模糊控制系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

廣東理工學(xué)院 宮占霞

隨著科技的發(fā)展與進(jìn)步，傳統(tǒng)點(diǎn)對點(diǎn)形式的控制系統(tǒng)已經(jīng)滿足不了現(xiàn)在的技術(shù)需求，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)雖然彌補(bǔ)了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)，但是針對無法確定數(shù)學(xué)模型的控制系統(tǒng)，受到了一定的限制。在無法確定控制系統(tǒng)模型的情況下，模糊控制可以起到良好的控制效果。

伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人口的增加，導(dǎo)致人們的物質(zhì)需求和精神需求逐漸提高，需求量也大大增加，為了提高生產(chǎn)規(guī)模，加大監(jiān)控力度，控制系統(tǒng)也在逐漸發(fā)展當(dāng)中。

傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：信息點(diǎn)對點(diǎn)的傳輸方式，適用于所需控制器件不多，占用空間面積不大的場合，具有布線成本低、維護(hù)性高、擴(kuò)展性好等優(yōu)點(diǎn)。

網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：通過網(wǎng)絡(luò)平臺共享信息、傳輸信息，兼有模塊化設(shè)計(jì)，解決了復(fù)雜控制系統(tǒng)使用傳統(tǒng)控制系統(tǒng)布線成本高、占用空間面積大等問題。

但是，由于網(wǎng)絡(luò)的介入，在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)包丟失、時(shí)間延遲、噪聲干擾等不確定性因素的存在，通常會(huì)致使系統(tǒng)在運(yùn)行過程中不穩(wěn)定。最優(yōu)控制器是針對時(shí)間延遲的問題所設(shè)計(jì)的，最優(yōu)控制器的效果很好，但是此種控制器需要在被控對象的數(shù)學(xué)模型完全確定的情況下才能夠處理時(shí)間延遲所引起的控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定現(xiàn)象。然而，當(dāng)控制系統(tǒng)屬于分布式事件系統(tǒng)時(shí)，因其系統(tǒng)的分布性與不確定性，導(dǎo)致無法用精確的數(shù)學(xué)控制模型描述控制系統(tǒng)，因此導(dǎo)致最優(yōu)控制器的使用受到了約束。日前，智能控制理論映著科技的進(jìn)步而發(fā)展起來，為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)無法確定數(shù)學(xué)模型這一問題提供了解決辦法。

模糊系統(tǒng)是使用模糊規(guī)則進(jìn)行推理和決策的，運(yùn)用科學(xué)知識，結(jié)合專家的控制經(jīng)驗(yàn)，在難以使用精確數(shù)學(xué)控制模型的條件下描述被控對象，并得到很好的控制效果，具有類似人類思維與決策的作用。

1 模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1 模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 一維模糊控制器框圖

圖3 二維模糊控制器框圖

圖4 一維模糊控制系統(tǒng)仿真圖

圖5 一維模糊控制系統(tǒng)響應(yīng)曲線

圖6 二維模糊控制系統(tǒng)仿真圖

圖1所示為模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。模糊控制系統(tǒng)由被控對象、模糊控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及反饋元件所組成。與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)不同之處在于原來的控制器被模糊控制器所替代。

由模糊控制系統(tǒng)構(gòu)成的控制器稱為模糊控制器。按照信號處理方式的不同，模糊控制器分為一維和二維模糊控制器。圖2和圖3所示為模糊控制器的一維和二維結(jié)構(gòu)框圖。

2 模糊控制器應(yīng)用舉例

假設(shè)被控對象的數(shù)學(xué)模型為：

控制系統(tǒng)的模型未知，反饋元件傳遞函數(shù)為H(s)=1。現(xiàn)對該被控對象設(shè)計(jì)一維和二維的模糊控制器，并對控制器進(jìn)行仿真，將一維和二維控制器進(jìn)行對比。

（1）一維控制器設(shè)計(jì)（圖2）

（2）二維控制器設(shè)計(jì)（圖3）

建立圖4所示一維模糊控制系統(tǒng)的仿真模型，并給定相應(yīng)模糊論域和實(shí)際論域，以及模糊規(guī)則，得到圖5所示一維模糊控制系統(tǒng)相應(yīng)曲線的仿真結(jié)果。

建立圖6所示二維模糊控制系統(tǒng)的仿真模型，并給定相應(yīng)模糊論域和實(shí)際論域，以及模糊規(guī)則，得到圖7所示二維模糊控制系統(tǒng)相應(yīng)曲線的仿真結(jié)果。

結(jié)論：由以上一維模糊控制系統(tǒng)和二維模糊控制系統(tǒng)響應(yīng)曲線可知，二維系統(tǒng)由于引入了偏差的變化率，使得階躍響應(yīng)的超調(diào)量變小了，但是響應(yīng)的速度變慢了。并且驗(yàn)證了，在沒有確切數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，可以使用模糊控制規(guī)則來穩(wěn)定控制系統(tǒng)。