1 引言
自1965年美國l．a．zadeh教授發表了著名的“fuzzy sets”論文以來，模糊集理論及應用研究不斷深入，在控制領域形成了一門新技術—模糊控制[1]。模糊控制技術在復雜、大滯后、難以建立精確的數學模型的非線性控制過程中表現出了優越的性能，是對傳統控制的有力補充。模糊控制機制是以條件語句表述的控制規則來刻畫的，因此它帶有明顯的人類智能思維特征。近年來，模糊控制技術得到了蓬勃發展，已成為智能控制的一個主要分支[2]。
本文提出了一種通用復合模糊控制器，該控制器可根據要求在線調整量化因子ke、kec及比例因子ku，并采用復合控制結構，增加了比例積分環節，提高了系統的靜態性能。仿真結果表明，該控制器是可行有效的。
2 自調整模糊控制器的設計
2.1 自調整模糊控制器的結構
自調整模糊控制器的結構如圖1所示。系統采用典型的二維模糊控制器結構。
圖1 自調整模糊控制器結構圖
輸入變量為誤差e和誤差變化率ec，輸出控制變量為u，與之相對應的模糊變量分別為e，ec，u。各模糊集合的語言值都分7檔，表示為:{nl，nm，ns，z0，ps，pm，pl}，e和u對應語言變量的論域為:[＋6，-6]，ec對應語言變量的論域為:[＋3，－3]。高斯型函數具有很好的光滑性及對稱性，圖形沒有零點而且具有比較清晰的物理意義，能很好地描述和逼近隸屬度函數。因此本文的隸屬度函數均選用高斯性。
2.2 參數調整規則的制定
在模糊控制器設計中，量化因子ke、kec和比例因子ku對系統的靜、動態性能有重要影響[3]。增大ke，相當于縮小誤差的基本論域，增強誤差的控制作用，導致上升速率加大，超調增大;減小ke，會使系統調節惰性變大;kec增大，將增加系統穩定性，但kec過大將導致系統的過渡過程時間變長，而kec過小可能考之過大的超調和振蕩;ku相當于系統總的放大倍數，ku增大系統響應速度增大，但過大會產生超調，ku過小，系統穩態精度變差。
因此，當e和ec很大時，控制系統要減小誤差，加快動態過程，取較大的控制量，這要求減小ke和kec，增大ku;當e和ec很小時，則要提高系統精度，減小超調，即增大ke和kec，同時減小ku。為了方便設計，我們取ke和kec減小(增大)的倍數與ku增大(減小)的倍數相同。這個系數的選擇采用普通模糊控制，輸入為誤差和誤差變化率，輸出為調節系數h，h的語言值分七擋，{很小，較小，小，中，大，較大，很大}，或者{vs，rs，s，m，l，rl，vl};論域為:{s/8, s/4, s/2, s, 2s, 4s ,8s}，s的大小根據不同的系統而定。根據調整規則，可以得到如附表所示的控制規則表。
附表 參數自調整控制規則表
e
nl nm ns z0 ps pm pl
nl vs ps s m s rs vs
nm rs s m l m s rs
ns l m l rl l m s
ec z0 m l rl vl rl l m
ps s m l rl l m s
pm rs s m l m s rs
pl vs rs s m s rs vs
3 復合模糊控制的設計
考慮到模糊控制的本質是一個有差系統，不能消除誤差，故控制精度受到影響。眾所周知，積分環節可以消除系統的靜態誤差。將常規積分器和模糊控制器并聯，構成模糊積分復合方式。如圖2所示。積分環節直接對誤差的精確量積分，只要有偏差積分環節就起作用，直到積分飽和;只有偏差為零時積分作用才停止。然后與模糊控制器的輸出控制作用疊加構成總的控制作用u*。
4 通用復合模糊控制器的設計
通用復合模糊控制器采用參數自調整模糊控制器結合積分環節的方式，即在自調整模糊控制器的基礎上，把積分環節引入到系統中。
5 通用復合模糊控制器的仿真研究
本文用matlab軟件的simubbbb進行模糊控制系統的仿真實驗。首先，通過模糊邏輯工具箱建立模糊控制器[4]。運行fuzzy命令，進入模糊邏輯編輯窗口，利用fis editor建立e、ec、u的論域、語言變量、隸屬度函數，以及模糊控制規則、決策法、模糊判決法等。然后，存盤建立fis型文件。再用readfis函數來實現fis型文件(模糊控制器)同simubbbb的鏈接。最后，用simubbbb建立如圖3所示的仿真結構圖(以二階系統為例)。在simubbbb的fuzzy logic controller中塊參數中輸入fis型文件的名稱就可以進行模糊控制系統的仿真了。
圖2 復合模糊控制系統框圖
分別對傳遞函數為，，的被控對象進行了仿真實驗。其結果如圖4所示。
圖3 通用復合模糊控制器仿真結果圖
圖4中，標號為②的曲線是普通模糊控制器所得到的仿真結果，標號為①的曲線是通用復合模糊控制器所得到的仿真結果。圖4中(c)和(d)分別是對象為g3(s)時，取不同參數時的仿真的結果。
6 結束語
提出了量化因子、比例因子自調整模糊控制器與積分環節結合的新的通用復合模糊控制器。并對不同的被控對象，采用matlab的simubbbb進行了數字仿真實驗研究。結果說明采用這種復合模糊控制器，系統不僅比普通模糊控制器具有更好的動態和穩態性能，系統的魯棒性也得到了很大的提高。
：鞏經理
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