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

1、智能控制是當今控制領域中的熱門研究內(nèi)容，而在智能控制領域中，模糊控制系統(tǒng)占有重要地位。由于傳統(tǒng)數(shù)學方法面向?qū)ο鬄榫_數(shù)學模型，而自然界中實際控制問題有時并不能用傳統(tǒng)精確建模的方法進行描述，模糊控制理論給這種復雜不可建?？刂茊栴}提供了新的方法。模糊控制系統(tǒng)依靠專家控制經(jīng)驗與大量實驗，確定模糊規(guī)則，進行推理控制。與傳統(tǒng)控制相比，模糊控制采用模糊推理機制，適用于那些難以給出精確數(shù)學建模的被控對象，運用領域廣泛。雖然模糊控制系統(tǒng)有著較成熟的控制

2、理論基礎，和數(shù)學理論基礎，但在工業(yè)控制實驗上依然面臨有兩大問題尚未有效解決:一為規(guī)則爆炸問題，規(guī)則爆炸即為模糊條件語句過多，模糊推理機制無法承受大量規(guī)則推理。同時規(guī)則爆炸也是模糊控制芯片造價高昂的主要原因。二為模糊控制系統(tǒng)中，控制器并不是精確數(shù)學模型，因此無法有效地進行模糊控制器的穩(wěn)定性分析。
　　本文正是針對上述存在的兩個問題，給出了新的模糊控制系統(tǒng)設計思路，提出了粒函數(shù)方法來替代傳統(tǒng)模糊控制算法，并對粒函數(shù)模糊控制系統(tǒng)進行了水

3、箱和倒立擺的實驗驗證。最后提出模糊規(guī)則最有效區(qū)域分塊?；?，給出了模糊控制器穩(wěn)定性分析的新的實驗方案，并將實驗方案用于倒立擺實驗分析。
　　本文針對粒計算理論，提出將?；枷脒\用到模糊條件語句中，提出由粒函數(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)模糊控制系統(tǒng)的模糊推理過程。每一次模糊化去模糊化的過程視為一組輸入輸出的映射關系，每一條模糊控制規(guī)則可視為一個模糊規(guī)則粒，映射關系可由模糊規(guī)則粒中適當選擇的點擬合得到的精確響應函數(shù)來表示，因此模糊控制系統(tǒng)的模糊推理可等效

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

5、析。
　　本文分別進行了模糊控制水箱液位仿真實驗和模糊控制倒立擺仿真實驗。在水箱液位仿真實驗中，對傳統(tǒng)模糊控制系統(tǒng)與3階，5階響應函數(shù)控制系統(tǒng)進行對比實驗，結(jié)果分析可得，水箱液位模糊控制系統(tǒng)的控制器通過粒函數(shù)模糊控制算法改進后，可以在需求上達到液位平衡效果，控制效果上與傳統(tǒng)水箱控制器一致。在倒立擺仿真實驗中，對傳統(tǒng)模糊控制倒立擺系統(tǒng)，5階響應函數(shù)倒立擺系統(tǒng)，2階響應函數(shù)倒立擺系統(tǒng)與1階響應函數(shù)倒立擺系統(tǒng)進行對比實驗分析，結(jié)果可得，