浅谈模糊控制的发展

王诗佳

摘 要：模糊控制从1965年首次提出到1974年正式用模糊逻辑及模糊推理实现自动控制以来，一直以灵活性强、适用性广、易于理解等优势被广泛运用，在如今各种工业自动化控制生产线中，模糊控制已成为最受欢迎的技术之一，小到家用电器、汽车，大到机器人、生产线，模糊控制都取得了极大的成功，已经成为影响我们生活的重要技术。但是模糊控制也存在自身的缺陷，在“工业4.0”的整体趋势下，模糊控制如何更加的智能化、数据化，是当前模糊控制系统的难题。经过长期实验总结发现，只有结合神经网络等其他控制模式，才能使得模糊控制系统突破传统界限，达到新的高度。

关键词：模糊控制;计算机;神经网络

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.02.124

1 模糊控制的背景

模糊控制理论全称模糊逻辑控制理论，其目的就是利用语言分析的数学模式把各种自然语言转化成计算机控制系统能够识别的算法语言，从而起到控制被控目标的作用。模糊控制是将人们思维中许多模糊的概念用计算机模拟后通过实际算法表达出来，来实现人的控制思路和经验。这样不仅使人们通过感知又无法具体数据化的许多操作更加清晰、准确，而且对于智能控制的发展打下坚实理论基础和实际经验。模糊控制系统包含了知识库、模糊推理、输入量模糊化和输出量精确化四个主要部分。模糊控制的控制流程通俗来说可理解为，知识库通过定义语言变量和建立模糊控制规则，将模糊化的输入信号通过模糊推理，确定所对应的控制逻辑方式后转化为精确值输出，达到控制效果。

2 模糊控制的实际应用

模糊控制系統因控制效率高、适用性广、设计简单、易于理解而被大规模运用，比如汽车自动空调系统、蒸汽锅炉系统、全自动洗衣机等。

由于本人目前从事白酒厂自动化生产线控制方面的工作，曾负责过衡水老白干酒厂老五甄生产线自动拌料系统，其中润粮部分需要将S7-300PLC和模糊控制相结合起来进行编程。相关设备有红粮出料转子定量器（变频）、强力着水机、常温水罐、加水泵、V型调节阀以及触摸屏等，其工作方式为根据转子定量器的速度（红粮出料量的大小）PLC自动调节水罐调节阀的开度来控制出水量的大小，使红粮与水进入强力着水机搅拌时能满足工艺要求。其中常温水罐装有液位传感器实时监测水罐液位，进水管和出水管各装有反馈型V型调节阀，通过4-20mA模拟量进行调节和接受开度位置。在水位低于设定的最低量时开始进水，达到设定值最高量时停止进水。因工艺要求，操作人员定期将对红粮转子定量器进行调速改变红粮出料量，导致水罐出水阀的开度也会跟着改变，水罐液位低于最低量时的变化呈不线性状态，此时需要通过模糊控制调节阀，在水位低于最低量时根据水罐液位下降的速度来控制进水阀的开度，保证水罐供水不间断。为了使PLC更好的控制水位的偏差变化率，我们建立了模糊控制规则查询表从而制定控制规则，我们将“负大、负小、正大、正小、正0、负0”采取6级模糊划分，共36条规则，将每条规则对应的输出值置入PLC的累加器AC1中，此外我们将阀门开度值与模糊规则表中的值对应，通过累加器运算结果转换成0～64000之间的整数送到PLC模拟量输出模块后将数字量转换成4-20mA的信号后输出驱动V型调节阀，主模块OB1实现对子程序块的调用和数据的传递，0B35为中断服务程序模块。FB1模块为模糊控制器，完成整个模糊控制功能。在PLC功能块中完成e（液位偏差）和ec（液位偏差率）的计算后完成精确量e和ec到模糊量E、EC的转换，根据控制量表的查询功能，完成对模糊量开度到精确量开度的输出，从而起到控制水位的目的。实际调试过程中，发现水罐液位的时间常数较大，存在较大的滞后现象，用PID控制存在反应时间长，偏差大的情况，我们采取了微分处理，微分环节能够提前修正信号，加快系统的计算速度，减少调节时间。

3 模糊控制的发展前景

模糊控制从1974年在锅炉和蒸汽机实验成功以来，在全球各行业各产业运用的极为频繁，控制效果也大受好评，世界没有完美的东西，模糊控制也存在自身的缺陷，比如没有完整的理论体系、没有完善的鲁棒性分析和系统设计的方法、系统稳态精度较低等等。且随着“工业4.0”理念的推出，立即将产业自动化的发展推向了一个全新的高度，个性化、数据化、智能化成为了未来发展的必经之路，模糊控制也将突破传统理念，与神经网络各取优势互补，将神经元中的加权求和运算转换成“交”和“并”形式的模糊控制算法，或者利用神经网络的学习能力和数学模型，弥补模糊控制的缺陷，目前已经出现了梯度算法、BP算法和遗传算法等模糊神经网络控制技术，也采用了大规模集成电路、PLC、可编程门阵列等方法来实现模糊控制器的构造。

4 结语

相信未来在更多研究者的不断努力中，模糊控制与神经网络的结合将会更加深入，同时也将开发出适合模糊控制的其他控制手段和算法，使模糊控制适应能力、可靠性、精度性、稳定性更上一个台阶，为全球控制技术的发展带来新的活力，灌注新的血液！

参考文献：

[1]世界计算机报[N].1996（07）.

[2]模糊控制在西门子PLC中的实现[DB/OL].2013.

[3]窦振中.模糊逻辑控制技术及其应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，1995.