[发明专利]仿人直觉推理式模糊控制器

说明书

技术领域

本发明涉及模糊控制技术领域，具体涉及一种基于常规逻辑器件的仿人直觉推理式模糊控制器。

背景技术

众所周知，模糊控制器是一种基于语言规则的智能控制器，现已应用于各种工业过程控制和家电控制领域，但是模糊控制器的设计对设计者具有较高的技术门槛，因而限制了它进一步的推广应用。自模糊控制器的产生以来，人们应用它最直接的动力来自于：一些生产现场有许多成功的人工操作经验，这些经验可写成IF-THEN语言规则形式，人们希望利用控制装置来复制人类大脑的控制行为。但是，人类的语言具有模糊性，控制装置都是基于具体数值的，这成为了复制人脑的控制行为最大的障碍。模糊数学的出现，人们自然想到了利用模糊集合理论来处理语言规则的问题。例如，人们普遍认为：汽车速度“很快”的大致范围为80km/s～150km/s，汽车速度“稍快”的大致范围为60～90km/s，现有某汽车的实际行驶速度84km/s，那么这辆汽车的速度属于“很快”还是属于“稍快”呢？显然，两个模糊集“很快”与“稍快”存在部分重叠。正因为人类语言是允许这种重叠的存在的，所以不同人有不同的答案，既可说成“很快”，也可说成“稍快”。一种有效处理工具就是隶属度函数。例如，通过事先定义隶属度函数，我们可取此汽车的速度属于“很快”的隶属值为0.4，属于“稍快”的隶属值为0.6。这就是说，一个具体的数值可以同时藕合2个(或以上)模糊集，由此能同时激活多条语言规则。这就要求我们在设计糊控制器时必须考虑规则的“合成”(综合)推理问题。目前，模糊控制器产品都是基于“合成”推理的。但是，许多一线工程师因对模糊集的“合成”推理难以理解，应用与维护较难而弃用。因此，在一些场合，人们需要的是一种易学易用且效果可靠的模糊控制器。

经分析，我们发现，上述“合成”推理与现场操作者的实际控制方法是不一致的。例如某型号锅炉的操作者经长期的工作，总结了如下两条控制规则：规则1：温度稍低，则增加燃料供给10％；规则2：温度合适，则保持燃料供给不变。对于该型号锅炉，操作者普遍认为，“温度稍低”的大致范围为80～95℃，“温度合适”的大致范围为90～100℃。若温度检测仪表显示当前温度为92℃，此时的操作者必须凭直觉迅速做出判断，要么使用第1条规则，要么使用第2条规则，而不必考虑抽象复杂的模糊推理方法。假设他的判断标准为：“温度稍低”的范围为80～92.5℃，“温度合适”的范围为92.6～100℃。此时，操作者自然会使用第1条规则。这个判断是在操作者凭直觉完成的，我们把这种凭直觉判断而选用模糊规则的方法称之为直觉推理法。显然，这种直觉推理法实质上是利用有经验的操作者的直觉判断除去模糊集之间的藕合关系，使之仅使用一条模糊规则进行输出的新方法。它与传统的Mamdani法和T-S法不同，它是一种完全仿人的推理过程。若把这种直觉推理法应用于模糊控制器装置中，则称之为仿人直觉推理式模糊控制器。这种仿人直觉推理式模糊控制器具有简单直接，易学易用，特别适合没有学过模糊数学的一线工程师使用。同时，它又是操作者的成功经验的直接应用，实际上是利用模糊控制装置复制操作者的控制行为，无疑是有效可靠的。

目前，模糊控制器的硬件实现形式有两种：

①基于CPU与存储器的控制电路，把推理方法写成程序指令烧入存储芯片，这种形式的优点是软件编程灵活，缺点是处理速度较慢，稳定性差。

②基于存储器的控制电路，事先把所有的输入输出数据的映射关系直接存入存储芯片，这种形式的优点是处理速度相对较快，缺点是灵活性较差。

两者的共同缺点是，均需使用抽象难懂的模糊推理方法，难于学习使用，这对许多一线工程师构成了挑战，制约了模糊控制器的推广与应用。

发明内容

本发明基于上述现有技术的缺点，提供一种结构简单、成本低廉、低开销、传输延时小、处理速度快、易学易用、稳定可靠的仿人直觉推理式模糊控制器。