一、模糊控制基本原理

1.模糊控制器

模糊控制（Fuzzy Control-FC）又稱為模糊邏輯語言變量控制，簡稱為模糊控制或稱為模糊邏輯控制（FLC），是以模糊集合論，模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎的計算機智能控制。模糊控制的核心部分為模糊控制器，模糊控制器的控制規則由計算機程序實現。圖1為模糊控制原理圖。

模糊控制器可分為三個部分組成：

（1）模糊化接口（Fuzzy interface）

模糊控制器的輸入必須通過模糊化才能用于控制輸出的要求，因此它實際上是模糊控制器的輸入接口。它的作用是將真實的確定量輸入轉換為一個模糊矢量，如下所示：

e=負大，負中，負小，零，正小，正中，正大。

三角形隸屬度函數表示如圖2 所示，N B （負大）、N M （負中）、N S （負小）、Z 0 （零）、P S （正小）、P M （正中）、P B （正大）。

（2）知識庫（Knowledge Base）

知識庫包含數據庫和規則庫A.數據庫（Data Base）

數據庫所存放的是所有輸入，輸出變量的全部模糊子集的隸屬度矢量值，在規則推理的模糊關系方程求解過程中，向推理機提供數據。

B.規則庫（Rule Base）

模糊控制器的規則是基于專家知識或手動操作員長期經驗的積累，是按人的直覺推理的一種語言形式。模糊規則通常由一系列的關系詞連接而成，如if-then,else,also,end,or等。

（3）推理與解模糊接口（Interence andDefuzzy-interface）

推理是模糊控制器中，根據輸入模糊量，由模糊控制規則完成模糊推理來求解模糊關系方程，并獲得模糊控制量的功能部分。推理結果的獲得，表示模糊控制的規則推理功能已經完成。但是，獲得的結果仍是一個模糊矢量，不能直接用來作為控制量，要作進一步轉換，求解清晰的控制量輸出，即為解模糊，通常把輸出端具有轉換功能作用的部分稱為解模糊接口。

解模糊的方法常用的有：重心法，最大隸屬度法，系數加權平均法，中位數法等。

A.重心法，也稱力矩法。它取推理結論模糊集合隸屬函數曲線與橫坐標軸所圍成面積的重心作為代表點。重心法的實質為加權平均法，權值為推理結論模糊集合中各元素的隸屬度。

B.最大隸屬度法，最大隸屬度法時指在推理結論的模糊集合中選取隸屬度最大的元素作為精確控制量的方法。

C.系數加權平均法，系數加權平均法是指輸出量模糊集合中各元素進行加權平均后輸出值作為輸出執行量，權系數的選擇要根據實際情況確定，不同的權系數決定由不同的響應特性。

D .隸屬度限幅元素平均法，隸屬度限幅元素平均法是用所確定的隸屬度度值對推理結論模糊集合隸屬函數曲線進行切割，再對切割后等于該隸屬度的所有元素進行平均，用這個平均值作為輸出執行量的方法。

E.中位數法，中位數法是全面考慮推理結論模糊集合各部分信息作用的一種方法，即把隸屬度函數曲線與橫坐標所圍成的面積分成兩部分，在兩部分相等的條件下，將兩部分分界點對應的論域元素作為判定結果，這種方法可以充分地利用輸出模糊集合所包含的信息。

2.模糊控制器的結構

在確定性控制系統中，根據輸入變量和輸出變量的個數，可以分為單變量控制系統和多變量控制系統，在模糊控制系統中，也可以類似的劃分。

（1）單變量模糊控制器（Single VariableFuzzy Controller）

在單變量控制系統中，輸入變量的個數定義為模糊控制器的維數，一般包括一維模糊控制器，二維模糊控制器，三維模糊控制器等，維數越多，控制系統控制精度也越高。但是維數選擇太高，模糊控制規律就過于復雜，基于模糊合成推理的控制算法的計算機實現就越困難，這也是大家設計模糊控制器時，多采用二維控制器的原因。

（2）多變量模糊控制器（Multiple VariableFuzzy Controller）

多變量模糊控制器，具有多變量結構。直接設計一個多變量模糊控制器是相當困難的，可利用模糊控制器本身的解耦特點，通過模糊關系方程分解，在控制器結構上實現解耦，即將一個多輸入多輸出的模糊控制器，分解成若干個多輸入單輸出模糊控制器，采用單變量模糊控制器方法設計。

二、模糊pid控制

在一般的模糊控制系統中，考慮到模糊控制器實現的簡易性和快速性，采用單變量二維模糊控制的結構形式，方便計算。用浮選液位值和輸入值的差值E,和它的差值變化EC為輸入語句變量，因此它具有類似于常規pd控制的作用，采用該類模糊控制器的系統可能獲得良好的動態響應特性，而靜態性能不能令人滿意。由線性控制理論可知，積分控制作用能消除穩態誤差，但動態響應慢，比例控制作用動態響應快，而比例積分控制作用既能獲得較高的穩態精度，又能具有較高的動態響應。因此，把PI控制策略引入Fuzzy控制器，構成Fuzzy-PI,或說是Fuzzy-PID復合控制，是改善模糊控制器穩態性能的一種途徑。

目前采用這種復合控制器有多種控制形式，其中包括，具有積分項的模糊控制器，混合型模糊PID控制器，誤差e模糊積分的PID模糊控制器，Fuzzy-PID開關切換控制，Smith-Fuzzy控制器，設定值遷移模糊PID控制器。

采用混合型模糊PID算法，將常規液位控制PID和二維液位模糊器相并聯而成。常規PI控制器輸出為u1和二維模糊控制器u2相疊加，作為混合型模糊PID控制器的總輸出。

即：U=ul+u2

控制圖如圖3所示。

三、總結

PID控制器和模糊控制器的有機結合揚長避短，既保證了系統的穩態性能，又使得系統具有滿意的動態性能，尤其適合特定復雜系統的各項指標要求，對生產需要穩定的工藝參數有著重大的意義。

本系統應用在選礦工業控制過程中獲得了良好的控制效果。