模糊控制理论（精选十篇）
模糊控制理论 篇1
1 模糊控制简介
模糊逻辑, 是一种在二值之间均被定义为允许的模糊地带。模糊逻辑控制是以模糊语言变量、模糊集合论以及模糊逻辑推理为基础的一种现代控制技术, 可以简称为模糊控制。首先是美国学者L.A.Zadeh于1965年创建了模糊集合论, 随后1973年研究出了模糊逻辑控制的定义和相关的定理。英国学者E.H.Mamdani于1974年最早在实验室应用模糊控制器控制锅炉和蒸汽机, 并取得成功。
模糊控制属于计算机数字控制, 其本质是一种非线性控制。模糊控制的工作原理:将测量得到的被控对象的状态经过模糊化接口转换为用人类自然语言描述的模糊量, 而后根据人类的语言控制规则, 经过模糊推理得到输出控制量的模糊取值, 控制量的模糊取值再经过清晰化接口转换为执行机构能够接收的精确量。
2 模糊控制的特点
模糊控制中的“模糊”来源于人在生产实践中的宝贵经验, 而不是定量的数值, 再利用计算机技术来控制这些定性的经验。计算机在控制过程中所需要的控制规则, 就是把这些经验用计算机语言进行表达的具有相当模糊性的控制规则。即模糊控制是采用模糊的语言规则和应用模糊数学的推理, 形成一种具有反馈的闭环自动控制系统的计算机控制技术。模糊控制是解决不确定系统的一种有效途径, 广泛应用在很难或根本无法建立数学模型的工业控制环境中。与其他的传统控制模式相比, 模糊控制的主要优势是具备以下特点:
2.1 控制规则是其核心。
模糊控制的控制规则的制定基础是专家知识和一线生产技术人员的正确经验, 而且在设计中只需要建立被控对象的模糊数学模型, 使得设计的系统简单, 易掌握, 当然会产生大量的计算机工作量。
2.2 模糊控制算法能模拟人工控制的过程和方法。
模糊控制算法是利用语言决策规则进行设计, 能增强自动控制系统的模糊适应能力。
2.3 对动态系统的控制效果显著。
由于是采用模糊数学思想, 对那些定性描述的动态系统, 或随时间变化非常显著的对象非常适用。
2.4 规则模糊连接, 效果佳。
控制效果优于常规控制器。
2.5 模糊控制系统的鲁棒性较强, 对系统相关参数的变化迟钝。
控制设备或生产线的干扰信息等的影响被大大减弱, 适合于滞后的非线性系统的控制。
3 模糊控制的应用
在系统的实际模糊控制应用中, 通常是将模糊控制与其他成熟的控制理论或方法结合起来, 实现优势互补, 往往可以达到理想的控制效果。
目前, 模糊控制及其应用受到越来越多人的欢迎, 广泛应用在机械制造、化工生产、食品企业、钢铁行业企业等多个领域, 发挥着越来越重要的作用。在日常生活、专用控制系统、工业控制领域中都有大量典型成熟应用的例子, 例如模糊智能洗衣机、地铁自动靠站停车、汽车生产线机器人的模糊控制等。
现举例说明热水器的模糊控制系统, 其控制结构图如下图1所示。
4 结语
模糊控制是面向实际应用的控制方法, 很容易与其他传统优秀的控制方法相结合, 实现互补, 发挥最佳控制效果。经过近五十年的发展, 模糊控制已越来越成熟, 不仅使用领域越来越广, 更是形成为一种简单易设计的智能控制方法。
参考文献
[1]章卫国.模糊控制理论与应用[M].西安:西北工业大学出版社, 2000.
[2]陈霞, 陈广林.模糊控制理论的发展与应用[J].煤矿现代化, 2004 (3) :34.
[3]胡玉玲, 曹建国.基于模糊神经网络的动态非线性系统辨识研究[J].系统仿真学报, 2007, 19 (3) :560-563.
[4]周景振, 韩曾晋.日本模糊控制理论与应用研究的进展[J].控制理论与应用, 1997, 14 (4) :453-458.
模糊理论和语文阅读教学 篇2
[作者] 熊成钢
[内容]
内容提要 模糊理论对研究语文阅读教学具有借鉴意义。阅读教学除了精确性之外，还有模糊性，即教师引导学生对言语作品进行笼统认识与模糊理解。具体表现为由模糊到模糊和由模糊趋向精确两种基本形式。决定语文阅读教学模糊性的内在依据，是言与意的非一致性、学生的认识曲线发展和语文阅读教学本身需要学生感悟这三个方面。关键词 模糊理论 阅读教学 模糊性恩格斯当年曾预言，任何科学的发展都需要数学的介入。语文阅读教学也不例外，其科学化的实现应当是精确性与模糊性的有机统一。美国学者B・S・布洛姆等人的教育目标分类学，运用统计数学的测试方法，将教育目标分为认识、情感与技能三大领域，并将每个领域又具体划分为若干个层次，无疑为把握阅读教学的精确性提供了极富价值的参照系。然而，教育目标分类学又并非绝对规范化，它也就给阅读教学的模糊性留下了一片空白，这片空白有待于模糊学理论来填补。近三十年来，模糊数学这门学科的迅速发展，弥补了传统的统计数学的不足。它认为，对待“集合”运算，凡是在普通集合、一般函数中难以找到答案的问题，都可以另辟蹊径从模糊集合、隶属函数中寻求新的出路。普通集合只解决是与非的矛盾，模糊集合却解决是与非这种属于程度的高低深浅的矛盾，而隶属函数则是描述是与非这个对象隶属于一个集合的变化状态。因而，模糊理论超越了简单的是非二值逻辑，它运用的是深刻复杂的多值逻辑。阅读教学所具有强烈鲜明的综合性，类似于数学中的“集合”。进行阅读教学时，就应该象模糊数学对待“集合”运算一样，更多的采用隶属函数的“描述”方法。只有这样，才能较好地认识与把握语文阅读教学的模糊识别方式，不断丰富阅读教学实践。
一
作为言语作品的文章，是言与意的统一体，即将意转换为言之后的作品。然而，只有纳入到教学程序中，文章才成为课文，具有教学的意义。所以，阅读教学就是教师指导学生由言求意的言意转换的行为，即将作者的文章还原为作者原本要表达的意。在将言还原为意的转换过程中，我们常常会遇到对某些言语作品的非精确认知与理解。例如读舒婷《祖国啊，我亲爱的祖国》中的诗句：“我是你河边上破旧的老水车/数百年纺着疲惫的歌/……我是你簇新的理想/刚从神话的蛛网里挣脱/”。“我”为什么会是老水车?为什么纺着疲惫的歌?歌怎么会是疲惫的?“我”为什么会是刚挣脱蛛网的理想?神话的蛛网又是怎样一幅具体的图景?这里边难以穷尽，大有文章可做，做得越多越细，则越难以刨根究底，证明读者仍未最后感觉到它究竟表达了什么，仍未真正捕捉住隐藏在言语幕后的内蕴。教师提供一个或几个答案让学生对这些诗句所蕴含的真正的意进行“是”或“非”的简单判断，总是难免给人一种雾里看花、隔山观火之感。但阅读教学终究是引导学生由言求意，怎么办?只有借助于模糊集合与隶属函数的方法，求取近似值，将这些诗句视为从历史、现实角度对“我”与祖国割舍不断的血肉的整体，让人去感悟、去意会其深长悠远的韵味，不必将它的完整画面与深邃意境肢解为具体的思想与清晰的认识。由此可以看出，阅读教学所具有的模糊性，实际上是教师引导学生依照言语作品的不确定性进行笼统认知与模糊理解。它以其更广泛、完美与高效的特征，使学生与课文迅速沟通起来，节约了信息传递，并且更自由灵活地诱发学生大脑中表象的聚集，促使学生更深切地把握言语作品整体寓意以获得更充分的审美享受。
阅读教学的模糊性，在具体的教学实践中往往表现为两种基本形式：一种基本形式是由模糊到模糊，一种基本形式是由模糊趋向精确。
第一种基本形式是阅读主体(学生)在认识言语作品的类属与形态时缺乏明晰的划分而产生的模糊识别，始于对言语作品的模糊感知，终于对言语作品整体的模糊评判。有的学生在课前阅读课文，大部分读懂了，有点似懂非懂的味道，觉得作为言语作品的课文是非常美的，“此中有真意，欲辩已忘言”。[1]但在上课时听老师讲解分析课文，则味同嚼蜡，原先获得的难以名状的美感至此已涣然冰释。这是因为学生在课前获得了对课文的模糊感知，而教师却以抽象干瘪的条分缕析取代了学生对课文的模糊评判，使得学生的模糊识别在中途嘎然断裂。高明的教师总是既尊重、保护学生在初始阅读课文所获得的模糊感知，又尽力地去完善学生对课文的最后的模糊评判。如在《药》的总结课上问大家：“夏四奶奶与华大妈在坟场上相遇，是偶然的呢?还是必然的呢?”经过紧张的思索与暂时沉默之后，学生兴奋地举起手说：“我想起来了”，但回答时又支吾其词，模棱两可，甚至前后矛盾。教师肯定了回答偶然者，因为偶然相遇使得课文中明、暗两条线索在此交汇;同时，教师又肯定了回答必然者，因为必然相遇是小说故事情节发展的结果，明、暗两条线索的必然汇合要通过夏四奶奶与华大妈在坟场偶然相遇体现出来。感受言语作品的美，往往受个人的阅历、心理、修养、情趣等制约而显得灵活多样，很难划定一个统一的标准，这正如康德所言：“美应当是不可言传的东西。”唯其如此，所以，“我们避免两种极端的做法：一种是关于课文的意思一定都要让学生说出来;另一种是教师一个人解说课文的内容，说明艺术形象，却没有给儿童留下表达自己的思想和感情的机会，而儿童的这些思想和感情正是能够反映他们对课文的理解和体会的”。
阅读教学模糊性的另一种基本形式――由模糊趋向精确，是指教师引导学生先对课文进行模糊处理再压缩、抽象出相对明晰的界限，以便达到对课文较为明确的认识。如教《从百草园到三味书屋》一文时，先让学生在阅读课文的过程中了解鲁迅在百草园与三味书屋是如何度过少年生活的，然后让学生理解课文的内容。对于该课文的内容理解，可以处理为界限相对明晰的三种认识：A、嘲讽脱离实际的清末私塾教育，暴露封建社会对儿童身心健康的漠视、束缚和残害;B、真实地再现了封建时代少年儿童入学前后的生活，表达了作者对生气蓬勃的少年生活的怀恋与追求;C、表现了儿童热爱大自然、喜欢自由快乐生活的心理，同时对束缚儿童身心发展的封建教育表示不满。实际上，认识C更切合课文，而认识A与B也不无道理，社会上也有类似看法。明确的认识、精确的评判并不是绝对的，而是有条件的、相对的，只是模糊程度较浅而已。从这个意义上说，由模糊趋向精确只不过是程度较深的模糊向程度较浅的模糊的过渡。
当然，阅读教学的模糊性并非将学生带入一个糊涂、迷惘的境地而不可自拔，而是强调、重视学生对课文由言求意的理解应具有丰富性与多元性;是为了打破传统的单向线型思维模式给学生带来的压抑与桎梏
二
在阅读教学中对课文信息进行模糊处理，并非东施效颦，机械地照搬模糊数学的现成结论，而是有其深刻的内在依据的。我们可以从言与意之间的非一致性、学生认识过程本身、阅读教学本身的特点这三个方面来分析、揭示其内在原因。
阅读教学的模糊性是否符合科学的道理，必然牵涉到言与意(语言与思维)之间较为复杂的关系。一般来说，语言的结构单位如词与词组、单句、复句分别对应着思维的结构单位如概念、判断与推理，这就使得语言表达思维活动的产物――思想成为可能。强调语言与思想的一致性，言能尽意，则是将“意”视为“一般人在日常的知性范围内能把握的名物事理。”反映这种“意”的相应的言语作品在本质上是一种陈述化的文字符号。
但我们也必须看到，言与意之间又存在着深刻的矛盾，具有不一致性。周建人先生在1979年6月13日《光明日报》的副刊《科学》上发表《思想科学初探》，在建国后首次提出“思想先于语言”的观点。其实，在我国古代浩如烟海的典籍中，往哲先贤早就看到了言与意之间的内在矛盾。《周易・系辞》对儒家的言意观作了这样的概括：“子曰：‘书不尽言，言不尽意。然则圣人之意不可见乎?’子曰：‘圣人立象以尽意，设卦以尽情伪，系辞焉以尽其言。’”正因为言无法穷尽意，所以再设立一个“象”来穷尽意，这个意中之象后来衍化、发展为言语作品中的意象。读者只能寻言观象，再寻象观意，由言求意必须经过“象”这个中间环节。《庄子・天道》说：“世之所贵道者，书也，书不过语，语有贵也。语之所贵者，意也。意有所随，意之所随者，不可以言传也。”扬雄《法言》里也说：“言不能达其心，书不能达言，难矣。”无论是庄子还是扬雄，他们都认为言是无法直接穷尽意的，更无法穷尽纷繁复杂的客观实在。如果一定要用言去表现永恒的外在客观，那只能是得其粗略而已：“可以言论者，物之粗也;可以意致者，物之精也。言之所不能论，意之所不能察致者，不期精粗焉。”(《庄子・秋水》)正是在这种本质意义上，道家创始人老子才提出了“道可道，非常道;名可名，非常名”的深刻命题，意谓客观的道可以说得出来则不是永恒的道，而概念能用概念来表达就不是永恒的概念。
意是对外在客观的能动反映，言要用来传达意，言则陷入了困境――无法精确地穷尽意。言不尽意，则是因为这个“意”，既是人们穷尽宇宙奥秘、体悟人生真谛时所获得的某种超验、独特的难以名状的心领神会，又是文学家在神与物游的过程中营造出来并具体呈现在言语作品中的“意象”。涵盖了“心领神会”与“意象”的意，朦朦胧胧，模模糊糊，闪烁不定，瞬息万变，它不仅包括了逻辑化的思想，而且包括了情感，更包括了思想与情感的复合体。何谓情感?情感属于感知的心理领域，是客观事物对人的作用而引起的肯定或否定，积极或消极的反映或体验。对于思想，我们可以条分缕析地采用精确的逻辑处理;而对于情感，我们则无法科学地加以量化，无法称出它有多重，测出它有多长，算出它有多厚。无独有偶，美国当代语言哲学家莫汉蒂(J・N・Mohnty)也深刻地阐明了这一点：“正是在知觉领域中实在的事物与人・才・完・整地显现出来。是知觉――而不是思想――给予我们关于其对象的实在感”，“但是，知觉领域总是比较模糊的：它有一个不确定的边界和中心”，因而，“语言指称达不到属于实在的所指的绝对确定性和单一性。”内涵丰富的意大于言，言要借助于“象”去传达意，则必然会出现言外之象、象外之意，最终往往出现“言有尽而意无穷”、“含不尽之意于言外”，产生言语作品本身的不确指性。
任何学习活动都是认识活动。阅读活动其实就是作为主体的学生对作为客体的言语作品的认识活动过程，是学生对课文的认知过程。马克思指出：“人的.全部认识是沿着一条错综复杂的曲线发展的。”这就告诉我们，学生进行阅读实际上是一种模糊认识，“存在着模糊――精确――模糊(主动模糊化认识)的否定之否定的曲线”。从反映功能上看，主体具有概念把握与体验把握两种基本形式，在阅读教学中前者表现为以言传意、言可尽意，后者则表现为“可以意会，不可以言传”。心理学也认为，主体的认识觉察活动可分为集中觉察与附带觉察两种方式，前者是主体注意到的觉察活动，后者即主体所没有注意到的觉察活动。概念把握与集中觉察是一种有意的意识活动，有助于产生精确清晰的认识。而体验把握与附带觉察是一种无意的潜意识活动，往往产生笼统模糊的认识。概念把握、集中觉察和体验把握、附带觉察这两个方面互为依存，相辅相成，一般是在后者模糊认识的基础上才可能产生前者的精确认识，精确认识的发展又总是伴随着模糊认识的潜在活动。譬如：教剧本时，很多教师向学生一味地灌输这样的语文知识：“剧本有三个特点，首先是有集中、尖锐的矛盾冲突，时间、地点与人物必须高度集中，人物语言必须性格化。”虽然关于剧本三个特点的术语可以给学生提供一定的想象余地，但学生对这些概念的认识仍是模糊的。只有学生在大量阅读剧本进行模糊识别与直觉体验后，才有可能真正对剧本特点产生较为精确的认识，而且这种较为精确的认识也总是或隐或显地夹杂着对具体剧本的模糊识别。没有模糊性，就不会产生精确化。在阅读活动中，模糊认识是普遍的、大量的，而精确认识是特殊的、相对的。如果将精确认识绝对化，否定与排斥阅读认知过程中实际存在的模糊状态，必然会导致课堂上概念、术语满天飞，教学内容空洞贫乏，教学方法机械呆板;以教师单调的“讲”取代学生匠心独运的读，结果是学生死记硬背住一些以概念术语形式出现的“语文知识”，而根本形成不了灵活运用的语文能力。
阅读教学所要培养的阅读能力，是由对书面语的认读能力、理解能力、鉴赏能力与评价能力构成的一种呈递级上升的能力序列。认读能力一般要借助于精确认识得以形成，而理解、鉴赏与评价能力的培养除了需要精确认识，还需要模糊认识的积极参与。对言语作品的理解、鉴赏与评价，有相当一部分是属于感受、体悟性质的，属于情感陶冶与审美熏陶的范围。“欣赏是感情的操练，可增加感情的广度、深度，也可以增加高度。”这种模糊难辩的感受与扑朔迷离的情感体悟就必须借助学生自己的模糊认识来进行，在很大程度上是只可意会难以言传的，正如诗人席勒所言：“当心灵用语言表达出来时，就不再是心灵的语言了。”
多变量模糊系统建模及控制理论分析 篇3
关键词：多变量；模糊系统建模；控制理论；分析
中图分类号： TP1 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）14-171-2
0 引言
在现实世界中有庞大的多变量模糊系统存在，这个系统其参数以及结构都具有多变性。尽管目前的多变量模糊系统的建模以及控制理论已经有了很大的提升和完善，但还是存在一些问题和缺陷，因为目前的多变量模糊系统建模与控制的方法缺乏有效性和简便性，且在计算的过程中缺乏高效简捷的方法，因而使得大部分的多变量模糊系统模型缺乏实际效用，且只能应用于变量单一的系统中。尽管后来有人也研究出了一些比较简易的模型和快捷的计算方法，但是这也使得其准确性大大降低，另外现有的模型还不能直接分析其动态的特性。因此研究和分析多变量模糊系统的建模与控制理论，为建立适用的模型提供更好的理论基础和依据就变得尤为重要。
1 多变量模糊系统中存在的问题
目前的多变量模糊系统的建模与控制仍然处于初级的发展阶段，这时已经形成了较为标准的模糊控制结构，也有一定的控制规则，但还存在一些难以克服的问题和缺陷。首先是目前系统控制的规则主要还是以理论以及操作经验为主，但是在其完善和拓展上还存在较大的困难。其次就是这时所依赖的控制器尽管是在多变量模糊系统建模以及控制理论的基础上研发出来的，但是其对于模糊系统中的各个维数的关系以及指数的增长趋势都不能进行实际意义上的控制，因此也缺乏实际意义。然后就是控制器的组成结构以及运算方式都非常复杂，很难满足实际应用的智能体系。最后就是系统的分析存在较大的难度。而目前所使用的模糊系统的建模与控制的理论大都只适合于单一的系统，因此为了更好满足工程实践以及多变量模糊系统发展的要求，就必须对其建模与控制理论进行研究和分析，从而促进多变量模糊系统的功能完善以及进一步的发展。常规模糊控制器结构如图1所示。
2 多变量模糊系统中的新颖模型
2.1 穴映射模型
为了有效的弥补目前多变量模糊系统模型的不足，专家们在应用变量论域以及模糊系统分散化的前提条件下，提出了穴映射的相关概念，即模糊穴以及穴空间，同时还建立了两种表示穴映射内部关系的模型，即推理模型和矩阵模型，另外还给出了辨识的方法以及计算的方法。当描述系统的穴映射内部的关系时，可以用矩阵R来进行表达，这样就可以获得一个矩阵的模型。这个模型的优点就是不管系统中的变量多与否，其都能应用上述的模型来进行描述和表示，即可以用一个二维的矩阵或者是并行的穴映射的矢量来进行表示，这就使得多变量模糊系统建模趋向简易化，也为防止维数爆炸提供了重要的解决途径。
2.2 动态方程模型
目前的多变量模糊系统在建模的过程中大部分只考虑了系统的外部因素，因此可以说这种多变量模糊系统的模型只是一种函数模拟器，因此很难获得其内部的动态数据用以设计控制器。而为了分析多变量模糊系统的复杂性，并对其进行有效的控制，专家们建立了一种新颖的动态方程模型，用来反映系统的各类响应，并达到获取内部控制数据的目的。这种动态的模型是依靠观测的状态来设置一个局部反应系统，用以反映内部的行为，并运用特征矢量建立相应的矢量关系，从而达到与外部行为相互呼应的效果。这种模型能够极大的简化分析的过程和环节，但是其计算出的结果却比较保守。
2.3 神经网络模型
在多变量模糊系统建模的方法中，其主要是依靠理论知识和操作经验来加以完成。但是如果理论知识不充分或者是多变量的系统太过复杂，就会导致其结构很难被辨识出来，因此为了有效的解决这一问题，专家们就研究出了一种新型的神经网络模型，从而为多变量模糊系统建模提供了一种新途径。这种神经网络模型的活跃度比较高，并且能够与模糊逻辑有效的综合起来，并为以模糊逻辑为发展基础的智能模糊系统打下了良好的理论基础。
2.4 递阶结构模型
对于多变量模糊系统来说，建模必须按照一定的层次结构来进行，因此在建模的过程中必须遵从一定的递阶结构。而递阶结构模型的出现，有效的保证了模型的完整的层次结构，并且其辨识方法也更为先进。这种模型辨识的方法就是运用递阶控制的均衡联系法来进行辨识，从而有效的促进了各个子系统之间能够达到良好的平衡状态。
3 多变量模糊系统控制理论
3.1 直接控制
在多变量模糊系统的控制理论中，首先就是直接控制。这种控制理论不需要了解和分析控制对象的的特点以及特性，同时对于促进产业化的提升具有重要的作用和意义。但是其也存在一定的缺陷，即设计出的控制器不能尽快满足控制对象的需求和特性，同时其还要考虑到变量系统的敏感性和耦合性。因此在运用的过程中，首先要学习优化计算和结构理论，以及学会推理运算的基础方式和理论。
3.2 间接控制
多变量模糊系统的间接控制中，先要为控制的对象进行建模，建模的依据就是模糊逻辑体系，然后在此基础上设计出一个符合理想标准的控制器。这种间接控制器能够为多变量模糊系统建模提供更合理的信息，其次就是能够对系统进行深入的分析，同时还能使控制理论得到进一步的完善和提升。但是其也存在一些不足，即存在不确定性，并且也缺乏一定的有效性。间接控制的方法如图2所示。
4 总结
综上所述，尽管目前人们对于多变量模糊系统的建模以及控制理论有了进一步的分析和认识，但是还没有达到完善优化的目的，因此未来研究任务还非常艰巨。因此未来多变量模糊系统建模与控制的研究方向为：加大对多变量模糊系统建模的深入分析；设计一套完整的适应多变量模糊系统发展的控制理论。只有不断进行研究和分析，才能保证多变量模糊系统建模与控制的过程能够得到有效的发展和提升。
参 考 文 献
[1] 罗运辉.非线性多变量热工过程多模型控制及其应用研究[D].山东大学，2011.
[2] 任耀庆.多变量模糊逻辑控制系统的设计及其应用[D].中南大学，2013.
[3] 任贵杰.单元机组协调控制系统的建模与控制优化研究[D].北京交通大学，2011.
[4] 赵曌.基于PLS方法的建模以及控制器设计[D].浙江大学，2012.
模糊控制理论 篇4
关键词：通信与指挥控制系统,效能评估,层次分析法,模糊理论
0 引 言
通信与指挥控制系统是由通信系统、指挥自动化系统、预警探测系统、情报侦察系统、后勤保障系统等组成的一个复杂系统[1]。近年来,随着信息技术的进步,其飞速发展,呈现出性能日益先进,功能逐步强大的趋势,极大地提高了军事通信与指挥保障能力。如何对其系统效能进行科学评估,以优化系统资源,提高系统效能已成为广大通信和网络研究人员面临的一个难题。
系统效能是预期一个系统能满足一组特定任务要求程度的度量,是系统的有效性、可靠性以及能力的函数,是在规定的条件下达到规定的使用目标的能力[2]。系统完成特定使命的能力是通过系统的一系列功能来实现的,而这一系列功能是通过大量的性能、指标来保证的,这些功能、性能、指标按一定的层次机构与关联关系有机汇集,构成了系统完成特殊使命任务的评估方法。通信与指挥控制系统由多个功能不同的子系统构成,这些子系统的每种能力涉及很多因素,各个能力之间又可能相关,因此只有建立科学、客观的关系模型和合理的评估指标和流程,才能客观地评价该系统的综合效能。
1 效能评估的过程
鉴于通信与指挥控制系统本身客体组成的复杂性及其作战运用中的诸多主观因素和不确定性,对照目前多种系统效能评价方法的特点,本文引入层次分析法和模糊理论进行综合评估。
1.1 层次分析法
层次分析法(AHP)的基本思想是把待评价的事物按层次分析关系逐层分解成多个层次,每个层次有多个元素组成,构成一个有序的递阶层次结构的元素集[3]。根据专家意见,对同一层次并属于同一个准则层的所有元素两两相互比较其重要性,再构造出判断矩阵,计算每一元素对上一层次各元素以及对总体目标的影响和贡献,求得与递阶层次结构相应的权重集,作为方案选择和决策的参考依据。
层次分析法的优点是直观性和简洁性,既有比较严格的数学原理和处理手段,又有比较简单的外在表现形式,能够体现经验与理论的统一、定性与定量的统一。层次分析法的核心是量化决策者的经验判断,从而为决策者提供定量形式的决策依据,在目标结构复杂且缺乏必要数据的情况下更为实用。
1.2 模糊理论
模糊理论(Fuzzy Theory)是为了解决真实世界中普遍存在的模糊现象而发展起来的,是基于分类的局部理论,特别适合处理用常规方法无法明确定义的模糊性问题[4]。
由于在评估中单项指标取值性质往往不同,既有定量指标,又有定性指标,可比性差,加之战场环境极其复杂,对于不同的用户需求,同一指标即使在相同的数值范围内,也会产生不同的影响。因此,在这种情况下,就需要利用专家知识,借助模糊理论将评估指标进行度量统一。
人们对指标的评价往往采用是否达到满意来描述。这样,可以把指标的评价统一为满意程度的大小。为简便起见,并结合系统综合评价的实际情况,将满意度等级映射为性能指标等级,并定义为(很好、好、良、中、差)等模糊概念,其模糊向量定义为在合评估体系结构中存在着的不同性质指标。对不同性质的指标,应采取不同方法获取指标的模糊满意度。对于定量指标,首先需要确定指标的模糊隶属函数,然后由相关专家根据单项指标的数据变化范围,计算出系统内每个指标的模糊向量。对于定性指标,很难对其给以定量化,通常采用专家模糊评价法进行处理。
1.3 评估步骤
运用层次分析法和模糊理论,对通信与指挥控制系统的效能评估步骤(见图5)如下:
(1) 在深入研究用户对通信与指控系统的作战应用需求的基础上,确定最主要的评价指标;
(2) 确立评估指标的递阶层次结构,建立通信与指挥控制系统的效能评估指标体系;
(3) 用层次分析法计算各指标的权重:首先构造指标层的两两比较判断矩阵,然后由判断矩阵计算被比较指标的相对权重,最后进行多级评判计算各层指标的组合权重;
(4) 用模糊数学理论测度每一指标的隶属度和模糊向量;
(5) 用多级模糊综合评价方法对通信与指控系统的综合效能进行评估。
2 通信与指挥控制系统效能评估的方法
2.1 效能评估指标体系层次结构模型的建立
系统效能综合评估体系[5]是指评估过程中,由一系列相互关联的本质属性指标构成的有机整体。评估指标体系即评估的标准和内容,是评估目的的具体化,确定了具体的评估方向。它描述了通信装备作战能力的主要性能参数,是通信装备战术性能、质量和保障特性的综合权衡。评估体系结构是指系统综合效能与效能指标和能力指标的层次结构关系。系统效能指标主要用于度量装备或系统在给定条件下实现其总体功能的程度,它是对装备或系统单项性能——可用性、可靠性与固有能力的综合[6,7]。
建立性能综合评估体系结构是对通信与指挥控制系统性能进行评估的前提,针对通信与指挥控制系统的工作特点和系统性能综合评估的任务需求,可以建立如图2所示的性能指标综合评估体系结构。
品质因素(B1):指系统硬件的固有属性、系统硬件结构以及后续保障能力[8]。包括可靠性、维修性、保障性3个指标。
战场生存能力(B2):指系统应对敌方强烈电子进攻和各种火力打击,维持正常工作的能力。包括抗干扰能力、抗毁生存能力、环境适应能力、机动反应能力、安全保密能力5个指标。
通信性能(B3):指系统保障作战地域内各级指挥中心以及各分系统快速、保密、可靠传输、交换、处理信息的能力。包括信息时延、呼损率、误码率、网络容量、互联互通性和覆盖范围6个指标。
综合指挥控制能力(B4):指系统综合收集和处理本级雷达站、观察哨、阵地观察网等和上级或友邻预警探测系统传来的空中情报、技侦情报、气象情报等信息,指挥机关依据软件系统、指挥控制台和手工作业设备等辅助决策手段进行指挥决策的能力。包括预警探测、情报侦察、辅助决策和自动化作业等4个指标。
2.2 构建比较判断矩阵
由于通信与指挥控制系统的效能评估指标性质不尽相同,单位也不同,很难直接进行评估,这里采用评分的办法比较它们在同一层次下的优劣程度,采用专家打分方式,将每层次的各元素进行两两比较。为了减少个别专家评分的主观性,通常邀请多个专家独立地对评价元素的相对重要程度进行评判,最后取各个评价指标中权值的平均值。具体步骤如下:
(1) 向专家进行问卷调查,以获得各个指标的相对重要程度。在此专家问卷采用美国运筹学专家T.L.Saaty提出的标度[9],如表1所示。
用P
式中:i=1,2,3,4分别对应B层的4个指标。
(2) 由判断矩阵计算比较指标的相对权重。
利用Matlab软件分别计算A-B判断矩阵X=(pij)4×4和B-C判断矩阵Y=(pij)18×18的特征向量。记A-B判断矩阵X=(pij)4×4的特征向量为W1=(w1,w2,w3,w4),其中w1,w2,w3,w4分别为B层各指标的权重系数。记Bi(i=1,2,3,4)对应C层互重要程度矩阵的特征向量为wij(j=1,2,…,18;i=1,2,3,4),则可得由wij(j=1,2,…,18;i=1,2,3,4)构成的特征矩阵W2=(wij)4×18。
(3) 对比较判断矩阵进行一致性检验。
一致性检验用来判别比较矩阵的不一致程度,可以用一致性指标CI来衡量:
式中:λmax为比较阵的最大特征根;n为比较矩阵的阶数。计算一致性比率CR, CR=CI/RI,RI为随机一致性指标,其指标见表2[9]。当CR<0.1时,可认为比较矩阵的一致性是可以被接受的,可将其特征向量作为权向量。否则,专家需要重新对两两比较判断矩阵的标度值进行调整。
(4) 计算各层指标的组合权重向量
在得到W1和W2以后,可计算出通信与指挥控制系统各评估指标的权重向量为:
式中:WZi (i=1,2,…,18)分别对应最底层各元素的综合权重系数。
2.3 单因素评判矩阵
把满意度映射为性能指标等级并定义为:E=(e1,e2,e3,e4,e5)=(很好,好,良,中,差),则可得到各元素指标属于哪一类的隶属度,设ril为专家组,对第i个指标给出第j种评判的比例(即元素指标属于el的隶属度,i=1,2,…,18;l=1,2,3,4,5),则有
2.4 进行综合模糊评价
经过上一步计算可得到通信与指挥控制系统效能综合评价的18个指标中单因素评价矩阵R,又知权重向量WZ,则可以得到综合因素评判等级的加权向量,记为RZ=(RZ1,RZ2,RZ3,RZ4,RZ5),则有RZ=WZ·R。式中·表示模糊算子,在本文中采用(·,⊕)模型,即先进行普通乘法运算,再进行环和运算[10]。
2.5 通信与指挥控制系统效能综合评价
根据最大隶属度法则,选择备选集RZ中隶属度最大的一项,即对应于性能综合评价指标的等级,如表3所示。
3 结 语
在层次分析法的基础上,将模糊理论应用于通信与指挥控制系统效能的综合评估中,其主要目的是为了更客观、更确切地反映所研究的问题, 从而实现系统性能
的最优化设计。虽然实际分析过程中可能有一定的局限性,在对各个指标进行专家打分时没有对网络拓朴结构、网络节点数量、网内用户数量、系统编组方式等对各项指标没有进行定量分析,但是此种评估的思路无疑是合理和科学的,同时也为其他通信系统的优化评估提供了一定的参考依据。
参考文献
[1]朱和平.21世纪综合电子战系统[M].北京:军事科学出版社,2003.
[2]郭齐胜,罗晓明,董志明,等.装备作战仿真概论[M].北京:国防工业出版社,2007.
[3]戴锋,邵金宏,王力.军事运筹学概论[M].北京:军事译文出版社,2002.
[4]杨军.基于模糊理论的卫星导航系统综合效能评估研究[J].宇航学报,2004,25(2):147-151,194.
[5]陈浩光,李云芝.武器系统效能评估与评估创新[J].装备指挥技术学院学报,2004(8):1-3.
[6]赵超,文传源.作战系统综合效能评估方法探索[J].电光与控制,2001(1):63-65.
[7]王国玉,肖顺平,汪连栋.电子系统建模仿真与评估[M].长沙:国防科学技术大学出版社,1999.
[8]何家琪,杨浩.军事通信装备学概论[M].北京:解放军出版社,2003.
[9]甘应爱,田丰,李维铮,等.运筹学[M].北京:清华大学出版社,2006.
模糊语言学与我国口译理论的构建 篇5
模糊语言学与我国口译理论的构建
我国口译研究现状从整体上来看,主要集中于口译教学与训练的研究和某种理论与个人经验结合的研究阶段,有待更深层次的.拓展.模糊语言学是语言学的一个新领域,这一理论可引入口译研究,构建模糊口译理论.
作 者：郑友阶 Zheng Youjie 作者单位：黄冈师范学院,外国语学院,湖北,黄冈,438000刊 名：黄冈师范学院学报英文刊名：JOURNAL OF HUANGGANG NORMAL UNIVERSITY年，卷(期)：200828(1)分类号：H0关键词：语言学 口译研究 模糊语言理论 口译理论
基于模糊理论的考试系统综合评判 篇6
关键词：模糊理论；考试系统；综合评判
中图分类号：G641文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2010) 13-0000-01
The Examination System Evaluation Based on Fuzzy Theory
Gao Bo
(16th High School of Jining,Jining272000,China)
Abstract:The use of fuzzy theory,a comprehensive online examination system evaluation,the evaluation process some useful information will not waste,so that the evaluation results and the greater scientific credibility,at the end of statistics and evaluation,its feasibility has been verified.
Keywords:Fuzzy theory;Examination system;Comprehensive evaluation
一、试卷考核水平影响因素和分级
（一）试卷考核水平影响因素
1.学生层次：学生层次主要是指试卷考核的对象属性，主要包括三年制高职、五年制高职学生还是本科学生等。对不同层次的学生应该有不同的考核标准。
2.专业区分：专业区分主要是专业类别，包括考核的学生是理科、工科、文科还是管理科等。不同专业对个别基础课程的掌握程度应该是不同的。
3.考点分布：不同专业不同层次的学生对同一门课程的掌握程度的要求是不一样的，统考试卷的考核点必须涵盖其教学要求的公共部分，考点的合理分布才能体现出试卷考核的意义。
4.题型的多样性：针对学生个体特征进行出题，不同学生对题型的适应程度是不一样的，有的喜欢做选择题，有的喜欢答论述题，有的则擅长计算题，合理的题型布局有利于增大试卷的区分程度。
5.难易程度的分布：试卷的考核基本上是以学生掌握的基本题型为基础，但在考核基础理论的同时应注重学生的知识延伸能力和举一反三能力。统考试卷更应该在考核难度上有部分提高。
（二）试卷考核水平的分级
试卷考核水平分级是进行试卷考察能力判定的一个量度，是根据考试对象、内容和性质进行划分的，涵盖专业基础课的最高水平到一般基础课的最低水平。目前，我国各地区各考种对试卷考核水平的等级划分尚不统一，根据我院基础课统考的实际情况，注重考查学生的能力和素质为目标，暂将试卷考核水平现分为四级。以百分制试卷进行说明如下表。
二、模糊综合评判基本概念
（一）模糊综合评判的定义
按确定的标准，对某一个或某一类对象中的某个因素或某个部分进行评价，称为单一评价。从众多的单一评价中获得对某个或某类对象的整体评价，称为综合评价（synthetic evaluation）。综合评价的目的，通常是希望能对若干对象按一定意义进行排序，从中挑选出最优或最劣的对象，这也叫决策过程。综合评判也是一类决策过程。
（二）灰色模糊综合评判模型的建立
1.建立评判对象的因素集。
因素就是对象的各种属性和性能，在不同的场合，也称为参数指标或质量指标，它们综合地反映出对象的质量，人们就可以根据这些因素给对象评价。
2.建立评判集。
评判集也叫评价集或决断集，它是评判者对各种总的评判结果所组成的普通集合，例如：对工业产品，评价集就是等级的集合。
3.建立单因素评判，即建立一个从X到F（Y）的模糊映射。
； ；
由 可诱导出模糊关系式R，得到模糊矩阵
则 称为单因素评判矩阵（Evaluation matrix of single factor）。于是由三元有序组 构成了
一个综合评判模型，或称综合评判空间（Comprehensive evaluation space）。
（三）确定各因素的权重分配
1.若未明确各因素恰当的权重比分配，只知道各權重的大概或近似值，则可采用下式：
2.若明确规定各因素恰当的权重比分配，则有
实际应用中的单因素评判矩阵常用统计法（如打分或投票的方法）得出。
（四）Fuzzy模糊综合评判
选择合适的Fuzzy综合函数f（如 等）进行综合，用X上的一个模糊Fuzzy集
= 表示各个因素的权重分配，若取则综合评判为记B= ，它是X上的一个模糊子集。其中
如果评判结果 ，应归一化。
模糊控制理论 篇7
高速公路具有通行能力大、行车速度高、方便交通的特点, 是现代化的必要交通设施。目前, 高速公路的控制策略一般为入口、出口匝道控制, 主线交通控制及通道交通控制。由于入口匝道控制进入高速公路的流量, 因此, 对入口匝道的控制是目前最有效也是应用最广泛的一种控制方式。但由于整个高速交通系统包含人、车及道路三部分, 和三者相互交叉作用共同形成的一个系统, 使得该系统具有明显的时变性和非线性、不确定性[1], 因此, 传统的控制方式很难实现对高速系统的精准控制。本文引入模糊控制理论, 根据操作人员的经验和当前系统的运行状态, 归纳出一套完整的控制规则, 通过对入口匝道的调节率进行调节, 实现对高速交通系统的智能控制。
2 交通流理论
为了更好的控制对象, 需要对控制对象的状态进行了解和描述, 对于高速公路来说, 交通流是描述高速公路的运行状态, 广义上还包括各种运行状态下的车流和人流。根据描述的状态可分为连续畅通状态和断流状态[2]。当交通流处于连续畅通状态时, 高速公路上的车流和人流不受其他因素的影响。交通流处于断流状态时表示车辆遇到道路指示灯、可变限速标志、情报板管制时, 车速降低或者停止。交通流类似于液体流动的模型, 因此可以利用研究液体的理论来研究交通流。
2.1 交通流特征参数
交通流参数是高速公路上管理的要素, 会因各类交通流影响而发生变化, 其设定主要依据交通流的各类特征, 高速公路上的交通主要存在三个特性:双重性, 交通管制约束司机, 但司机可自行改变车速和车距;约束性, 司机将受到车辆和高速公路的限制, 可能造成车辆间相互影响产生道路拥堵;行驶的车辆在速度和线路上存在差异。因此, 可将高速的交通流特征参数归结为车流量、密度和速度[3]。
2.2 交通流运行特征
对于交通流的运行状态研究, 选取高速的主线路段, 该路段不受其他匝道的影响。交通流的运行特征可分为横向和纵向特征。横向特征指的是车辆的横向动态, 即车辆在主线上的变换车道;纵向特征指的就是车辆的纵向动态, 这里包括车辆的速度变化, 运行状态等等。除了单一车辆的横向、纵向状态, 高速公路基本路段交通流的特征还包括车与车之间的关系, 包括超车、跟随等等。这些交通特征的关系如图1所示。
在高速公路行进中, 不考虑横向干扰, 变车道主要由于快车跟随慢车行驶, 速度较快的车辆为了保持较高速度, 会采用超车的方式, 根据不同人的行业不同, 对速度的需求不同, 在主干线上采用分车型分车道的控制方式, 控制车速不同的车辆在适合自己的车道上行驶。
3 高速入口的匝道控制
车辆进入匝道、快速道的过程可以分为两步, 首先车辆由普通公路进入匝道, 开往加速车道;经过加速车道进入高速主干道。对高速的入口匝道控制就是控制入口匝道进入主干道的交通流, 对第一步进行调整, 让入口匝道驶入主干道的交通量在该路段的通行能力范围之内, 使下游的主线流量交通顺畅。这种控制方式称为交通流量控制。对于第二步, 由于车速较快, 主要在安全上进行控制, 尽量减少汇入车辆对主干道车辆的影响, 此控制称为交通流汇入控制。本系统主要针对流量控制中的单点控制, 确定入口匝道驶进高速公路主干道的车辆使该入口匝道附近加速车道、主线的交通状况达到最好。
3.1 模糊控制理论
模糊控制算法是一种模仿人类思维的控制算法, 实现控制的方式不需要建立数学模型, 而是利用工程技术人员在某控制领域的经验制定模糊规则, 实现控制时首先将采集的数据模糊化作为模拟量的输入, 按照模糊规则进行模糊分析, 得出输出量, 加入模糊编辑器。模糊控制系统组成如图2。
3.2 高速公路入口匝道控制模糊控制器的设计
为了获得车辆的实时数据, 在高速公路主线和入口匝道上设立车间器。车间器的布置位置图如图3所示, 车检器1~8主要对主线的车辆进行检测, 车间器的距离在6m左右即可, 车间器9检测等候车辆, 10检测车辆是否到达连接处, 11为了检测公路与匝道交汇处的车辆。
首先依据高速公路入口匝道和模糊控制理论的控制原理, 设定高速公路入口匝道控制的模糊控制器结构简图如图4所示。
利用车检器获取高速公路入口匝道上游与下游的交通量及车量速度, 以及高速公路入口车辆的等待车辆的长度与占有率。模糊控制器利用监测到的数据进行研究, 根据模糊算法、专家经验为积淀的推理, 以及评价当前交通流的状态, 得出输出量, 该输出量将是入口匝道的控制数据, 调节匝道控制设备来控制进入高速公路主干道的车流量。
3.2.1 确定输入量与论域
此次设计将论域区间设定为[-E, E], [-C, C], [-U, U], 控制器采用e, ec为输入的双输入, 以Δμ为单一输出的控制器。将[-n, -n+1, -n+2, ..., 0, ..., n-1, n]设定为子集论域, n的大小反应系统的复杂程度, 当n较小时, 说明系统较简单, 反之, 则系统越复杂,
3.2.2 模糊分割
将子集{NB, NS, ZE, PS, PB}设定为输入量和输出量子集, 按NB负大, NS负小, ZE零, PS正小, PB正大进行分割, 采用三角隶属函数对隶属度进行描述, 误差e的隶属函数如图5所示。
通过三角函数得到的e, ec, Δμ隶属度如表1所示。
3.2.3 控制规则
一般的计算机语音称为形式语言, 该语言是具有规则和意义的, 不会出现模糊的概念。然而模糊规则则常使用模糊性的语言, 也可以理解为模糊规则就是有一些列的模糊语言组成。这个系统的模糊控制也不是特别分明, 出现误差时也不是必须消除, 一般会会从误差的大小和系统的稳定性两方面考虑是否进行消除误差。模糊控制的具体语句通常如下所述。
常用规则如表2。
3.2.4 模糊控制推理
根据if e=NBandec=NB thenΔu=PB;求模糊关系Ri;根据表1, 得相应的隶属函数:
由公式R1=[ (NB) e·NB) ec]T· (PB) M
模拟量输出为U*= (E*·EC*) ·R*, E*, EC*为e, ec对应的隶属度向量, , 得到的输出量为向量值, 利用加权平均法将其清晰化即可得最终的准确值。
3.3 系统仿真
安装在入口匝道上游、入口匝道下游和入口匝道上的传感器, 可检测出交通流量、占有率、速度等数据信息。高速公路入口匝道模糊控制器的输入量有6个, 这6个输入量分别为:上游占有率UO (Upstream Occupancy) 、上游速度US (Upstream Speed) 、上游流量UF (Upstream Flow) 、下游占有率DO (Downstream Occupancy) 、下游速度DS (Downstream Speed) 和匝道占有率RO (Ramp Occupancy) , 控制器的输出量有一个为入口匝道调节率MR (Metering Rate) , 通过MATLAB进行仿真, 采用6组不同的输入量进行仿真, 采用的数据及仿真得到的结果如表3所示。
由上述仿真结果可得随着高速公路的拥挤程度的加剧, 入口匝道的调节率逐步降低, 该模糊控制器取得了比较理想的结果。
4 结论
通过在匝道上安装传感器实时获得匝道的交通流量、占有率及速度等数据, 通过高速入口匝道模糊控制器进行模糊控制, 及时调整高速入口的匝道调节率, 随着高速公路的拥挤程度的加剧, 及时降低入口匝道的调节率, 提高高速公路通行能力和道路服务水平。
参考文献
[1]马明辉, 杨庆芳.高速公路主线与匝道协调控制方法[J].哈尔滨工程大学学报.2015 (12) :54-58.
[2]温旭丽, 马香.城市道路可变车道设置方法研究[J].公路交通科技 (应用技术版) .2014 (12) :78-80.
模糊控制理论 篇8
在锌冶炼的沉铁工序中,目前我国企业大部分的操作是根据沉铁反应器中pH值来确定加入挥发窑烟灰的量来沉淀溶液中的铁元素,而加挥发窑烟灰量是人工经验根据反应器中pH值来确定的,基本上属于开环控制。实际操作过程经常还会出现由于人为控制给料速度难以精确控制星形给料阀的下料速度与螺旋给料机的下料速度的匹配造成下料速度不均匀从而导致螺旋给料机下料速度跟不上,进而发生故障。
为了改变这种状况,本文提出了在该工艺中的下料系统中建立一套以西门子S7-300为平台的控制系统,使用SCL语言创建模糊控制算法,以此来引入模糊PID调节,以控制挥发窑烟灰的下料速度来提高沉铁工序反应器pH值的调节精度,达到调节要求。
2 模糊自适应P I D调节控制器设计
模糊自适应PID调节器的结构如图1所示。输入量为e和ec,在线检测后,经模糊控制算法得到PID的参数,使之自适应于e和ec的变化。
2.1 精确量的模糊化
输入、输出空间的模糊划分,维数划分得越多,控制的精度也会越高,但如果划分得太多,控制规则也就非常多,就会引起“规则爆炸”问题[1]。根据系统中对pH控制精度的要求,我们采用通常所用的7个模糊等级划分法。输入量e、ec、输出量△Kp、△Ki、△Kd的模糊集为{负大,负中,负小,零,正小,正中,正大},简写为{NB,NM,NS,PS,PM,PB},偏差,偏差变化率以及△K p的论域定义为{-3,-2,-1,0,1,2,3},△Ki、△Kd的论域为{-0.0 6,-0.0 4,-0.0 2,0,0.0 2,0.04,0.06}[2]。
选择比例因子与量化因子。假设pH值的变化范围为±0.2,则偏差量化因子即为Ke=3/0.2=15;若偏差变化率在±0.05范围内变化,则其量化因子为Kec=3/0.05=60;输出量的比例因子都选择1/3。
隶属度函数:通过隶属度函数可以将连量离散化。根据对实验数据的分析以及借鉴别人的经验,均选择三角函数作为其隶属度函数,赋值表如表1。
表示NB=1.0/-3+0.5/-2,NM=0.5/-3+1.0/-2+0.5/-1,PB=0.5/2+1.0/3
2.2 模糊规则库的建立
模糊控制规则,由诸多模糊条件语句组成,形式为“I F---H E N---”等,其实质是运行人员在操作过程中积累下来的经验。它是模糊控制器设计的前提。阶跃响应曲线能够较好地反映系统的特性,如图2所示,通过它可以归纳出针对不同的e和ec,PID参数自整定的一般原则:
在曲线起始阶段,e较大,此时△Kp的值应该取得较大一些,这样就可以加快响应速度;为防止因偏差急剧增大而发生微分过饱和现象,△Kd的值应该取得相对小一些;同时使△Ki=0,因为此时超调量比较大。
曲线中间部分,偏差不是太大,也不太小,影响系统性能的主要因素取决于△Kd的大小,△Kd宜取较小一些;同时△Kp的值也应该取得相对较小,这样可以防止超调量过大。
在最后部分,偏差量较小,为保证系统的稳定性,△Kp和△Ki都宜较大;△Kd的取值要依照ec而定,当ec较大时,△Kd的取值宜小一些,这样就可以避免出现振荡。反之△Kd可取大一些。
根据以上控制原则,可得模糊控制状态表如下,表示规则为:
R1:若偏差为PB and偏差变化率为PB,则△KP为NB
R2:若偏差为是PB and偏差变化率为PM,则△KP为NB
R49:若偏差为NB and偏差变化率为NB,则△KP是PB
2.3 模糊推理
模糊推理就是生成方法与推理合成算法。推理方法有好多种,为了取得良好的控制效果,推理规则要符合实际,符合人们的直观经验,同时,也要符合控制过程的定性分析。我们根据直浸沉铁系统的实际,以及借鉴前人的经验,选择合成推理算法。
合成推理算法基本过程如下:首先根据每条模糊规则求出对应的模糊关系,也就是Ri=(Ai and Bi)→Ci,与运算(and)和蕴含运算(→)通常都采用求交或求积;其次,用取并的方法求出总的模糊关系,即最后,求每个量的模糊集合。假设x是A’and y是B’则C’(A’and B’R(其中合成运算通常采用最大——最小法)[3]。
3 模糊自适应P I D控制在控制系统中的实现
3.1 硬件平台建立
本系统硬件平台我们使用西门子S7-300系列中高性能的S7-315-2PN/DP中央控制器,采用分布式I/O的ET200M方式实现各相关现场信号的采集,并通过PROFIBUS-DP通讯实现ET200M与中央控制器的连接,上位系统采用工业以太网实现PC与下位系统的高速通讯。
3.2 软件平台建立
软件平台我们在STEP7基础上通过安装S7-SCL软件包可实现结构化控制语言编程。结构化控制语言是一种类似计算机高级语言的编程方式,它的语法规范接近计算机中的PASCAL语言,使用SCL语言创建模糊控制算法形成标准FB功能块调用。
3.3 功能实现
在沉铁下料系统中受控对象是沉铁反应器中p H值,检测装置是反应器中加的挥发窑烟灰量。为保持沉铁反应器中pH值的设定值,需要控制好反应器中加的挥发窑烟灰量。模糊控制器,从硬件角度上看是计算机控制系统,从软件角度看是以上我们在STEP7基础上使用SCL语言创建的模糊控制算法。
本模糊自适应PID调节器以沉铁反应器内实测的pH值(ph(kT))与工艺要求的PH值(一般取ph=3.5)的偏差e(kT)=ph(kT)-ph和偏差的变化率ec(kT)=e(kT)-e[(k-1)T]作为输入,以PID控制器参数KP、KI、KD的调整增量为输出并得到新的PID控制器参数。
确定好了PID控制器的参数,也就确定了pH值与单位时间内应向反应器中加挥发窑烟灰量u的对应关系。根据单位时间内应加烟灰的量和螺旋给料机内的烟灰的重量可以确定螺旋给料的旋转速度,根据螺旋给料机内挥发窑烟灰的重量的变化大小确定星形阀的给料速度,当螺旋给料的重量增大时,星形阀的速度就减少,当螺旋给料机的重量下降时,星形给料阀的速度就增加,这样就构成了下料系统的一个闭环控制,从而实现下料量与pH值控制的平稳进行。传统pid与模糊pid调节效果对比如图3与图4所示:
4 结束语
在沉铁下料工艺中通过建立模糊控制器与西门子控制系统相结合,将常规PID控制器改善为模糊PID控制器,使其参数能进行模糊自整定;用模糊控制理论以pH值的偏差和pH值的偏差变化作为输入变量,以输出增量作为输出语言变量,可有效地实现自动控制,并改善控制的稳定性能。
参考文献
[1]Zdenko Kovacic、Stjepan Bogdan,胡玉玲(译者),张立权(译者)等.模糊控制器设计理论与应用[M].北京:机械工业出版社.2010.
[2]石辛民,郝整清.模糊控制及其MATLAB仿真.清华大学出版社[M].北京:北京交通大学出版社.2008.
模糊控制理论 篇9
PID算法是基于对过去、现在、未来的信息进行综合和估计的一种简单的控制算法,是一种基于偏差的控制方式[1,2,3]。PID控制器由于其结构简单、稳定性好、工作可靠、便于调整等特性,自从上个世纪问世以来就被广泛应用于化工、冶金、电力等行业。随着自动化技术、精密机械的发展,对PID控制器的控制性能提出了更高要求,对PID控制器的研究具有十分重要的实际意义。由于多学科的交叉性、综合性发展,为PID的发展指明了新的发展方向,将模糊理论应用于PID控制器中,实现参数的自适应调整,以改善常规PID控制器的控制特性是近年来研究的一个热点话题。
本研究从理论上分析PID控制器的设计方法,着重介绍模糊PID控制器的实现方法,将其应用于汽轮机电液调节系统,并对其进行仿真研究分析。
1 基于模糊理论的PID控制器设计方法
PID控制器设计的实质是对PID控制器中比例系数、积分时间、微分时间的设计及其优化。随着科技的进步与多学科的交叉性发展,为PID控制器的设计提供了新的思路和研究方法,目前有效的PID控制器的设计方法有:受限最优化方法[4,5]、基于预测控制的PID控制方法[6]、基于内模控制(IMC)的PID控制方法[7]、模糊PID控制方法[8,9]、基于智能技术的PID控制方法[10]、多变量PID控制等。
模糊PID控制方法的基本思想是将模糊理论应用于传统的PID控制器中,它是一种将人们日常所用的模糊性和不确定性原理转化为精确控制的一种方法。模糊逻辑控制具有适应性强、鲁棒性好等优点,将模糊逻辑控制与传统PID控制相结合,可以实现优势互补,扬长避短,克服PID控制灵活性差及对非线性、时变系统控制精度差等缺陷,具有PID控制结构简单的特点,同时又具有模糊控制灵活、适应性强的优点,能明显改善传统PID控制中存在的缺陷和不足,具有很高的实用价值。
模糊自整定PID控制系统原理框图如图1所示。模糊PID控制进程的计算是根据计算当前系统误差e和误差变化率ec的大小,考虑kp、ki、kd三者对系统误差的相互作用,根据工程设计人员的技术知识和实际操作经验来设置PID控制器的参数kp、ki、kd的值,以求得最佳控制。一般来说,选择误差e和误差变化率ec为输入语言变量,语言变量值取{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}7个模糊值,选择Δkp、Δki、Δkd为输出语言变量,输出语言变量值也取{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}7个模糊值,得到针对kp、ki、kd这3个参数分别整定的模糊规则。本研究在二输入情况下,针对控制器的比例、积分、微分的关联度及工程技术人员的经验,可得出的模糊推理规则如表1～表3所示。
根据模糊规则表,选择适当的模糊化和去模糊化方法,可以对kp、ki、kd进行动态整定,设kp0、ki0、kd0为PID控制器的初始值,则模糊PID控制器的参数计算公式如下:
在线运行过程中,控制系统通过对模糊逻辑规则结果的处理、查表和运算,完成对PID参数的在线自整定。
2 汽轮机调节系统的数学模型
随着节能减排政策的出台,工业汽轮机在工业生产过程中的应用也变得越来越广泛[11]。目前,工业汽轮机多采用电液调节系统,主要由电子调速器、电液转换器、错油门、油动机、调节汽阀、转子、转速探头等部件和环节构成。根据国内某公司设计的TXXXX汽轮机设计运行工况参数来建立调节系统的运动方程,以求得被控对象的传递函数,完成数学建模。其调节系统的数学模型如下:
(1) 汽轮机转子运动方程:工业汽轮机多为单机运行方式,根据工业汽轮机的特点,可分析得出汽轮机的转子运动方程为:
(2) 蒸汽容积方程:由于轮室和气缸的空间较大,其中贮存了很多高参数的蒸汽,当调节阀动作之后,其容积内的蒸汽参数不会发生突变,在控制过程中存在一定的滞后。根据流体的连续性方程可推出蒸汽容积方程为:
(3) 油动机运动方程:根据断流式错油门油动机的结构特性可推出油动机的运动方程为:
(4) 电液转换器的传递函数:根据动圈式电液转换器的结构特性可得出电液转换器的传递函数为:
测量反馈环节为比例环节,故K=1。
根据以上的分析讨论,可求得整个系统的被控对象传递函数为:
整个调节系统的控制框图如图2所示。
3 仿真研究
根据国内某公司设计的TXXXX拖动水泵用汽轮机设计工况参数,通过热力分析计算可得出转子的转动惯量为165.2 kg·m2,根据这个转动惯量可计算得出转子时间常数Ta=3.7 s。由于此机型采用双座阀控制,其内部空间较大,根据推算可得,汽轮机的容积时间常数为Tρ=0.06 s。针对断流式油动机的结构特性,结合实际使用的油动机特性,通过计算可得油动机时间常数为Ts=0.3 s。
根据以上各个环节的特性和数学模型,将上述各个参数代入到式(1)中,可得到被控对象的传递函数为:
仿真过程中,将系统的采样周期取为ts=0.1 s,确定偏差e和偏差变化率ec作为模糊控制器的输入,PID控制器的3个参数的增量Δkp、Δki、Δkd作为模糊控制器的输出。其模糊子集均为{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB},子集中的元素分别代表负大、负中、负小、零、正小、正中、正大。输入量e和ec在模糊集上论域的量化等级均为{-3,+3}。输出量kp在模糊集上的论域为(-0.45,+0.45),ki在模糊集上的论域为(-0.06,+0.06),kd在模糊集上的论域为(-3,+3),输入和输出变量均采用三角形隶属函数曲线分布。模糊推理方法采用Mamdani推理,根据分析采用了49条模糊推理规则。解模糊化采用重心法(centroid)。通过Matlab仿真,得到仿真系统控制器的输出如图3所示。
通过Matlab仿真,得到常规PID和模糊PID的仿真曲线,其结果如图4所示。图4表明模糊PID控制算法比常规PID算法具有更小的超调量、调节时间短,调节精度高、稳态性能好、具有较强的鲁棒性等特性。在常规PID调速器控制作用下,由于机组甩负荷等引起的转速飞升,常常造成转速飞升值超过了机械飞锤的动作阈值,机械飞锤的阈值一般为额定转速的10%左右,从而使机组造成不必要的停机,不正常的停机将造成工业生产过程的不稳定。根据仿真可以看出,利用模糊PID可以很好地解决这个问题。可以减少机组因甩负荷而造成的不必要的停机过程,可以保证整个工业生产过程的稳定性。
4 结束语
PID控制器在经历了近百年的发展之后,应用范围越来越广,在彰显其优越的控制性能和结构的同时也暴露了在现代控制系统中的缺陷。先进理论的出现,为PID控制器的发展提供了新的机遇,随着模糊理论的深入研究和发展,模糊理论与传统PID算法相结合将成为PID控制器发展的一个新方向;模糊控制在处理非线性和不确定性方面的优越性能,使模糊PID控制在未来的控制系统中得到广泛的应用,同时也将在一定的时期内成为控制领域研究的热点。自适应技术和神经网络的深化,也将为PID控制器的发展提供新的契机。由于蚁群算法在参数寻优方面有着独特的优势,随着研究的深入,如何将蚁群算法应用于PID控制器的参数寻优中,将会是以后的一个研究热点。
摘要：针对工业过程控制中传统PID控制器的不足,介绍了模糊PID控制器的设计方法,将模糊PID算法应用于汽轮机功频电液调节系统中,并将模糊PID算法与传统PID算法进行了比较。仿真研究表明,模糊PID算法比传统PID算法有更好的调节性能,模糊PID算法在保证系统快速响应的同时可以大大减小系统的超调量,可以很好地解决因机组甩负荷造成转速飞升并导致意外停机的问题。
关键词：比例积分微分控制器,模糊理论,电液转换
参考文献
[1]STUART B.The past of PID controllers[J].Annual Re-views in Control,2001,25(11):43-53.
[2]刘金琨.先进PID控制Matlab仿真:第2版[M].北京:电子工业出版社,2003.
[3]ASTROMK J,HAGGLUND T.The future of PID control[J].Control Engineering Practice,2001,9(11):1163-1175.
[4]LI Yun,KIAM H A,GREGORY C C.PID control systemanalysis and design[J].IEEE Control Systems Maga-zine,2006(2):1032-1041.
[5]王伟,张晶涛,柴天佑.PID参数先进整定方法综述[J].自动化学报,2000,26(3):1-5.
[6]杨智,朱海峰,黄以华.PID控制器设计与参数整定方法综述[J].化工自动化仪表,2005,32(5):1-7.
[7]YESILE,GUZELKAYAM,EKSINI.Self tuning fuzzy PIDtype load and frequency controller[J].Energy Conversionand Management,2004,45(3):377-390.
[8]蔡自兴.智能控制原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2007.
[9]LEONID R,GHANAYEMB O,BOURMISTROVC A.PIDplus fuzzy controller structures as a design base for industrialapplications[J].Engineering Applications of Articial In-telligence,2000,13(7):419-430.
[10]葛宝明,林飞,李国国.先进控制理论及其应用[M].北京:机械工业出版社,2007.
模糊控制理论 篇10
我国第一条高速公路自从1988年建设以来, 高速公路的建设速度快速发展[1]。截止2013年底, 我国高速公路总里程已达10.4万公里, 总里程位居世界第一, 导致道路交通事故死亡人数也是世界上最多的国家之一。为了使高速公路更加安全, 充分体现高速公路“安全、高效、高速、舒适”的优点, 我国高速公路运营管理单位加大对高速公路智能化和信息化的建设步伐。
二、模糊控制理论的发展
2.1模糊控制概述
模糊控制实质上是一种非线性控制, 从属于智能控制的范畴。模糊控制的一大特点是既有系统化的理论, 又有大量的实际应用背景。模糊控制的发展最初在西方遇到了较大的阻力;然而在东方尤其是日本, 得到了迅速而广泛的推广应用。近20多年来, 模糊控制不论在理论上还是技术上都有了长足的进步, 成为自动控制领域一个非常活跃而又硕果累累的分支。其典型应用涉及生产和生活的许多方面, 例如在家用电器设备中有模糊洗衣机、空调、微波炉、吸尘器、照相机和摄录机等;在工业控制领域中有水净化处理、发酵过程、化学反应釜、水泥窑炉等;在专用系统和其它方面有地铁靠站停车、汽车驾驶、电梯、自动扶梯、蒸汽引擎以及机器人的模糊控制[3]。
2.2模糊控制原理
1、专家的经验和知识。
模糊控制也称为控制系统中的专家系统, 专家的经验和知识在其设计上有余力的线索。人类在日常生活常中判断事情, 使用语言定性分析多于数值定量分析;而模糊控制规则提供了一个描述人类的行为及决策分析的自然架构;专家的知识通常可用if….then的型式来表述。藉由询问经验丰富的专家, 获得系统的知识, 并将知识改为if….then的型式, 如此便可构成模糊控制规则。除此之外, 为了获得最佳的系统性能, 常还需要多次使用试误法, 以修正模糊控制规则。
2、操作员的操作模式。
现在流行的专家系统, 其想法只考虑知识的获得。专家可以巧妙地操作复杂的控制对象, 但要将专家的诀窍加以逻辑化并不容易, 这就需要在控制上考虑技巧的获得。许多工业系统无法以一般的控制理论做正确的控制, 但是熟练的操作人员在没有数学模式下, 却能够成功地控制这些系统:这启发我们记录操作员的操作模式, 并将其整理为if….then的型式, 可构成一组控制规则。
三、高速公路智能化模糊控制模型
监控指利用设置在外场的监视设备, 对道路的路况、天气、车流量等参数进行实时测量和监视, 利用通信系统将实时高速公路交通信息传送到监控中心。同时依据外场设备监测所得到的各种数据, 并依据外场监控方式对数据进行分析、判读和决策, 将最终的数据统计结果发送及时信息, 实现控制高速公路上的交通流量、改善交通环境、减少事故发生率。
四、前景应用
模糊控制算法在国内外高速公路智能化中广泛研究, 本人参与某项目中充分利用高速公路的设备, 并结合高速公路路段的情形, 合理制定出一套基于模糊控制算法技术的解决方案。为了快速得到路况异常信息, 我们使用模糊控制算法对采集信息进行智能研判, 得到相应的路况信息分析结果。为了保证路况信息准确性, 当分析结果为异常信息时, 指挥中心软件平台系统立刻报警并提供异常信息对应的高速公路应急预处理方案, 交通管理工作人员第一时间根据指挥中心软件平台提供的异常信息及对应的高速公路应急预处理方案作出相应的路况信息发布。
五、结论
目前我国实施的模糊控制技术, 大都是比较简单方法直接控制路面情况。虽然由于我国高速公路模糊控制系统硬件设备的配置较为齐全, 但由于控制的落后, 依旧同发达国家有一定的差距。由于我国高速公路基础硬件设施比较齐全, 充分利用模糊算法对这些基础设备进行控制以解决高速公路异常情况。在以后对我国高速公路进行开发、运用时要从我国的实际情况出发, 根据其特点, 结合先进的控制方法和监控系统, 来提高我国的高速公路监控中模糊控制技术的运用。
摘要：伴随着我国经济快速发展, 我国高速公路里程大幅度增加, 同时大量的交通事故及交通拥堵也日趋严重。高速公路智能化是将原来单一的设备采集信息变为不同类型设备采集的信息进行有效地融合和挖掘。本文集中讨论如何将模糊控制理论应用到高速公路智能化中。
关键词：高速公路,智能化,模糊控制理论
参考文献
[1]胡宝清.模糊理论基础:武汉大学出版社, 2010年6月1日
[2]L A Zadeh Fuzzy Sets in Information and Control.1965, 8:338~353
[3]E H Mamdani, Applications of Fuzzy Algorithms for Control of Simple Dynamic Plant, Proc IEE, 1974, 121:1585~1588.
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