專利名稱：模糊控制表自動(dòng)生成及優(yōu)化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有關(guān)一種模糊控制表生成技術(shù)，尤其是涉及一種模糊控制表自動(dòng)生成及優(yōu)化的方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的自動(dòng)控制，包括經(jīng)典理論和現(xiàn)代控制理論中有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即控制器的綜合設(shè)計(jì)都要建立在被控對(duì)象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型(如微分方程、傳遞函數(shù)或狀態(tài)方程)的基礎(chǔ)上，但是在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，很多系統(tǒng)的影響因素很多，十分復(fù)雜。建立精確的數(shù)學(xué)模型特別困難，甚至是不可能的。這種情況下，模糊控制的誕生就顯得意義重大，模糊控制不用建立數(shù)學(xué)模型，根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的輸入輸出的結(jié)果數(shù)據(jù)，參考現(xiàn)場(chǎng)操作人員的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，就可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。模糊控制實(shí)際上是一種非線性控制，從屬于智能控制的范疇。模糊控制具有的突出特點(diǎn)(1)模糊控制是一種基于規(guī)則的控制，它直接采用語言型控制規(guī)則，出發(fā)點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)操作人員的控制經(jīng)驗(yàn)或相關(guān)專家的知識(shí)，在設(shè)計(jì)中不需要建立被控對(duì)象的精確的數(shù)學(xué)模型，因而使得控制機(jī)理和策略易于接受與理解，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，便于應(yīng)用。(2)由工業(yè)過程的定性認(rèn)識(shí)出發(fā)，比較容易建立語言控制規(guī)則，因而模糊控制對(duì)那些數(shù)學(xué)模型難以獲取，動(dòng)態(tài)特性不易掌握或變化非常顯著的對(duì)象非常適用。(3)基于模型的控制算法及系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，由于出發(fā)點(diǎn)和性能指標(biāo)的不同，容易導(dǎo)致較大差異；但一個(gè)系統(tǒng)語言控制規(guī)則卻具有相對(duì)的獨(dú)立性，利用這些控制規(guī)律間的模糊連接，容易找到折中的選擇，使控制效果優(yōu)于常規(guī)控制器。(4)模糊控制是基于啟發(fā)性的知識(shí)及語言決策規(guī)則設(shè)計(jì)的，這有利于模擬人工控制的過程和方法，增強(qiáng)控制系統(tǒng)的適應(yīng)能力，使之具有一定的智能水平。(5)模糊控制系統(tǒng)的魯棒性強(qiáng)，干擾和參數(shù)變化對(duì)控制效果的影響被大大減弱，尤其適合于非線性、時(shí)變及純滯后系統(tǒng)的控制。
然而，模糊控制技術(shù)也具有很多的缺陷，其主要表現(xiàn)在，模糊控制的(1)精度不太高；(2)自適應(yīng)能力有限；(3)易產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象。為了解決上述問題，業(yè)界人士經(jīng)過不斷的努力，研發(fā)出很多新的模糊控制系統(tǒng)，如具有自學(xué)習(xí)功能的模糊控制，其即包括多種對(duì)外擾影響或重復(fù)任務(wù)的性能具有自學(xué)習(xí)功能的模糊控制方法，以及自尋優(yōu)模糊控制器等，其關(guān)鍵在于學(xué)習(xí)和尋優(yōu)算法的設(shè)計(jì)，尤其是提高其速度和效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種模糊控制表自動(dòng)生成及優(yōu)化的方法，可以利用少量數(shù)據(jù)得到模糊控制表，并利用計(jì)算機(jī)輔助分析得至最優(yōu)化模糊控制表。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的種模糊控制表自動(dòng)生成及優(yōu)化的方法，可以利用少量數(shù)據(jù)得到模糊控制表，并利用計(jì)算機(jī)輔助分析得至最優(yōu)化模糊控制表，其包括以下步驟第一步，將控制系統(tǒng)組成數(shù)字PID控制，記錄系統(tǒng)的誤差Xij(其中i＝1，2，3，4；j＝0，1，2，3…N)、輸出Yj(j＝0，1，2，3…N)和控制數(shù)據(jù)輸出的時(shí)間間隔t；第二步，輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用輔助計(jì)算機(jī)進(jìn)行回歸分析，得到初表數(shù)據(jù)，即誤差率X2j＝(X1j-X1j-1)/t(j＝1，2，…N)；誤差率變化X3j＝(X2j-X2j-1)/t(j＝2，3，…N)；累積誤差X4j＝X10+X11+X12…+X1N(j＝0，1，2…N)；第三步，利用上述數(shù)據(jù)，按最小二乘估計(jì)出b0、b1…b4，使得y＝b1X1+b2X2+b3X3+b4X4+b0，并同時(shí)算出各組數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)值，平均值Y平和Xi平(i＝1，2，3，4)；標(biāo)準(zhǔn)差σY和σi(i＝1，2，3，4)；最大值Ymax和Xmax i(i＝1，2，3，4)；最小值Ymin和Xmin i(i＝1，2，3，4)；第四步，取模糊控制表各輸入控制端的分組數(shù)Mi≥(Xmax i-Xmin I)/σi；各組的代表值初步取為Xi±kσi平，k＝0，1，2…Mi(i＝1，2，3，4)，利用計(jì)算機(jī)輔助分析，形成模糊控制初表；第五步，確定控制表控制效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)，將各指標(biāo)Fp(x)乘以權(quán)系數(shù)ωp組成最優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)min f(x)＝∑ωpFp(x) (p＝1，2…M)x∈Rn；第六步，將被測(cè)系統(tǒng)以模糊控制初表工作，利用計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，通過對(duì)記錄數(shù)據(jù)的分析及上述公式，得到最優(yōu)化的模糊控制表。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是可以利用少量數(shù)據(jù)得到最優(yōu)化模糊控制表，節(jié)省模糊控制系統(tǒng)模糊控制表的建立工作過程中的人力，提高工作效率。


圖1為本發(fā)明模糊控制表自動(dòng)生成及優(yōu)化的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
請(qǐng)參閱圖1所示，本發(fā)明種模糊控制表自動(dòng)生成及優(yōu)化的方法，可以利用少量數(shù)據(jù)得到模糊控制表，并利用計(jì)算機(jī)輔助分析得至最優(yōu)化模糊控制表，其包括以下步驟第一步，將控制系統(tǒng)組成數(shù)字PID控制，記錄系統(tǒng)的誤差Xij(其中i＝1，2，3，4；j＝0，1，2，3…N)、輸出Yj(j＝0，1，2，3-----N)和控制數(shù)據(jù)輸出的時(shí)間間隔t；第二步，輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用輔助計(jì)算機(jī)進(jìn)行回歸分析，得到初表數(shù)據(jù)，即誤差率X2j＝(X1j-X1j-1)/t(j＝1，2，…N)；誤差率變化X3j＝(X2j-X2j-1)/t(j＝2，3，…N)；累積誤差X4j＝X10+X11+X12…+X1N(j＝0，1，2…N)；在本實(shí)施例中，取N＝42…102，因?yàn)閄2要從第2個(gè)開始有效，而X3要從第3個(gè)數(shù)據(jù)開始有效，所以實(shí)際有用數(shù)據(jù)為40…100組。
第三步，利用上述數(shù)據(jù)，按最小二乘估計(jì)出b0、b1…b4，使得y＝b1X1+b2X2+b3X3+b4X4+b0，并同時(shí)算出各組數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)值，平均值Y平和Xi平(i＝1，2，3，4)；標(biāo)準(zhǔn)差σY和σi(i＝1，2，3，4)；最大值Ymax和Xmax i(i＝1，2，3，4)；最小值Ymin和Xmin i(i＝1，2，3，4)；第四步，取模糊控制表各輸入控制端的分組數(shù)Mi≥(Xmax i-Xmin i)/σi；各組的代表值初步取為Xi±kσi平，k＝0，1，2…Mi(i＝1，2，3，4)，利用計(jì)算機(jī)輔助分析，形成模糊控制初表；在本實(shí)施例中，取i＝1，2，3，即3個(gè)輸入控制端(X1、X2及X3)，且每項(xiàng)均取5組數(shù)據(jù)，得到模糊控制初表如下表

第五步，確定控制表控制效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)，包括控制精度、響應(yīng)速度、超調(diào)量等系統(tǒng)性能指標(biāo)和輸入變量個(gè)數(shù)、分級(jí)數(shù)等反映模糊控制結(jié)構(gòu)性能等指標(biāo)，將各指標(biāo)Fp(x)乘以權(quán)系數(shù)ωp組成最優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)min f(x)＝∑ωpFp(x) (p＝1，2…M)x∈Rn；其約束條件由各評(píng)價(jià)指標(biāo)、自變量的論域、以及系統(tǒng)必須滿足的設(shè)計(jì)指標(biāo)組成。
第六步，將被測(cè)系統(tǒng)以模糊控制初表工作，利用計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，通過對(duì)記錄數(shù)據(jù)的分析及上述公式，得到最優(yōu)化的模糊控制表。
綜上所述，本發(fā)明完成了發(fā)明人的目的，可以利用少量數(shù)據(jù)得到最優(yōu)化模糊控制表，節(jié)省模糊控制系統(tǒng)模糊控制表的建立工作過程中的人力，提高工作效率。
權(quán)利要求
1.一種模糊控制表自動(dòng)生成及優(yōu)化的方法，可以利用少量數(shù)據(jù)得到模糊控制表，并利用計(jì)算機(jī)輔助分析得至最優(yōu)化模糊控制表，其包括以下步驟第一步，將控制系統(tǒng)組成數(shù)字PID控制，記錄系統(tǒng)的誤差Xij(其中i＝1，2，3，4；j＝0，1，2，3…N)、輸出Yj(j＝0，1，2，3-----N)和控制數(shù)據(jù)輸出的時(shí)間間隔t；第二步，輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用輔助計(jì)算機(jī)進(jìn)行回歸分析，得到初表數(shù)據(jù)，即誤差率X2j＝(X1j-X1j-1)/t (j＝1，2，…N)；誤差率變化X3j＝(X2j-X2j-1)/t (j＝2，3，…N)；累積誤差X4j＝X10+X11+X12…+X1N(j＝0，1，2…N)；第三步，利用上述數(shù)據(jù)，按最小二乘估計(jì)出b0、b1…b4，使得y＝b1X1+b2X2+b3X3+b4X4+b0，并同時(shí)算出各組數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)值，平均值Y平和Xi平(i＝1，2，3，4)；標(biāo)準(zhǔn)差σY和σi(i＝1，2，3，4)；最大值Ymax和Xmaxi(i＝1，2，3，4)；最小值Ymin和Xmini(i＝1，2，3，4)；第四步，取模糊控制表各輸入控制端的分組數(shù)Mi≥(Xmaxi-XminI)/σi；各組的代表值初步取為Xi±kσi平，k＝0，1，2…Mi(i＝1，2，3，4)，利用計(jì)算機(jī)輔助分析，形成模糊控制初表；第五步，確定控制表控制效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)，將各指標(biāo)Fp(x)乘以權(quán)系數(shù)ωp組成最優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)min f(x)＝∑ωpFp(x)(p＝1，2…M)x∈Rn；第六步，將被測(cè)系統(tǒng)以模糊控制初表工作，利用計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，通過對(duì)記錄數(shù)據(jù)的分析及上述公式，得到最優(yōu)化的模糊控制表。
2.如權(quán)利要求1所述的模糊控制表自動(dòng)生成及優(yōu)化的方法，其特征在于所述PID控制也可以為P控制。
3.如權(quán)利要求1所述的模糊控制表自動(dòng)生成及優(yōu)化的方法，其特征在于所述PID控制也可以為PI控制。
4.如權(quán)利要求1所述的模糊控制表自動(dòng)生成及優(yōu)化的方法，其特征在于所述PID控制也可以為PD控制。
5.如權(quán)利要求1所述的模糊控制表自動(dòng)生成及優(yōu)化的方法，其特征在于其中所述及的i可以僅為1，2，3，4中的部分值。
全文摘要
一種模糊控制表自動(dòng)生成及優(yōu)化的方法，可以利用少量數(shù)據(jù)得到模糊控制表，并利用計(jì)算機(jī)輔助分析得到模糊控制表，首先將控制系統(tǒng)組成數(shù)字PID控制，記錄系統(tǒng)的誤差、輸出和控制數(shù)據(jù)輸出的時(shí)間間隔；接著輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用輔助計(jì)算機(jī)進(jìn)行回歸分析，得到初表數(shù)據(jù)，取模糊控制表各輸入控制端的分組數(shù)；利用計(jì)算機(jī)輔助分析，形成模糊控制初表；確定控制表控制效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)，并組成最優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)將被測(cè)系統(tǒng)以模糊控制初表工作，利用計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，通過對(duì)記錄數(shù)據(jù)的分析及上述公式，得到最優(yōu)化的模糊控制表。
文檔編號(hào)G05B13/00GK1779584SQ20041008478
公開日2006年5月31日 申請(qǐng)日期2004年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月26日
發(fā)明者施海鋒, 周濱海 申請(qǐng)人:上海工程技術(shù)大學(xué)