[发明专利]采用自动调节进行模糊逻辑控制的方法和装置

说明书

近年来，工业上广泛地采用模糊逻辑控制(简称为FLC)。尽管许多应用场合规模相当小，如洗衣机、电梯、车辆和摄像机，但是人们越来越感兴趣的是在过程控制中应用模糊逻辑系统。在过程控制领域中，人们已经展开了对类似于普通的比例、积分、和微分控制器(PID)的FLC的使用的研究。

在典型的应用场合中，操作人员通过调整控制器中的某些控制参数来设定PLC，以便使控制器的响应特性最佳化。尽管可以采用手工来调节模糊逻辑控制器，但这样做通常既烦又容易出错。另外，控制之下的过程过一段时间后常常需要改变，因而需要重新调节。

自动调节方法已被应用于过程控制器及其变型。例如，在美国专利4,549,123和申请号为08/070,090、申请日为1993年5月28日(已转让给本申请的同一受让人)的专利文献中(它们已通过引用而被包括于此)，揭示了一种受控感应振荡步骤，这一步骤用来判定受控过程的最大增益、最长时间间隔和延时。一旦产生了这些过程特征、就采用调节规则来确定PID控制器的过程控制参数。

然而，至今还没有一种用作自动调节模糊逻辑控制器的方法或装置，所以操作人员仅仅采用试错(trialanderror)手动调节方法。

本发明提供了一种用作模糊逻辑控制的方法和装置，这种模糊逻辑控制含有自动自调节，从而克服了上述现有技术的缺陷。

总的说来，本发明考虑一种自动可调节模糊逻辑控制器。确定受控过程的动态特性，并用来计算用于模糊逻辑控制器的过程控制参数，以控制过程。

本发明提供了一种对以某一预定方式控制某一过程的模糊逻辑控制器进行自动调节的方法，该过程产生至少一个过程变量，并具有至少一个与模糊逻辑控制器相连的控制动作输入端，本发明的方法包含下述步骤：根据该过程确定多个动态过程特征；为调节模糊逻辑控制器计算作为动态过程特征的函数的控制参数；以及用控制过程的控制参数调节模糊逻辑控制器。

本发明还提供了一种自动可调节控制系统，它包含：具有可调节控制参数并适用于控制某一过程的模糊逻辑控制器；以及调节模块，用来确定该过程的动态过程特征，用来计算作为该动态过程特征的函数的模糊逻辑控制器的控制参数，并用该控制参数调节模糊逻辑控制器。

图1是模糊逻辑控制器的方框图。

图2是按照本发明的自动可调节模糊逻辑控制器方框图，该控制器与闭环过程受控系统中的某一过程相连。

图3是按照本发明用于控制某一过程的自动可调节模糊逻辑控制器的典型实施例方框图。

图4是按照本发明用于控制某一过程的自动可调节模糊逻辑控制器另一实施例的方框图。

图5是按照本发明用于控制某一过程的自动可调节模糊逻辑控制器系统又一实施例的方框图。

图6A和B是按照本发明在模糊逻辑控制器的受控感应振荡调节期间的过程输入和过程输出信号图形。

图7A、B、C和D描述的是本发明的模糊逻辑控制器中使用的典型隶属函数(membershipfunction)。

图8A和B是本发明中使用的典型模糊逻辑控制器的表格表述。

图9A和B是受控过程的典型方框图和相应的数字模型，以描述本发明的优越性。

图10A、B、C和D描述的是控制图9A中所示的过程时，本发明的模糊逻辑控制器的比较特征。

图11是本发明模糊逻辑控制器的比较特性表。

如图1所示，本发明中使用的模糊逻辑控制器(FLC)10由三个基本部分组成。参见图1，输入信号模糊化单元(fuzzificationblock)11将一个或几个连续信号变换成语言模糊变量，例如，采用所谓的隶属函数(将在下文中详述)分为小、中、大。典型的连续输入信号见图1，并且是一个误差信号e以及从上次误差信号取样以来的误差信号的变化Δe。其他连续输入变量也可以被取作为模糊化单元11的输入信号。按照本发明，FLC10可以是任意类型的模糊逻辑控制器，包括如Zadeh模糊逻辑控制器和Lukasiewicz模糊逻辑控制器。

模糊发动机单元(fuzzyengineblock)12实施规则推理(ruleinference)，使得人类的经验可以被引入作为语言规则。去模糊化单元(defuzzificationblock)13将模糊发动机单元12产生的已作推理的控制动作，变回插在同时满足的由模糊发动机单元12确定的规则之间的连续信号。由于去模糊化单元13的动作，模糊逻辑有时称为连续逻辑或插入推理。模糊发动机单元12和去模糊化单元13将详述如下。