29、模糊控制技术详解

模糊控制技术详解

1. 模糊控制技术概述

模糊控制技术最初由Mamdani的开创性研究提出，用于结构上难以建模的系统，其灵感来源于Zadeh关于模糊集理论的系统分析论文。自那以后，模糊控制理论成为学术界和工业界广泛研究的领域之一，有许多理论发展和实际应用的报道。当精确的系统分析模型不可用、无法获得或过于复杂而无法用于控制时，模糊控制为处理复杂系统中的不确定性和非线性提供了一个系统而有效的框架，是传统控制方法的一个有吸引力的替代方案。

2. 基于知识的模糊控制

基于知识的模糊控制通常在没有明确的系统分析模型时使用，对于不熟悉控制理论的工程师来说，它直观易懂且易于设计。当被控系统遵循一些一般的运行特性时，可以根据被控系统的行为知识和人类操作员的经验构建模糊控制器。这种方法能够定性地捕捉系统动态，并且易于在实时应用中执行。在这种模糊控制设计中，每个模糊控制规则代表对应于某些控制输入值的局部系统行为，然后基于各个局部模糊规则的聚合构建全局模糊控制器。

2.1 模糊PID控制

模糊比例 - 积分 - 微分（PID）控制器是最简单的模糊控制器版本，它是一种启发式控制方法，无需任何明确的系统分析模型即可设计。由于其结构简单且在广泛的运行条件下具有鲁棒性能，已广泛应用于各种工业问题。

控制动作取决于误差 $e(t)$、误差的变化 $c(t)$ 和误差的积分 $b(t)$，计算公式如下：
- $e(t) = y_d(t) - y(t)$
- $c(t) = \frac{d}{dt}e(t)$
- $b(t) = \int e(t)dt$

其中，$y_d(t)$ 是期望的系统输出，$