1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上模糊理論綜述摘 要：對(duì)模糊理論進(jìn)行了綜述，介紹模糊控制理論及發(fā)展、研究、應(yīng)用情況。分析模糊控制的特點(diǎn)，指出模糊控制應(yīng)用中需要解決的問題。由于模糊控制技術(shù)是當(dāng)今較先進(jìn)的控制技術(shù)，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞： 模糊理論；模糊控制；模糊推理；模糊邏輯；模糊語言 Fuzzy Theory ReviewAbstract：Fuzzy theory are reviewed, and the introduction of fuzzy control theory development, research and application. Analysis of the ch

2、aracteristics of fuzzy control, fuzzy control applications need to point out problems. Since fuzzy control technology is today's more advanced control technology, so it has broad application prospects.Keywords：Fuzzy theory; fuzzy control; fuzzy reasoning; fuzzy logic; fuzzy language專心-專注-專業(yè)模糊理論是

3、在美國加州大學(xué)伯克利分校電氣工程系的 LAzadeh 教授于 1965 年創(chuàng)立的模糊集合理論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要包括模糊集合理論、模糊邏輯、模糊推理和模糊控制等方面內(nèi)容。基于模糊集合論形成了一門新學(xué)科模糊系統(tǒng)理論，近年來，模糊系統(tǒng)理論的研究受到了廣泛重視，特別是在東方世界中，吸引了眾多專家學(xué)者的關(guān)注，至今其理論研究與工程應(yīng)用發(fā)展相當(dāng)迅速，目前模糊控制已經(jīng)作為智能控制的一個(gè)重要分支，發(fā)展成為具有一定系統(tǒng)理論及大量實(shí)際應(yīng)用背景的一個(gè)新的研究領(lǐng)域。進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代，日本的電器控制技術(shù)相當(dāng)多地引進(jìn)了模糊技術(shù)，使得本來就相當(dāng)先進(jìn)的制造技術(shù)又增添了潛在的市場競爭力。目前，模糊理論的應(yīng)用

4、范圍已非常廣泛，在從工程科技到社會(huì)人文科學(xué)等領(lǐng)域中都可以發(fā)現(xiàn)模糊理論研究的蹤跡與成果。為進(jìn)一步促進(jìn)模糊理論的廣泛應(yīng)用及研究，本文通過對(duì)當(dāng)前各高校關(guān)注的教師綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)問題的分析，來研究模糊理論。1 模糊理論概述概念是思維的基本形式之一，它反映了客觀事物的本質(zhì)特征。人類在認(rèn)識(shí)過程中，把感覺到的事物的共同特點(diǎn)抽象出來加以概括，這就形成了概念。比如從白雪、白馬、白紙等事物中抽象出“白”的。一個(gè)概念有它的內(nèi)涵和外延，內(nèi)涵是指該概念所反映的事物本質(zhì)屬性的總和，也就是概念的內(nèi)容。外延是指一個(gè)概念所確指的對(duì)象的范圍。例如“人”這個(gè)概念的內(nèi)涵是指能制造工具，并使用工具進(jìn)行勞動(dòng)的動(dòng)物，外延是指古今中外一切的人。

5、所謂模糊概念是指這個(gè)概念的外延具有不確定性，或者說它的外延是不清晰的，是模糊的。例如“青年”這個(gè)概念，它的內(nèi)涵我們是清楚的，但是它的外延，即什么樣的年齡階段內(nèi)的人是青年，恐怕就很難說情楚，因?yàn)樵凇澳贻p”和“不年輕”之間沒有一個(gè)確定的邊界，這就是一個(gè)模糊概念。模糊理論是為了解決真實(shí)世界中普遍存在的模糊現(xiàn)象而發(fā)展起來的。模糊綜合評(píng)價(jià)法是應(yīng)用模糊( Fuzzy)集理論對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的一種方法，即根據(jù)給出的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)測(cè)值，經(jīng)過模糊變換后對(duì)事物作出評(píng)價(jià)。其基本思想是:在確定評(píng)價(jià)因素、因子的評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和權(quán)重基礎(chǔ)上，運(yùn)用模糊集合變換原理，以隸屬度描述各因素及因子的模糊界線，構(gòu)造模糊評(píng)判矩陣，通過多層

6、的復(fù)合運(yùn)算，最終確定評(píng)價(jià)對(duì)象所屬等級(jí)。模糊理論引進(jìn)“隸屬函數(shù)”的概念“隸屬函數(shù)”是描述從完全隸屬到完全不隸屬的漸變過程的函數(shù)。模糊信息的定量化是通過“隸屬度”來刻畫的，用“隸屬度”來說明問題的相似程度。模糊集合是定量描述模糊概念的工具，是精確性與模糊性之間的橋梁，是普通集合的推廣。模糊集合可表示為A=A（u1）U1+A（u2）U2+···+A（un）Un=i=1nA（ui）Ui式中: A-論域U中第i個(gè)元素ui隸屬于模糊集合A的程度;隸屬度取值范圍為 0 A（ui）l o2 模糊邏輯模糊邏輯指模仿人腦的不確定性概念判斷、推理思維方式，對(duì)于模型未知或不能確定的描述系

7、統(tǒng)，以及強(qiáng)非線性、大滯后的控制對(duì)象，應(yīng)用模糊集合和模糊規(guī)則進(jìn)行推理，表達(dá)過渡性界限或定性知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，模擬人腦方式，實(shí)行模糊綜合判斷，推理解決常規(guī)方法難于對(duì)付的規(guī)則型模糊信息問題。模糊邏輯善于表達(dá)界限不清晰的定性知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，它借助于隸屬度函數(shù)概念，區(qū)分模糊集合，處理模糊關(guān)系，模擬人腦實(shí)施規(guī)則型推理，解決因“排中律”的邏輯破缺產(chǎn)生的種種不確定問題。1965年美國數(shù)學(xué)家查德（L.A.Zadeh）首先提出了模糊集合的概念，標(biāo)志著模糊數(shù)學(xué)的誕生。建立在二值邏輯基礎(chǔ)上的原有的邏輯與數(shù)學(xué)難以描述和處理現(xiàn)實(shí)世界中許多模糊性的對(duì)象。模糊數(shù)學(xué)與模糊邏輯實(shí)質(zhì)上是要對(duì)模糊性對(duì)象進(jìn)行精確的描述和處理。查德為了建立模糊性對(duì)

8、象的數(shù)學(xué)模型，把只取0和1二值的普通集合概念推廣為在0，1區(qū)間上取無窮多值的模糊集合概念，并用“隸屬度”這一概念來精確地刻畫元素與模糊集合之間的關(guān)系。正因?yàn)槟：鲜且赃B續(xù)的無窮多值為依據(jù)的，所以，模糊邏輯可看做是運(yùn)用無窮連續(xù)值的模糊集合去研究模糊性對(duì)象的科學(xué)。把模糊數(shù)學(xué)的一些基本概念和方法運(yùn)用到邏輯領(lǐng)域中，產(chǎn)生了模糊邏輯變量、模糊邏輯函數(shù)等基本概念。對(duì)于模糊聯(lián)結(jié)詞與模糊真值表也作了相應(yīng)的對(duì)比研究。查德還開展了模糊假言推理等似然推理的研究，有些成果已直接應(yīng)用于模糊控制器的研制。2.1 模糊邏輯簡介模糊邏輯(Fuzzy Logic , FL)是一種使用隸屬度 代替布爾真值的邏輯。與經(jīng)典的二值邏輯

9、 不同，它并不使用截然不同的二值來表達(dá)所有命題，而是使用隸屬度來表達(dá)，更適合描述實(shí)際生活中陳述的不精確性。模糊理論的基本出發(fā)點(diǎn)就是取消二值之間非此即彼 的對(duì)立，用隸屬度表示二值間的過渡狀態(tài) 。這為進(jìn)行不精確而有效的描述提供了便利，也為將符合人類思維習(xí)慣的模糊推理、模糊決策移植到計(jì)算機(jī)中提供了理論工具。經(jīng)典二值邏輯中，通常用 1表示“真” ，用 0表示“假”，一個(gè)命題非真即假。隸屬度是對(duì)命題的模糊評(píng)價(jià)概念，用隸屬度值 表示一個(gè)命題為真的程度，是一種較客觀的評(píng)價(jià)方法。隸屬度的取值區(qū)間是0, 1，隸屬度越大表示真的程度越高；隸屬度越小表示真的程度越低。隸屬度取值的模糊邏輯關(guān)系如圖：在經(jīng)典的集合理論中

10、，一個(gè)元素或者屬于一個(gè)集合，或者不屬于一個(gè)集合。論域內(nèi)的任意元素與集合 A 的關(guān)系可以用一個(gè)特征函數(shù)表達(dá)2.2 模糊邏輯表示方法2.2.1 Zadeh表示法2.2.2 序?qū)Ρ硎痉? 模糊控制什么是模糊控制？簡單地說，模糊 控制是以模糊集合論、模糊語言變量和 模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技 術(shù)，模糊控制是一種非線性控制，屬于 智能控制的范疇，具有處理模糊信息的 能力。模糊控制是以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)發(fā) 展起來的一種新的控制方式，它與傳統(tǒng) 的精確控制在方法上有較大的差別。模 糊控制在本質(zhì)上是一種智能控制，不需 要建立數(shù)學(xué)模型，它對(duì)系統(tǒng)的控制是以 人的經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)的，它處理的不是一個(gè) 精確的數(shù)值，而是

11、“大”、“中”、 “小”這類邊界不明顯的模糊變量1，2。 依據(jù)人腦的直覺和經(jīng)驗(yàn)，加以整理與處 理，歸納成一組條件語名，然后用模糊 數(shù)學(xué)加以數(shù)量化，并用模糊邏輯，模糊 語言給出模糊算法，使控制器能根據(jù)人的經(jīng)驗(yàn)，模仿人的控制策略，控制指 令，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制。3.1 模糊控制的特點(diǎn) 由于模糊控制采用模糊推理，模擬人類思維，對(duì)難以建立精確數(shù)學(xué) 模型的對(duì)象實(shí)施控制。模糊控制過程和人們憑經(jīng)驗(yàn)操作的過程相類似。 正是由于模糊控制的突出特點(diǎn)，模糊控制理論在控制領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，其 特點(diǎn)歸納如下： 控制系統(tǒng)的魯棒性強(qiáng)，對(duì)過程參數(shù)的變化很不敏感，適應(yīng)于解決 常規(guī)控制難以解決的非線性、時(shí)變及滯后等問題。另外,對(duì)于滯后

12、系統(tǒng) 能對(duì)純滯后給予補(bǔ)償。 控制系統(tǒng)不要求知道被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，只需要提供現(xiàn) 場操作人員的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)及操作數(shù)據(jù)。這樣,對(duì)于電液伺服系統(tǒng)這樣的 些復(fù)雜系統(tǒng),因難以建立精確數(shù)學(xué)模型，所以適用于采用模糊控制。 控制推理采用“不精確推理”(Approximatc Reasoning)。推理過程 模仿人的思維過程。由于介入了人類的經(jīng)驗(yàn)因而能夠處理復(fù)雜甚至 “病態(tài)”系統(tǒng)。以語言變量代替常規(guī)的數(shù)學(xué)變量，易于形成專家的 “知識(shí)”。并且 控制方法簡單。 3.2 模糊控制系統(tǒng) 模糊控制以現(xiàn)代控制理論為基礎(chǔ),同時(shí)與自適應(yīng)控制技術(shù)、人工智 能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的相結(jié)合,在控制領(lǐng)域得到了空前的應(yīng)用。 3.2.1 F

13、uzzy-PID復(fù)合控制 Fuzzy-PID復(fù)合控制是模糊技術(shù)與常規(guī)PID控制算法相結(jié)合，以達(dá) 到較高的控制精度。當(dāng)溫度偏差較大時(shí)采用Fuzzy控制，響應(yīng)速度快，動(dòng) 態(tài)性能好；當(dāng)溫度偏差較小時(shí)采用PID控制，使其靜態(tài)性能好，滿足系 統(tǒng)控制精度。因此它比單個(gè)的模糊控制器和單個(gè)的PID調(diào)節(jié)器均有更 好的控制性能。 3.2.2 自適應(yīng)模糊控制 這種控制方法具有自適應(yīng)自學(xué)習(xí)的能力，能自動(dòng)地對(duì)自適應(yīng)模糊 控制規(guī)則進(jìn)行修改和完善，以提高控制系統(tǒng)的性能。對(duì)于那些具有非線 性、大時(shí)滯、高階次的復(fù)雜系統(tǒng)有著更好的控制性能。 3.2.3 參數(shù)自整定模糊控制 也稱為比例因子自整定模糊控制。這種控制方法對(duì)環(huán)境變化有較

14、 強(qiáng)的適應(yīng)能力，在隨機(jī)環(huán)境中能對(duì)控制器進(jìn)行自動(dòng)校正，使得被控對(duì)象 特性變化或擾動(dòng)情況下控制系統(tǒng)保持較好性能。 3.2.4 專家模糊控制EFC(ExpertFuzzyController) 模糊控制與專家系統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步提高了模糊控制器智能 水平。這種控制方法既保持了基于規(guī)則的方法的價(jià)值和用模糊集處理 帶來的靈活性，同時(shí)把專家系統(tǒng)技術(shù)的表達(dá)與利用知識(shí)的長處結(jié)合起 來，能處理更廣泛的控制問題。 3.2.5 仿人智能模糊控制 其特點(diǎn)在于IC算法具有比例模式和保持模式兩種基本模式。這兩 種特點(diǎn)使得系統(tǒng)對(duì)誤差絕對(duì)值變化時(shí)，可使系統(tǒng)處于閉環(huán)運(yùn)行和開環(huán) 運(yùn)行兩種狀態(tài)。這樣能妥善解決穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速

15、性的矛盾，能較好 地應(yīng)用于純滯后對(duì)象。 3.2.6 神經(jīng)模糊控制(Neuro-FuzzyControl) 這種控制方法以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，利用了模糊邏輯具有較強(qiáng)的結(jié) 構(gòu)性知識(shí)表達(dá)能力，即描述系統(tǒng)定性知識(shí)的能力以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)大 的學(xué)習(xí)能力與定量數(shù)據(jù)的直接處理能力。 3.2.7 多變量模糊控制 這種控制適用于多變量控制系統(tǒng)。一個(gè)多變量模糊控制器有多個(gè) 輸入變量和輸出變量。3.3 模糊控制的典型應(yīng)用 3.3.1 基于模糊控制的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)恒流軟起動(dòng) 運(yùn)用模糊控制方法，對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過程采用以晶體閘管為 主電路元件，單片機(jī)為控制核心。這種方法系統(tǒng)超調(diào)量小，響應(yīng)快，起動(dòng) 過程比較平穩(wěn)，能較好地解決傳統(tǒng)

16、方法和PID控制方法存在的缺點(diǎn)，可 以提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。 3.3.2 基于模糊控制的節(jié)電照明控制系統(tǒng) 采用模糊控制的方法設(shè)計(jì)出一個(gè)節(jié)電控制器。在初始階段，以 220V電壓輸出，等日光燈運(yùn)行穩(wěn)定后再降到200V，190V或180V低電 壓輸出。系統(tǒng)通過不斷檢測(cè)在線電壓值來獲取其與標(biāo)準(zhǔn)電壓值的差E， 偏差變化CE以及控制量變化U進(jìn)行模糊化。進(jìn)而通過查量化因子及 比例因子修正表對(duì)E和CE進(jìn)行重新量化。然后查模糊控制規(guī)則表，對(duì)輸出量電壓進(jìn)行處理。實(shí)驗(yàn)證明，該節(jié)電照明控制系統(tǒng)的節(jié)電效率為 25%左右。該系統(tǒng)僅具有節(jié)電、延長燈泡壽命的功能，而且能使日光燈 在電壓波動(dòng)較大范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。 3.3.3 基

17、于模糊控制的中央空調(diào)房間溫度控制系統(tǒng) 針對(duì)被控對(duì)象具有較大的慣性和遲延，傳遞函數(shù)具有非線形和時(shí) 變性。設(shè)計(jì)可調(diào)整的模糊控制器，硬件選擇ST62TOIC單片機(jī)，其特點(diǎn)是 寬電源電壓36V，寬溫-40125，低功耗，可直接驅(qū)動(dòng)晶閘管。從而 使中央空調(diào)更節(jié)能，人感覺更舒適。4 模糊推理模糊邏輯推理是建立在模糊邏輯基礎(chǔ)上的，它是一種不確定性推理方法，是通過模糊規(guī)則將給定輸入轉(zhuǎn)化為輸出的過程。模糊推理就是將輸入的模糊集通過模糊邏輯方法對(duì)應(yīng)到特定輸出模糊集的計(jì)算過程。模糊規(guī)則就是在進(jìn)行模糊推理時(shí)依賴的規(guī)則，通?？梢杂米匀徽Z言表述。通過模糊推理得到的結(jié)果是一個(gè)模糊集合或者隸屬函數(shù)，但在實(shí)際使用中，特別是在模

18、糊邏輯控制中，必須用一個(gè)確定的值才能去控制伺服機(jī)構(gòu)。在推理得到的模糊集合中取一個(gè)相對(duì)最能代表這個(gè)模糊集合的單值 的過程就稱為解模糊或模糊判決(defuzzification)。模糊判決可以采用不同的方法，用不同的方法所得到的結(jié)果也是不同的。最簡單的方法是最大隸屬度方法，這種方法取所有模糊集合或者隸屬函數(shù)中隸屬度最大的那個(gè)值作為輸出，但是這種方法未考慮其他隸屬度較小的值的影響，代表性不好，所以它往往用于比較簡單的系統(tǒng)。介于這兩者之間的還有幾種平均法：如加權(quán)平均法、隸屬度限幅(-cut)元素平均法等。4. 1. 語言變量語言變量用一個(gè)有五個(gè)元素的集合(,T(N),U,G,M)來表征，其中(1)是語

19、言變量的名稱，如年齡、體重等；(2)U為語言變量N的論域；(3)T()為語言變量的取值集合，其中每個(gè)都是論域U上的模糊集合，如T()T(年齡)=“很年輕”+“年輕”+“中年”+“較老”+“很老” =1+2+3+X4+X5(4) G為語法規(guī)則，用于產(chǎn)生語言變量N的值的名稱，研究單詞構(gòu)成合成詞后詞義的變化，并求取其隸屬度函數(shù)。其中，用“或”、“與”、“非”作連接詞構(gòu)成的合成詞，可以按模糊邏輯運(yùn)算；帶修飾詞算子的合成詞，可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出來。常用的算子有以下幾種：語氣算子，如“很”、“略”、“相當(dāng)”等； 模糊化算子，如“大概”、“近乎”、“差不多”等；判定化算子，如“偏向”、“多半是”、“傾向于”等。4.2 語言算子常用“可能”、“大約”、“比較”、“很”等語氣詞，表示可能性、近似性的程度。語言算子的概念被引人，用于對(duì)模糊集進(jìn)行修飾。若有模糊集合 C ，語氣算子 H ，則 HC 代表施加了語氣算子后的模糊集合。語氣算子的一種較常用的定義為:4.3 “if一then"規(guī)則 模糊條件陳述語句if x is A then y is B 也記為：“若 x是 A則 y是B” 其中，A 與 B 均是語言變量 的具體取值，即模糊集合。 x 與 y 是變量