS)的建立224.3.1 FIS介绍224.3.2 使用图形界面工具建立FIS224.4 用Simulink进行仿真274.4.1 准备步骤274.4.2 模糊系统系统仿真28总结与展望34致谢35参考文献36附录一英语原文37附录二翻译45第一章 绪论1.1 本设计的目的与意义通过对辗环机进给系统模糊控制的设计和研究，以加深对模糊系统控制的认知，掌握了其基本原理和方法，为进入社会后从事控制工程技术工作有了好的开始。在环件轧制中，轧环机的进给速度是可变的，合理地设计和控制轧环机的进给速度是实现稳定轧制的前提，然而迄今国内外有关技术手册尚未对环件轧制进给速度的设计提出规范和方法。通过对环件轧制过程控制的研究，尤其是轧环机直线进给运动控制系统的研究，对在轧制过程中控制直线进给速度具有一定的指导意义。本文旨在建立环件轧制过程控制模型和方法，以期为轧制质量控制提供技术依据。对冷辗环机的进给系统做了智能控制(模糊控制)研究，通过最终的仿真的结果表明模糊控制可以较好地应用到冷辗环机进给伺服系统的控制中，模糊控制对伺服系统有较好的控制作用，模糊控制作为一种智能控制在不久的将来会有广阔的前景。本次设计用MATLAB软件对辗环机进给系统模糊控制进行仿真，通过虚拟仿真可直观简洁地反映出其控制系统的优劣，对控制规则的修改寻找最优控制。1.2 模糊控制在国内外发展状况(1)国外情况从1965年以来，即美国著名控制论专家扎德教授创始模糊数学以来，模糊控制理论及其应用也迅速发展起来了。在70年代中，提出了模糊控制问题，并在这一领域开展了大量的研究。研究活动主要集中在Queen Mary学院。主要工作是由马丹尼(EHMamdani)和他的学生们进行的，其次有剑桥大学的汤哥（R.Tong）。1974年马丹尼首先用模糊控制语句组成模糊控制器，对一个实验性的蒸汽机进行控制，控制的问题是调节热量和节流阀的设定值，以控制蒸汽机的速度和锅炉的蒸汽的设定值。使用了24条“if A then B then C”这种形式的语言规则实现了控制，取得了比传统的DDC控制还要好的效果。这标志模糊控制的诞生。以后在英国，丹麦，荷兰，日本等国先后对不同的复杂控制对象进行了不同程度的模糊控制，均取得了较好的效果。日本东京工业大学的营野在净水厂加入凝聚剂，加入的速度和水的浑浊度以及人的经验有很大关系。加入速度的预测方法是以过去的经验为标准，增加补偿部分，作成模糊控制器，经在净水场进行试验，结果与熟练操作人员的设定值非常吻合。今年来，日本在汽车，火车，飞机等交通系统中应用模糊控制做了大量的研究工作，取得了可喜的成果。例如:1983年，日本日立制造厂系统开发研究所的安信等人，用预测模糊控制的方法对电气铁路列车的运行和停止进行控制，使用了24条控制规则构成了模糊控制器。改变道路的坡道等条件，用仿真方法与PID控制对比，表明模糊控制与熟练驾驶员控制结果相当。电能节约11一14。(2)国内情况自1979年以来，我国许多学者相单位，在模糊控制领域开展了大量的理论以及仿真试验研究对国内外模糊控制的研究工作做了系统的介绍，对我国工业中应用模糊控制起到了推动作用。近年来，在工业中应用模糊控制已取得了许多成果。1979-1980年我国李宝原、刘志俊等人设计了一类缺乏数学模型的控制器，在DJSl30机上，用BASIC语言实现了模糊算法，对模糊控制器的特性作了数字仿真，与PI控制器进行了比较，结果表明，模糊控制器对单位阶跃响应具有速度较快，精度较高以及对参数变化不敏感等优点。此后，汪培庄、楼世博、尤照升、陈国权、宋大鹤等人在模糊控制理论相控制算法方面作了大量的研究工作，在模糊控制理论上取得了可喜的成果，为模糊控制技术在工业控制领域的应用打下了理论基础。这之后、彭映斌、胡家跃、戴忠达、吕川、田成方、王学慧、王旭东、李友善等人把模糊控制领域应用到冶金、化工等工业过程的控制领域(主要用在烧结过程和钢厂燃油退火炉的温度控制、水泥回转窑生产过程控制方面)，并取得了可喜的成果。值得提出的是马方清、卢润德等人把模糊控制技术用在选煤厂精煤的离心脱水过程控制。孙庚山、兰西柱等人把带有自调整模糊控制规则的模糊控制器用于型煤生产过程中的型煤机成型压力系统控制，在实验室内作了数字仿真研究。结果表明，无论动态响应持性还是稳态精度都获得了满意的结果。实践证明，对于过程复杂、具有非线性、时变、滞后等特征的对象(如井下采煤生产过程自动化，选煤生产过程自动化，型煤加工生产过程自动化)，模糊控制都具有无可比拟的优越控制性能和强大的生命力。1.3 本设计的主要内容本设计为辗环机进给系统的模糊控制设计和研究。（1）研究模糊控制理论，探讨模糊控制的实现方法。（2）建立辗环机伺服进给系统的动力学方程。（3）设计模糊控制器对伺服进给系统进行控制，利用MATLAB仿真曲线分析模糊控制对辗环机进给伺服系统的控制。（4）研究修正因子对辗环机进给系统的模糊控制的影响用SIMULINK 进行仿真并寻求最优解。 第二章 模糊控制系统研究2.1 模糊控制简介模糊逻辑控制(Fuzzy Logic Control)简称模糊控制(Fuzzy Control)，是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制技术。1965年，美国的L.A.Zadeh创立了模糊集合论；1973年他给出了模糊逻辑控制的定义和相关的定理。1974年，英国的E.H.Mamdani首先用模糊控制语句组成模糊控制器。并把它应用于锅炉和蒸汽机的控制，在实验室获得成功。模糊控制的核心就是利用模糊集合理论，把人的控制策略的自然语言转化为计算机能够接受的算法语言所描述的控制算法，这种方法不仅能实现控制，而且能模拟人的思维方式对一些无法构造数学模型的被控对象进行有效的控制。这一开拓性的工作标志着模糊控制论的诞生。模糊控制实质上是一种非线性控制，从属于智能控制的范畴。模糊控制的一大特点是既具有系统化的理论，又有着大量实际应用背景。模糊控制的基本思想就是在控制方法上应用模糊集合理论，把人的控制策略的自然语言转化为计算机能够接受的算法语言所描述的控制算法，通过模拟人的思维方式对一些无法构造数学模型的被控对象进行有效的控制。模糊控制的发展最初在西方遇到了较大的阻力，然而在东方尤其是在日本，却得到了迅速而广泛的推广应用。控制理论的发展经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能控制又包括模糊控制、神经网络控制、专家控制和仿人智能控制等。近20多年来，模糊控制不论从理论上还是技术上都有了长足的进步，成为自动控制领域中一个非常活跃而又硕果累累的分支。其典型应用的例子涉及生产和生活的许多方面，例如在家用电器设备中有模糊洗衣机、空调、微波炉、吸尘器、照相机和摄录机等：在工业控制领域中有水净化处理、发酵过程、化学反应、水泥窑炉等的模糊控制；在专用系统和其它方面有地铁靠站停车、汽车驾驶、电梯、自动扶梯、蒸汽引擎以及机器人的模糊控制等。 模糊控制具有良好控制效果的关键是要有一个完善的控制规则。但由于模糊规则是人们对过程或对象模糊信息的归纳，对高阶、非线性、大时滞、时变参数以及随机干扰严重的复杂控制过程，人们的认识往往比较贫乏或难以总结完整的经验，这就使得单纯的模糊控制在某些情况下很粗糙，难以适应不同的运行状态，影响了控制效果。常规模糊控制的两个主要问题在于：改进稳态控制精度和提高智能水平与适应能力。在实际应用中，往往是将模糊控制或模糊推理的思想，与其它相对成熟的控制理论或方法结合起来，发挥各自的长处，从而获得理想的控制效果。由于模糊规则和语言很容易被人们广泛接受，加上模糊化技术在微处理器和计算机中能很方便的实现，所以这种结合展现出强大的生命力和良好的效果。2.2 模糊控制理论模糊控制理论以模糊数学为基础，以模糊集合、模糊关系、模糊推理来模仿人类思维的判断综合推理，处理、解决常规方法难以解决的问题。模糊控制是智能控制较早的形式，它吸取了人的思维具有模糊性的特点。从广义上讲，模糊控制是应用模糊集合理论统筹考虑系统的一种控制方式。模糊逻辑系统是由模糊化处理、模糊推理、非模糊化处理组成，因此它们不同的选取方法，就会构成不同的模糊逻辑系统。2.2.1 基本模糊系统具有标准的模糊化处理、模糊推理、非模糊化处理3个基本环节。模糊规则的输入与输出均为模糊量,模糊推理采用super-*合成。2.2.2 基于TS 模型的模糊系统TS模型由日本的 Takagi和Sugeno提出，它在每条规则的结论部分即输出是线性方程，表示系统局部的线性输入/输出关系，而系统的总输出是所有线性子系统输出的加权平均，可以表示全局的非线性输入/输出关系. 因此这类模糊系统能对非线性系统实现局部线性化，适合于工程应用。2.2.3 基于函数FBF的模糊系统这类模糊系统是以模糊基函数FBF为基础，它具有重心平均非模糊化机制、乘积推理规则和单值模糊化机制。它是Wang提出，Wang利用StoneWeiestrass定理证明了具有乘积推理中心反模糊化、高斯型隶属函数的模糊系统能以任意的精度逼近任一实连续函数，这个模型能利用等价的模糊系统来初始化神经网络，从而使得模糊控制器规则的在线调整精度和神经网络的学习速度得以大幅度地提高。2.3 模糊控制的类型模糊控制，就是在控制方法上用模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的非线性智能控制。模糊控制要有良好的控制效果，关键必须具有较为完善的控制规则，但对于复杂的工业过程有时难以总结出较完善的经验，并且当对象动态特性发生变化，或者受到随机干扰影响时都会影响模糊控制的控制效果，为促进模糊控制的研究，目前已经进行了一些改进。近年来，预测控制、神经网络、遗传算法等先进控制算法的研究，为模糊控制的规则表示及学习算法提供了新的方向。2.3.1 自适应模糊控制自适应模糊控制就是它能自动地对模糊控制规则进行修改、改进和完善，以提高控制系统性能。已经知道，模糊控制器控制质量的好坏主要取决于模糊控制规则的设定，对于那些时变的、非线性的复杂系统采用模糊控制时，要获得良好的控制效果，必须要求模糊控制器具有较完善的控制规则。而且由于被控过程的非线性、高阶次、时变性以及随机干扰等因素的影响，造成模糊控制规则粗糙或者不够完善，从而不同程度地影响控制效果。图2-1 自适应模糊控制的典型结构图图2-1为自适应模糊控制器的典型结构图。为了使控制规则在控制过程中自动调整和完善，Procyk&Mamdani提出了自适应模糊控制器的思想，自适应模糊控制器能够在线或离线调节模糊控制规则的结构或参数，使其工作在最优状态。龙升照和汪培庄提出的解析描述的模糊控制规则自调整方法，为研究自适应模糊控制提供了新途径。Mikio Maeda和shuta Mu rakami提出的自校正模糊控制器实时学习算法，推动了自学习模糊控制的研究。模糊控制规则可以调整的一般模糊控制器输出采用解析表达式，因此提出了带有一个调整因子的控制规则，根据不同的状态来选用不同的调整因子，从而相应改变了控制规则。调整因子也可以为两个或多个，控制精度也会提高。2.3.2 模糊预测控制预测控制具有易于建模、鲁棒性好的特点，因此它与模糊控制的结合使模糊控制有了新的发展。美国人Clarke，DW，Mohtadi他们提出了模糊广义预测控制算法，利用 模型，将多个模糊模型转换成线性时变差分模型，再利用GPC算法求控制律，它比一般的GPC算法具有更高的辨识精度，适用于大范围工况控制要求，抗干扰能力强。赵天航，陈增强等人将模糊控制与预测控制相结合，提出将控制量论域分为若干个子域，并将分界点作为参考控制量，利用被控过程模型预测在参考控制量作用下的未来输出，根据预测输出结果评价各参考控制量的控制效果，依据控制效果的性能测量模糊规则，以修改当前的控制量。由于在控制规则库中运用了预测控制的滚动优化策略，因而算法简单，计算量小。2.3.3 基于神经网络的模糊控制神经网络本质上是一个非线性动力学系统，但是它并不依赖于模型，它的显著特点是具有学习性。模糊系统是建立在“IF-THI1N”表达式之上，这种方式容易让人理解，但是在自动生成、调整隶属函数和模糊规则上却很困难。而神经网络对环境的变化具有较强的自适应能力，所以可结合神经网络的学习能力来训练模糊规则，提高整个系统的学习能力和表达能力。神经网络可以通过训练来学习给定的经验，并据此生成映射规则。神经网络与模糊理论相结合用于控制有以下几种形式：（1)用神经网络驱动模糊推理；（2)用神经网络记忆模糊规则的控制；（3)用神经网络优化模糊控制器的参数，利用神经网络在被控系统运行过程中在线对隶属函数进行修正、优化和调整量化因子和比例因子；（4)利用神经网络获取知识和提取知识。在模糊控制器内部用神经网络对控制模式进行分类，并用神经网络来表达控制系统的动态特性。因此，可以利用神经网络来调整模糊推理系统的隶属函数和推理规则，结构如图2-2所示。在上述的模糊神经网络中，神经网络的结构和学习算法仍是非模糊化的数据，只是在功能中达到提取规则、修改参数的目的。图2-2 神经网络模糊控制系统结构图2.3.4 基于遗传算法的模糊控制由于模糊逻辑控制所要确定的参数很多，专家的经验只能起一个指导作用，很难根据它准确地定出各项参数，因而实际上还要反复试凑，寻找一个最优过程，按所给优化性能指标，对被控对象进行寻优学习，从而有效地确定模糊逻辑控制器的结构和参数。遗传算法是一种新型的全局搜索算法。它的主要特点是群体搜索和群体中个体之间的信息交换，搜索不依赖梯度信息，因而它可以高效率地找到全局最优解或接近最优解。图4为基于遗传算法的模糊控制结构。利用遗传算法优化模糊控制器时，主要是优化模糊控制器的控制规则与隶属函数。Karra利用遗传算法优化了模糊控制器的隶属函数参数问题。这种方法还可应用在多输入多输出模糊控制系统的隶属函数参数的选择问题。还用改进的遗传算法，引入杂交算子，研究了三角形和高斯型模糊