作者：鄭州大學(xué)物理工程學(xué)院（450052） 趙元黎 洛陽有色金屬加工設(shè)計(jì)研究院 劉 越 鄭州熱力公司 楊松林 來源：《電子技術(shù)應(yīng)用 》

專家調(diào)整量化因子的模糊控制器 摘 要： 論述模糊控制器中量化因子ke、kc對控制系統(tǒng)性能的影響。通過計(jì)算機(jī)仿真，研究了采用專家控制器實(shí)現(xiàn)量化因子ke、kc的自調(diào)整和對控制系統(tǒng)性能的改善。

關(guān)鍵詞： 模糊控制 量化因子 專家控制器 自調(diào)整

在工業(yè)控制中，有許多非線性復(fù)雜過程無法建立精確的數(shù)學(xué)模型。模糊控制器在復(fù)雜、非線性、大滯后、難以精確用數(shù)學(xué)描述的對象控制中表現(xiàn)出了優(yōu)越的性能，并且具有快速性好、直接根據(jù)人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)、不需要精確的數(shù)學(xué)模型等顯著特點(diǎn)，是90年代以來自動(dòng)控制界熱衷于研究、應(yīng)用的一種控制器。

典型的模糊控制器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中ke、kc為量化因子，ku為比例因子。

文獻(xiàn)[2]指出，系統(tǒng)nt時(shí)刻的響應(yīng)，既取決于e(it)和ec(it)，也取決于ke、kc和ku，改變量化因子，可改變系統(tǒng)的響應(yīng)。文獻(xiàn)[2]介紹了多種改變ke、kc的方法，以改善模糊控制器的性能。本文通過計(jì)算機(jī)仿真，主要研究了量化因子ke、kc對系統(tǒng)性能的影響，研究了采用專家控制器實(shí)現(xiàn)量化因子ke、kc的自調(diào)整。仿真實(shí)驗(yàn)證明，該方法實(shí)現(xiàn)簡單，模糊控制器的性能確實(shí)得到了改善。

１ 量化因子對系統(tǒng)性能的影響

圖１所示的典型的模糊控制器的輸入量是誤差e(nt)及誤差的變化ec(nt),ke、kc分別為系統(tǒng)誤差及誤差變化的量化因子，其作用是將輸入變量從基本論域轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的模糊集的論域，ke和kc的大小實(shí)際上是意味著對系統(tǒng)誤差和誤差變化的不同加權(quán)程度。

在不改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、控制規(guī)則及其它參數(shù)的情況下，分別固定ke、改變kc或固定kc、改變ke，觀察模糊控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)情況。如誤差變化的量化因子kc=150保持不變，改變誤差量化因子ke，仿真可得圖2(a)；保持誤差量化因子ke=12不變，改變誤差變化量化因子kc，仿真可得圖2(b)。

分析圖2所示系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線可知，量化因子ke及kc的大小對控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能影響較大，ke選得較大時(shí)，系統(tǒng)的超調(diào)也較大，過渡過程時(shí)間較長。實(shí)質(zhì)上，ke增大，相當(dāng)于縮小了誤差的基本論域，增大了誤差變量的控制作用，上升時(shí)間變短，但由于超調(diào)使得系統(tǒng)的過渡過程變長。kc選擇較大，超調(diào)量減小，系統(tǒng)的響應(yīng)速度變慢。kc可有效地遏制系統(tǒng)的超調(diào)。

誤差和誤差的變化二者之間相互影響，ke和kc聯(lián)系密切。在誤差較大時(shí)，我們希望加大誤差變量的控制作用，迅速減小系統(tǒng)誤差誤差小時(shí)，我們希望強(qiáng)調(diào)誤差變化的作用加大kc，使超調(diào)量減小。

２ 專家控制器

文獻(xiàn)[1]介紹了專家控制器。專家控制器是指具有相當(dāng)于專家處理知識(shí)和解決能力、具有獲得反饋信息能力并能實(shí)時(shí)在線控制的簡單的計(jì)算機(jī)智能軟件。設(shè)定專家控制器的輸入為e（系統(tǒng)誤差）及ec（誤差變化），輸出為u，并選擇產(chǎn)生式規(guī)則描述被控對象的特征及前向推理機(jī)制，其控制規(guī)則為： 

epb、ecpb及upb為e、ec及u的正向最大值，而enb、ecnb及unb分別為e、ec及u的負(fù)向最大值。α、β、γ為待定參數(shù)，由經(jīng)驗(yàn)規(guī)則確定。此類專家控制器采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的正向推理方法，根據(jù)系統(tǒng)的輸入，逐次判別各規(guī)則的條件，控制系統(tǒng)的輸出。

３ 專家調(diào)整量化因子

采用上述專家控制器對模糊控制器中的量化因子ke及kc進(jìn)行變量化因子的自調(diào)整，其系統(tǒng)框圖如圖3所示。

圖3中的專家控制器由兩個(gè)專家控制器組成，專家控制器1根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行性能調(diào)節(jié)ke，專家控制器2根據(jù)測量性能調(diào)節(jié)kc，參數(shù)自調(diào)整模塊的輸入由一閾值em判別是運(yùn)行專家控制器1，還是運(yùn)行專家控制器2。當(dāng)ｅ＞ｅｍ，運(yùn)行專家控制器１；e＜em運(yùn)行專家控制器2。

參考文獻(xiàn)[1]對ke、kc的調(diào)整規(guī)則如表1、表2所示。

設(shè)計(jì)專家控制器１規(guī)則為：

作者：鄭州大學(xué)物理工程學(xué)院（450052） 趙元黎 洛陽有色金屬加工設(shè)計(jì)研究院 劉 越 鄭州熱力公司 楊松林 來源：《電子技術(shù)應(yīng)用 》

專家調(diào)整量化因子的模糊控制器 摘 要： 論述模糊控制器中量化因子ke、kc對控制系統(tǒng)性能的影響。通過計(jì)算機(jī)仿真，研究了采用專家控制器實(shí)現(xiàn)量化因子ke、kc的自調(diào)整和對控制系統(tǒng)性能的改善。

關(guān)鍵詞： 模糊控制 量化因子 專家控制器 自調(diào)整

在工業(yè)控制中，有許多非線性復(fù)雜過程無法建立精確的數(shù)學(xué)模型。模糊控制器在復(fù)雜、非線性、大滯后、難以精確用數(shù)學(xué)描述的對象控制中表現(xiàn)出了優(yōu)越的性能，并且具有快速性好、直接根據(jù)人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)、不需要精確的數(shù)學(xué)模型等顯著特點(diǎn)，是90年代以來自動(dòng)控制界熱衷于研究、應(yīng)用的一種控制器。

典型的模糊控制器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中ke、kc為量化因子，ku為比例因子。

文獻(xiàn)[2]指出，系統(tǒng)nt時(shí)刻的響應(yīng)，既取決于e(it)和ec(it)，也取決于ke、kc和ku，改變量化因子，可改變系統(tǒng)的響應(yīng)。文獻(xiàn)[2]介紹了多種改變ke、kc的方法，以改善模糊控制器的性能。本文通過計(jì)算機(jī)仿真，主要研究了量化因子ke、kc對系統(tǒng)性能的影響，研究了采用專家控制器實(shí)現(xiàn)量化因子ke、kc的自調(diào)整。仿真實(shí)驗(yàn)證明，該方法實(shí)現(xiàn)簡單，模糊控制器的性能確實(shí)得到了改善。

１ 量化因子對系統(tǒng)性能的影響

圖１所示的典型的模糊控制器的輸入量是誤差e(nt)及誤差的變化ec(nt),ke、kc分別為系統(tǒng)誤差及誤差變化的量化因子，其作用是將輸入變量從基本論域轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的模糊集的論域，ke和kc的大小實(shí)際上是意味著對系統(tǒng)誤差和誤差變化的不同加權(quán)程度。

在不改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、控制規(guī)則及其它參數(shù)的情況下，分別固定ke、改變kc或固定kc、改變ke，觀察模糊控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)情況。如誤差變化的量化因子kc=150保持不變，改變誤差量化因子ke，仿真可得圖2(a)；保持誤差量化因子ke=12不變，改變誤差變化量化因子kc，仿真可得圖2(b)。

分析圖2所示系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線可知，量化因子ke及kc的大小對控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能影響較大，ke選得較大時(shí)，系統(tǒng)的超調(diào)也較大，過渡過程時(shí)間較長。實(shí)質(zhì)上，ke增大，相當(dāng)于縮小了誤差的基本論域，增大了誤差變量的控制作用，上升時(shí)間變短，但由于超調(diào)使得系統(tǒng)的過渡過程變長。kc選擇較大，超調(diào)量減小，系統(tǒng)的響應(yīng)速度變慢。kc可有效地遏制系統(tǒng)的超調(diào)。

誤差和誤差的變化二者之間相互影響，ke和kc聯(lián)系密切。在誤差較大時(shí)，我們希望加大誤差變量的控制作用，迅速減小系統(tǒng)誤差誤差小時(shí)，我們希望強(qiáng)調(diào)誤差變化的作用加大kc，使超調(diào)量減小。

２ 專家控制器

文獻(xiàn)[1]介紹了專家控制器。專家控制器是指具有相當(dāng)于專家處理知識(shí)和解決能力、具有獲得反饋信息能力并能實(shí)時(shí)在線控制的簡單的計(jì)算機(jī)智能軟件。設(shè)定專家控制器的輸入為e（系統(tǒng)誤差）及ec（誤差變化），輸出為u，并選擇產(chǎn)生式規(guī)則描述被控對象的特征及前向推理機(jī)制，其控制規(guī)則為： 

epb、ecpb及upb為e、ec及u的正向最大值，而enb、ecnb及unb分別為e、ec及u的負(fù)向最大值。α、β、γ為待定參數(shù)，由經(jīng)驗(yàn)規(guī)則確定。此類專家控制器采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的正向推理方法，根據(jù)系統(tǒng)的輸入，逐次判別各規(guī)則的條件，控制系統(tǒng)的輸出。

３ 專家調(diào)整量化因子

采用上述專家控制器對模糊控制器中的量化因子ke及kc進(jìn)行變量化因子的自調(diào)整，其系統(tǒng)框圖如圖3所示。

圖3中的專家控制器由兩個(gè)專家控制器組成，專家控制器1根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行性能調(diào)節(jié)ke，專家控制器2根據(jù)測量性能調(diào)節(jié)kc，參數(shù)自調(diào)整模塊的輸入由一閾值em判別是運(yùn)行專家控制器1，還是運(yùn)行專家控制器2。當(dāng)ｅ＞ｅｍ，運(yùn)行專家控制器１；e＜em運(yùn)行專家控制器2。

參考文獻(xiàn)[1]對ke、kc的調(diào)整規(guī)則如表1、表2所示。

設(shè)計(jì)專家控制器１規(guī)則為：