1.模糊控的原理
模糊控制的核心是用自然语言来描述被控制系统,利用模糊规则推理对系统的粗略知识进行类似人脑的知识处理,实现对复杂系统的优化控制。在控制过程中,以语言描述人类知识,并把它表示成模糊规则或关系,通过推理、利用知识库,把某些知识与过程状态结合起来,构成一套自寻优的模糊控制策略。
模糊控制的基本思想就是利用计算机来实现人的控制经验。而人的控制验一般是由语言来表达的,这些语言表达的控制规则又带有相当的模糊性,规则的形式正是模糊条件语句的形式,可以用模糊数学的方法来描述过程变量和控制作用的这些模糊概念以及它们之间的关系,又可以根据这种模糊关系及某时刻过程控制的检测值(需化成模糊量)用模糊逻辑推理的方法得出此刻的控制量。因此,模糊控制就是以人的控制经验作为控制的知识模型,以模糊集合、模糊语言变量以及模糊逻辑推理知识作为控制算法来模拟人的思维方法,对复杂系统进行控制的数学工具,用计算机来实现的一种智能控制。模糊逻辑控制的基础是模糊逻辑,模糊逻辑从含义上比其它传统逻辑更接近人类的思想和自然语言。它能够对真实世界的近似的、不确切的特征进行刻画。实际上,模糊逻辑控制是利用模糊逻辑建立一种“自由模型”的非线性控制算法,特别是在那些采用传统定量技术分析过于复杂的过程或者提供的信息是非定性、非精确的、非确定的系统中,模糊逻辑控制的效果相当明显、模糊控制的实质是将专家知识的控制策略转换为自动控韦:的策略,是根据人们的实践经验总结出若干条模糊控制规则,并以此为根据由计算机实现控制、模糊控制系统由以下几个部分组成模糊控制器、输入输出接口、转换器、检测装置、执行机构和被控对象。
在模糊控制系统中,采用基于模糊知识表示和规则推理的“语言型”模糊控制器。模糊控制器是模糊控制系统的核心,一般由计算机实现,用计算机程序和硬件实现模糊控制算法。在实际系统中,由于多数被控对象的控制量及其可观测状态量是模拟量。因此模糊控制系统与其它全数字控制系统一样,必须具有模/数、数/模转换单元,不同的只是在模糊控制系统中,还应有适用于模糊逻辑处理的“模糊化”与“解模糊化”环节。在模糊控制系统中,为了提高控制精度,要及时观测被控制量的变化特性及其与期望值之间的偏差,以便及时调整控制规则和控制量的输出值,因此,往往将测量装置的观测值反馈到系统输入端,并与给定输入量相比较,构成具有反馈通道的闭环结构形式。
在中央空调系统中,当中央空调系统负荷变化造成空调主机及其水系统偏离最佳工况时,模糊控制器根据数据采集得到各种运行参数值,如系统供回水温度、供回水压差、流量及环境温度等,经推理运算后输出优化的控制参数值,对系统运行参数进行动态调整,确保主机在任何负荷条件下,始终处于最佳运行工况。
2.模糊控制器
中央空调变频节能控制的核心是模糊控制器。模糊控制器(FC-Fuzzy coniroller)又称为模糊逻辑控制器(FLC一FuZZY一Logic Controller)。从功能上划分,它主要由模糊化接口、知识库、理机以及解模糊接口四个部分组成。
(l)模糊化的接口
模糊控制器的输入必须通过模糊化才能用于模糊控制输出的求解,因此,它实际上是模糊控制器的输入接口。它的主要作用是将真实的确定量输入转换成一个模糊矢量。它的过程可简单的分成两部分:模糊语言变量的确定及确定语言值的隶属函数。
模糊语言变量由语法规则、语言值、语意规则也称句法规则和论域等几部分组成。因此模糊语言变量的确定,包含了根据语法规则生成了适当的模糊语言值,根据语意规则确定语言值的隶属函数以及确定语言变量的论域等。
模糊语言值实际上是一个模糊子集,而语言值最终是通过隶属函数来描述的。语言值的隶属函数又称为语言值的语意规则,有时以连续函数的形式出现,有时以离散的量化等级形式出现。三角形型和高斯型是模糊控制系统中两种最常见的隶属函数类型。
隶属函数的选择对模糊控制性能也有一定影响。一般说来,隶属函数的形状越陡,分辨率就越高,控制灵敏度也较高相反,若隶属函数的变化很缓慢,则控制特性也很平缓,系统的稳定性也较好。因此,在选择语言值的隶属函数时,一般在误差范围为零的附近区域,采用分辨率较高的隶属函数,而在误差较大的区域,为使系统具有良好的鲁棒性,常可采用分辨率较低的隶属函数。
(2)知识库
知识库包含应用领域方面的知识,主要有数据库和规则库组成。数据库存放的是所有输入、输出变量的全部模糊子集的隶属度矢量值即经过论域等级离散化以后对应的集合,若论域是离散域,则存放它在各个离散点上的隶属度若论域为连续域,则存放它的隶属度函数。在模糊控制器推理过程中,数据库向推理机提供必要的数据。在模糊化接口和解模糊接口进行模糊化和解模糊时,数据库也向它们提供相关论域的必要数据。规则库就是用来存放全部模糊控制规则的,在推理时为“推理机”提供控制规则。对规则的选择常见的有经验归纳法和推理合成法两种方法。
(3)推理机
推理是模糊控制器中,根据输入模糊量,由模糊控制规则完成模糊推理来求解模糊关系方程,并获得模糊控制量的功能部分。它通常是在模糊控制器设计过程中选定的推理算法软件。
(4)解模糊接口
模糊推理得到的结果为模糊值,不能直接用于控制被控对象,需先转化成一个执行机构可以
执行的精确量。此过程一般称为解模糊过程,或称为模糊判决,它可以看成模糊空间到清晰空间
的一种映射。解模糊的目的是根据模糊推理的结果,求得最能反映控制量的真实分布。最大隶属
度法、中位数法、加权平均法是三种比较常见的解模糊方法。