变频空调器模糊控制的技术现状和发展趋势
变频空调器的模糊控制技术
(陇东人作品)
（XXX 能源学院陕西西安710054 ）
摘要：对变频空调器的模糊控制技术的原理作了研究，讨论了变频空调器模糊控制系统的特点。分析总结了国内变频空调器模糊控制技术的研究现状以及发展趋势，同时对变频空调器模糊控制技术未来的研究问题进行了展望。
关键词：变频空调器；模糊控制；展望
Developing Tendency and Current Situation of Fuzzy Control in In-
verter Room Air Conditioner
XXX
(Xi'an XX,College of Energy Resources Engineering, Shaanxi, Xi'an710054, P.R.China) Abstract：In this paper, the fuzzy control technology is briefly introduced, and from different directions discusses the characteristics of fuzzy control system. Current domestic developing ten-dency and current situation of fuzzy control in inverter room air conditioner is summarized, while future research issues about the technology of fuzzy control in inverter room air conditioner were discussed.
Keywords: inverter room air conditioner; fuzzy control; current situation; developing tendency; development
0引言
随着世界范围内能源危机的到来，各国政府都在为经济的可持续发展积极地推广节能降耗技术。作为家庭用电的主要设备，传统空调器由于其运行效率低下正在逐渐退出市场，而变频空调器（Inverter Room Air Conditioner，MAC）是制冷理论、热动力学、电机驱动技术、电力电子技术、微电子技术和智能控制理论交叉发展应用的产物，由于其高效节能和实现智能化控制的优异特性，使之成为家用空调器的主要发展方向。
变频空调器的空气调节效果虽然比传统定速空调器有所提高，但变频空调器容易控制、反应快、高效节能等特点并没有完全展现出来。智能控制方法的出现打破了传统控制的模型限制，将模糊控制技术应用于变频空调器中，使空调性能更为优越。可以说控制系统是整个变频空调器的心脏，研究变频空调器的控制技术，对变频空调器的节能运行至关重要。
鉴于变频空调器系统属于参数时变、非线性、大纯滞后系统的特点，所以采用具有学习功能的模糊控制方法，根据系统响应自动建立和修改控制规则，不断自动改善其性能，与传统的控制方法相比能达到较好控制效果。本文主要讨论变频空调器的模糊控制技术，以及该技术的现状和研究进展。
1变频空调器模糊控制技术
1.1 模糊控制
模糊控制（Fuzzy Control，FZ）是模糊逻辑控制的简称，是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制技术。它实质上是一种非线性控制，采用具有以知识表示的非数学广义世界模型和数学公式模型表示的混合控制过程，也往往是含有复杂性、不完全性、模糊性或不确定性以及不存在已知算法的非数学过程，并以知识进行推理，以启发来引导求解过程。模糊控制属于智能控制的范畴。
1.2 参数自调整模糊控制
参数自整定模糊控制根据控制系统的性能来在线地调整控制系统的比例因子Ke、Kec和Ku，使它们保持合适的数值，从而使系统的性能达到令人满意的水平。这种控制方法较之常规的固定比例因子的模糊控制方法，对环境变化有较强的自适应能力，在随机环境中能对控制器进行自动校正，使得在被控对象特性变化或扰动情况下，控制系统保持较好的性能。
1.3 加权参数自调整模糊控制
基于参数自调整模糊控制的思想，在模糊控制器的输入端前面增加三个系统状态的判断模块，判断系统当时所处状态，根据系统所处的不同误差区间，采用不同的控制规则算法，从而保证在系统的整个工作区间，自调整量化因子和比例因子[1]。
1.4 模型参考模糊自适应控制系统（MRST）
基于T-S模糊模型设计模糊自适应机构，用参考模型产生期望的输出时域响应（目标），采用信号综合方法，将模糊自适应机构的输出作用于受控子系统，构成模型参考模糊自适应控制系统。它由参考模型、受控子系统、模糊自适应机构三部分组成。参考模型用来产生期望的输出时域响应。受控子系统是一个包含对象在内的闭环控制系统。模糊自适应机构根据参考模型输出与受控子系统输出之差及其变化率，产生一个模糊自适应信号，作用于受控子系统，使其输出趋于参考模型输出[2]。
1.5 模糊滑模变结构控制
为了克服由于交流电机多变量耦合、非线性、参数变化对系统动态性能的影响，引入滑模变结构控制来调节转速。滑模变结构控制是为控制系统预先在状态空间设计一个特殊的开关面，在系统变量从起始点运动到开关面之前，控制回路的结构维持固定，当到达开关面后，开始自适应的调整控制规律，不断地改变控制结构，使系统的状态沿着这个特定的开关面或它的邻域向系统平衡点滑动，最后渐进稳定到平衡点或平衡点的某个允许的邻域内。
但是滑模控制律会使系统输出结果存在抖动问题，而滑模控制的抖动和滑动模态是并存的，消除了抖动也就消除了滑模变结构的鲁棒性，因此在保证不失去滑模变结构控制策略的鲁棒性的基础上削弱抖动以保证系统的稳态精度才是有意义的。熊祥等人[3]提出了在常规的滑模控制律的基础上加入模糊控制来自动调节滑模的切换增益，从而完成变频的目的。
2变频空调器复合模糊控制技术
2.1 Fuzzy-PID复合控制
Fuzzy（模糊）控制器有更快的响应和更小的超调，对过程参数的变化也不敏感，具有很强的鲁棒性，可以克服非线性因素的影响，但由于存储量的影响，在控制精度方面，模糊控制没有PID控制理想。因此如果采用模糊控制与经典PID控制相结合的控制策略，使系统既有PID控制的精度高的特点，又具有模糊
控制的灵活、适应性强的特点。
采用Fuzzy-PID复合控制控制变频空调器的方法，经过模糊控制改变压缩机的驱动电机的供电频率，压缩机通过变频调节其转速，使其单位时间内的排气量发生变化，从而对制冷剂流量进行控制。
在变频空调器中Fuzzy-PID复合控制主要分以下两类：其一，模糊和PID 并联控制（即模糊和PID都参加控制）；其二，模糊和PID串联（即模糊整定PID 参数）。其中并联形式主要有模糊和PID并联、模糊和PI并联、模糊和I并联等；串连形式主要分为模糊整定PID参数、模糊整定PI参数、模糊整定P参数。其中模糊整定PID参数，利用模糊推理实现PID参数在线自校正虽可达到响应快、稳定性好的效果，可前期工作非常繁杂，而且不同气候条件和不同空调需设计不同的推理表，不利于推广。模糊和PID并联形式参数整定后较容易适应不同的控制环境，效果较好，宜推广。
王兴贵等[4]引入智能积分微分Fuzzy-PID复合控制器来提高系统动态精度。同时还发现采用Fuzzy-PID复合控制器能使系统具有较强的控制能力和较宽的适应范围。
2.2 基于模糊控制的空间矢量调制（SVPWM）技术
空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)自德国学者H. W. Vander Broeck等人提出，该技术的原则是使逆变器瞬时输出三相脉冲电压合成的电压空间矢量与期望输出的三相正弦波电压所合成的电压空间矢量相等。它是PWM的优化方法，能够在很大程度上降低电动机谐波损耗，削减逆变器输出电流的谐波成分，以及减弱电磁转矩的脉动程度。这种技术控制简洁，数字化实现方便。
潘耀[5]对变频调速中的空间电压矢量（SVPWM）调制方式及其实现方法进行了探讨，采用SVPWM调制技术对压缩机进行连续的变频控制。克服了普通的PWM调制技术电压利用率低、谐波含量高等缺点，使压缩机运行更加平稳。变频压缩机能根据室内需要的冷（热）量的不同，连续地、动态地、实时地调整其制冷（热）量，始终保持在较合理的状态下。
2.3 基于遗传算法的模糊控制
遗传算法(GA)是一种利用计算机模拟生物进化机制对全局优化搜索的算法。遵循“物竞天择”的自然选择的遗传学原理。其综合了适者生存和遗传信息之结构性及随机性交换的生物进化特点，使满足目标的决策获得最大的生存可能。他利用对问题的编码集进行操作而不是变量本身，具有广泛的实用性。同时，他是在一群点上的搜索最优解而不是从单一点上进行搜索，因而能同时获得许多峰值，增强了收敛性，保证了解的全局最优性。传统的优化算法往往需要目标函数的导数值等，其他一些辅助信息才能确定搜索方向；而遗传算法是以决策变量的编码为运算对象，直接以目标函数值作为搜索目标，这样对一些很难有数值概念优化的问题，更显示出了其独特的优越性[6]。
由于遗传算法是一种优秀的优化技术，对于复杂问题的优化优于一些常规的算法，成为模糊控制器参数寻优的一条很好的途径。利用遗传算法优化模糊控制器时，优化的主要对象是隶属函数和模糊控制规则集，根据优化对象的不同，现有的研究可分为以下几种类型[7]：
1.已知模糊控制规则，利用GA优化隶属函数
一般先设定隶属函数形状后，确定待寻优的隶属函数参数，利用己有知识确定各参数的允许变化范围，并对其参数进行编码，将所有的待寻优参数串接起来构成一个个体，代表一个模糊控制器，进行寻优。
2.已知隶属函数，利用GA优化模糊控制规则
事先确定输入、输出隶属函数的形状和各参数。将每个输入输出变量划分为一定数量的模糊子集，从而确定最大可列举规则数。将所有可能的规则制成一个规则表按一定的顺序展开为一维，并编码为一个个体。随机地选择一定数量的个体作为初始群体，对这些个体进行遗传操作，实现控制规则的优化。
3.同时优化隶属函数和模糊控制规则
隶属函数和模糊控制规则进行同时优化。通过对输入输出变量隶属函数和控制规则进行编码，通过遗传运算获得最佳控制参数。但编码方式不同，控制结果也不同。己知模糊控制规则，利用GA优化隶属函数和己知隶属函数，利用GA优化模糊控制规则人为割断了隶属函数和模糊控制的内在联系，控制效果不易获得全局最优。同时优化隶属函数和模糊控制规则易获得全局最优。
2.4 基于神经网络算法的模糊控制
神经网络和模糊集理论都是介于传统人工智能的符号推理和传统控制理论的数值计算之间的方法。两者有某些共同的基本特点，可以认为两者是互补的。模糊神经网络是模糊系统与神经网络的有机结合，它吸取了两者的长处，可组成比单独的神经网络或单独的模糊系统性能更好的系统。模糊神经网络与单独的模糊系统或神经网络一样，它也具有非线性函数的映射能力。
朱如春[8]基于模糊神经网络算法设计了智能变频空调控制系统，该控制器系统考虑到变频空调对环境温度的控制过程具有纯滞后非线性特性，系统由两类神经网络组成：一类是用于控制变频压缩机的模糊神经网络控制器（FNNC），位于前向通道；另一类是用于压缩机输出预测的神经网络预测器（NNP），预测器通过对网络的学习，预测压缩机的未来工作频率，使控制器预先感知系统输出状态的变化趋势，从而做出相应的调整。
贾少青等[9]采用神经网络中的误差反向传播（BP）算法来对变频空调的压缩机进行控制。郑宗和等[10]提出了采用神经元PID控制方法对变频空调器的压缩机进行控制。神经元PID控制器是具有神经元自学习能力的自适应控制器，与一般的自适应控制器不同的是它无需建立受控对象的精确数学模型，也无需参数辨识。神经元PID控制器的权系数有一个在线自学习过程，可以根据系统偏差自动调整控制量，从而使系统跟踪期望输出。该方法的缺陷在于控制器中PID的三个参数之间是相互制约的，输出的快速性和超调量之间的矛盾还没有得到解决。
3结语
采用模糊控制技术的变频空调器与一般变频空调器相比，性能更加优越，控制更加容易，可以说模糊控制在变频空调器控制领域内取得了较为成功的应用。近几年来，尤其是神经网络和遗传算法与模糊控制结合所形成的控制技术在变频空调器控制领域内的应用，进一步提升了控制系统的稳定性和鲁棒性，取得了较好的控制结果，但变频器的模糊系统理论还有一些重要的理论课题还没有解决，其中重要的问题表现在以下三个方面：其一，如何获得模糊规则及隶属函数，这在目前完全凭经验来进行，迫切需要建立获得两者的理论基础；其二，如何保证模糊系统的稳定性，以及寻找适合于解决工程上普遍问题的稳定性分析方法，稳定性评价理论体系，控制器的鲁棒性分析，系统的可控性分析和可观性判定方法等；其三，变工况下变频空调器的模糊控制控制理论需要进一步研究。
参考文献
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[10] 郑宗和, 梁江, 牛宝联等. 变频空调系统应用神经元PID控制的仿真研究 [J] . 暖通空调, 2004, 34(12): 93-96.
模糊控制系统的发展现状
模糊控制系统的发展现状 一、模糊控制系统简介 模糊控制系统是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制技术。1965年美国的扎德创立了模糊集合论, 1973 年, 他给出了模糊逻辑控制的定义和相关的定理。1974 年英国的Mamdani首先用模糊控制语句组成模糊控制器，并把它用于锅炉和蒸汽机的控制, 在实验室获得成功, 这一开拓性的工作标志着模糊控制论的诞生。 模糊控制系统主要是模拟人的思维、推理和判断的一种控制方法它将人的经验、常识等用自然语言的形式表达出来, 建立一种适用于计算机处理的输入输出过程模型, 是智能控制的一个重要研究领域。从信息技术的观点来看, 模糊控制是一种基于规则的专家系统。从控制系统技术的观点来看, 模糊控制是一种普遍的非线性特征域控制器。 相对传统控制, 包括经典控制理论与现代控制理论。模糊控制能避开对象的数学模型(如状态方程或传递函数等) , 它力图对人们关于某个控制问题的成功与失败和经验进行加工, 总结出知识, 从中提炼出控制规则, 用一系列多维模糊条件语句构造系统的模糊语言变量模型，应用CRI等各类模糊推理方法，可以得到适合控制要求的控制量, 可以说模糊控制是一种语言变量的控制。
模糊控制具有以下特点: (1) 模糊控制是一种基于规则的控制。它直接采用语言型控制规则, 出发点是现场操作人员的控制经验或相关专家的知识, 在设计中不需要建立被控对象的精确数学模型, 因而使得控制机理和策略易于接受与理解, 设计简单, 便于应用; (2) 由工业过程的定性认识出发, 比较容易建立语言控制规则, 因而模糊控制对那些数学模型难以获取、动态特性不易掌握或变化非常显著的对象非常适用; (3) 基于模型的控制算法及系统设计方法, 由于出发点和性能指标的不同, 容易导致较大差异; 但一个系统的语言控制规则却具有相对的独立性, 利用这些控制规律间的模糊连接, 容易找到折中的选择, 使控制效果优于常规控制器; (4) 模糊控制算法是基于启发性的知识及语言决策规则设计的, 这有利于模拟人工控制的过程和方法, 增强控制系统的适应能力, 使之具有一定的智能水平; (5) 模糊控制系统的鲁棒性强, 干扰和参数变化对控制效果的影响被大大减弱, 尤其适合于非线性、时变及纯滞后系统的控制。 除此, 模糊控制还有比较突出的两个优点: 第一, 模糊控制在许多应用中可以有效且便捷地实现人的控制策略和经验; 第二, 模糊控制可以不需被控对象的数学模型即可实现较好的控制,
变频技术的发展趋势及其应用
变频技术的发展趋势及 其应用 公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-
变频技术的发展趋势及其应用 0引言 在工业生产及国计民生中电机的使用十分广泛，电机的传动方式一般分为直流电机传动及交流电机传动。过去由于交流电机实现调速较困难或某些调速方式低效不够理想，因而长期以来在调速领域大多采用直流电机，而交流电动机的优点在调速领域中未能得到发挥。交流电动机的调速方式一般有以下三种。 1）变极调速是通过改变电动机定子绕组的接线方式以改变电机极数实现调速，这种调速方法是有级调速，不能平滑调速，而且只适用于鼠笼电动机。 2）改变电机转差率调速其中有通过改变电机转子回路的电阻进行调速，此种调速方式效率不高，且不经济。其次是采用滑差调速电机进行调速，调速范围宽且能平滑调速，但这种调速装置结构复杂（一般由异步电机、滑差离合器和控制装置三部分组成），滑差调速电机是在主电机转速恒定不变的情况下调节励磁实现调速的，即便输出转速很低，而主电机仍运行在额定转速，因此耗电较多，另外励磁和滑差部分也有效率问题和消耗问题。较好的转差率调速方式是串级调速。3）变频调速通过改变电机定子的供电频率，以改变电机的同步转速达到调速的目的，其调速性能优越，调速范围宽，能实现无级调速。 目前我国生产现场所使用的交流电动机大多为非调速型，其耗能十分惊人。如采用变频调速，则可节约大量能源。这对提高经济效益具有十分重要的意义。 1变频调速技术的发展 上世纪50年代末，由于晶闸管（SCR）的研究成功，电力电子器件开始运用于工业生产，可控整流直流调速便成了调速系统中的主力军。但由于直流电机结构复
模糊控制
模糊PID控制器的设计 摘要 随着现代化技术的发展，控制系统越来越复杂，常规的PID控制已经不能满足复杂系统的控制要求。因此，将PID控制与Fuzzy控制的简便性、灵活性以及鲁棒性融为一体，构造了一个自适应模糊PID控制器，以提高控制的效果，展现出模糊控制的优点。通过阐述模糊控制理论的产生和发展，详细地介绍了一个模糊控制器的设计过程。本文设计了三种控制器：常规PID控制器、模糊控制器和自整定模糊PID控制器，并且利用MATLAB软件对控制器进行仿真。仿真结果表明，模糊控制可以有效的减少系统初期超调量和系统的响应时间，系统的控制精度较高。与常规PID控制和普通模糊控制进行比较，自整定模糊PID控制器原理简单，能够实现快速、精准的控制，并且有很好的鲁棒性，从而提高了控制性能。 关键字:模糊控制器；PID；仿真
目录 摘要.............................................................................................................................. I 1 绪论.. (1) 1.1课题研究的背景和意义 (1) 1.2 控制理论的发展 (1) 1.3 本文的主要内容 (2) 2 PID控制原理及模糊控制器概述 (4) 2.1 PID控制原理 (4) 2.2 模糊控制理论概述 (4) 2.3模糊控制系统的结构和组成 (5) 2.4 模糊控制的特点 (7) 2.5 模糊控制的局限性 (8) 3模糊控制器的设计 (9) 3.1模糊控制的设计流程 (9) 3.2 模糊PID参数自整定控制器的结构 (10) 3.3 PID初始参数的设定 (10) 3.4 PID参数自整定模糊推理计算输入输出变量模糊化接口设计 (12) 3.4.1 量化因子比例因子的确定 (12) 3.4.2 模糊语言变量语言值隶属函数的确定 (12) 3.5 PID控制器参数自整定模糊推理算法设计 (15) 3.6 PID控制器参数自整定解模糊方法选择 (19) 3.7 仿真设计 (20) 3.7.1 常规PID控制 (20) 3.7.2模糊控制 (22) 3.7.3自适应模糊控制 (23) 结论 (26) 参考文献 (27)
变频器的发展趋势
变频器的发展趋势 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。 交流电机变频调速已成为当代电动机调速的潮流，它以体积小、重量轻、转矩大、精度高、功能强、可靠性高、操作简便、便于通信等功能优于以往的任何调速方式，因而在钢铁、有色、石油、石化、化纤、纺织、机械、电力、电子、建材、煤炭、医药、造纸、注塑、卷烟、吊车、城市供水、中央空调及污水处理行业得到普遍应用。文章介绍了日、美、欧发达国家变频调速技术进入我国市场和国产企业崛起的概况，并指出变频器在技术上向高性能、模块化、专用化、多功能发展。用量不断增加，价格不断降低，行业组合兼并的结果，有向国外拓展的可能。 交流电动机变频调速已成为当代电机调速的潮流，它以体积小、重量轻、转矩大、精度高、功能强、可靠性高、操作简便、便于通信等功能优于以往的任何调速方式，如变极调速、调压调速、滑差调速、串级调速、整流子电动机调速、液力偶合调速，乃至直流调速。因而在钢铁、有色、石油、石化、化纤、纺织、机械、电力、电子、建材、煤炭、医药、造纸、注塑、卷烟、吊车、城市供水、中央空调及污水处理行业得到普遍应用。 运动控制系统的发展变频器是运动控制系统中的功率变换器，运动控制系统是作为机电能量变换器的电气传动技术的发展。当今的运动控制系统是包含多种学科的技术领域，总
发展战略-模糊逻辑与模糊控制技术的发展 精品
模糊逻辑与模糊控制技术的发展 宁廷群1 肖英辉1任惠英2 （1山东科技大学机电学院山东青岛 266510 2山东兖矿集团机械制修厂山东邹城 273500）The Development of Fuzzy Logic and Fuzzy Control Technology 摘要：针对现代工业控制领域的模糊控制技术的新发展，综合介绍了当代该领域的基本理论和发展现状，展望了未来的发展应用。 关键词：模糊控制；应用发展；自适应控制。 Abstract: This paper introduces the development of fuzzy logic and fuzzy control technology in modern control domain, and discusses the basic theory and main development in integration. At last it gives some prospects. Key words: fuzzy control, development and application, adaptive control 一、引言 在现代工业控制领域，伴随着计算机技术的突飞猛进，出现了智能控制的新趋势，即以机器模拟人类思维模式，采用推理、演绎和归纳等手段，进行生产控制，这就是人工智能。其中专家系统、模糊逻辑和神经网络是人工智能的几个重点研究热点。相对于专家系统，模糊逻辑属于计算数学的范畴，包含有遗传算法，混沌理论及线性理论等内容，它综合了操作人员的实践经验，具有设计简单，易于应用、抗干扰能力强、反应速度快、便于控制和自适应能力强等优点。近年来，在过程控制、建摸、估计、辩识、诊断、股市预测、农业生产和军事科学等领域得到了广泛应用。为深入开展模糊控制技术的研究应用，本文综合介绍了模糊控制技术的基本理论和发展状况，并对一些在电力电子领域的应用作了简单介绍。 二、模糊逻辑与模糊控制 １、模糊逻辑与模糊控制的概念 １９６５年，加州大学伯克利分校的计算机专家Ｌofty Ｚadeh提出“模糊逻辑”的概念，其根本在于区分布尔逻辑或清晰逻辑，用来定义那些含混不清，无法量化或精确化的问题，对于冯˙诺依曼开创的基于“真－假”推理机制，以及因此开创的电子电路和集成电路的布尔算法，模糊逻辑填补了特殊事物在取样分析方面的空白。在模糊逻辑为基础的模糊集合理论中，某特定事物具有特色集的隶属度，他可以在“是”和“非”之间的范围内取任何值。而模糊逻辑是合理的量化数学理论，是以数学基础为为根本去处理这些非统计不确定的不精确信息。 模糊控制是基于模糊逻辑描述的一个过程的控制算法。对于参数精确已知的数学模型，我们可以用Berd图或者Nyquist图来分析家其过程以获得精确的设计参数。而对一些复杂系统，如粒子反应，气象预报等设备，建立一个合理而精确的数学模型是非常困难的，对于电力传动中的变速矢量控制问题，尽管可以通过测量得知其模型，但对于多变量的且非线性变化，起精确控制也是非常困难的。而模糊控制技术仅依据与操作者的实践经验和直观推断，也依靠设计人员和研发人员的经验和知识积累，它不需要建立设备模型，因此基本上是自适应的，具有很强的鲁棒性。历经多年发展，已有许多成功应用模糊控制理论的案例，如Rutherford，Carter 和Ostergaard分别应用与冶金炉和热交换器的控制装置。 2、分析方法探讨 工业控制系统的稳定性是探讨问题的前提，由于难以对非线性和不统一的描述，做出判断，因此模糊控制系统的分析方法的稳定性分析一直是一个热点，综合近年来各位学者的发表的论文,目前系统稳定性分析有以下集中: 1、李普亚诺夫法:基于直接法的离散时间(D-T)和连续时间模糊控制的稳定性分析和设计方法,相对而言起稳定条件比价保守.
变频器的现状及发展趋势_张祥星
《装备制造技术》2011年第9期 随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，自20世纪60年代起，变频器问世到现在，经过数十年的发展，已经开始逐渐成熟完善起来。尤其是高压大功率变频调速装置，不断成熟。近年来，一些新技术、新材料的出现和应用，研制出了更好的器件或是单元串联，这样就进一步解决了一直以来困扰人们的高压问题。使其应用的领域和范围更加广泛，同时，也使得更为高效、合理地利用能源成为可能。20世纪80年代开始，变频器在西方主要工业国家广泛使用，并随进口设备配套引入中国，至90年代时，在中国得到迅速推广[1~3]。 变频器是利用电力半导体器件的通断作用，将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。电动机是国民经济中主要的耗电大户，高压大功率电动机更为突出，而这些设备大部分都有节能的潜力。大力发展高压大功率变频调速技术，具有深远的意义[4]。 同时，随着社会的发展和人民生活水平的提高，中小功率的变频器又逐渐突显出其不可替代的作用。近年来，我国提出了建设节能型社会，倡导和谐发展。因此，在做好高压大功率变频器应兼顾中小功率变频器的发展，这是我国变频器行业今后发展的一大总体趋势。 1变频器的发展现状 1.1国外变频器现状 国外变频器产业发展历史较长，除日本外，美、英、德、法、意等发达国家，目前也都已形成了较完整的变频器技术产业体系。同时，几乎所有的产品均具有矢量控制功能，完善的工艺水平，也是国外品牌的一大特点。目前西方各国现阶段的发展状况，主要表现在如下方面： （1）变频调速技术发展较久，具有一定的产业化规模，生产经验、技术水平和产品品质较高； （2）能够生产1万kW以上的SCR变频器，如美国的A-B公司等，但没有10kV高压产品； （3）与变频器相关的产业已经初具规模，形成了产业化生产，能够生产诸如IGBT、IGCT、SGCT等变频器中的多种功率器件； （4）新技术、新工艺不断广泛应用于产品中，促进了高压、高功率、高精度、多功能、智能化变频器的出现，使高压变频器在各个行业中被广泛使用，并取得了显著的经济效益[5]。 1.2国产变频器现状 目前，我国国产变频器的生产，主要是交流380V 的中小型变频器，且大部分产品为低压，而高压大功率则很少，能够研制、生产、并提供服务的高压变频器厂商更少，不过是少数几个具备科研能力或资金实力强的企业。并且在技术方面，更是仅仅少数普遍采用V/F控制方式，对中、高压电机进行的变频调速改造。我国高压变频器的品种和性能，还处于发展的初步阶段，仍需大量从国外进口。这一现状主要表现在以下方面： 变频器的现状及发展趋势 张祥星a，杜慧慧b，张连营c，刘辉a （西南大学，a.工程技术学院；b.动物科技学院； c.重庆市洁净能源与先进材料研究院，重庆400715） 摘要：主要介绍了变频器的国内外发展现状、应用以及应用中存在的部分问题，并介绍了未来的发展趋势，为今后我国变频器的发展提供参考依据。 关键词：变频器；控制；干扰；发展趋势 中图分类号：TN773文献标识码：A文章编号：1672-545X（2011）09-0145-03 收稿日期：2011-06-13 基金项目：南方丘陵山区微耕机系列产品及专用节能发动机研究（CSTC，2007AA1001） 作者简介：张祥星（1983—），男，山东邹城人，硕士研究生，农业机械化工程专业，机电一体化方向；杜慧慧（1988-）女，山东泰安人，硕士研究生，微生物学专业，微生物代谢与调控方向；张连营（1986-）男，山东临沂人，博士研究生，能源材料化学专业，电催化及能源工程方向；刘辉（1985—），男，河南漯河人，硕士研究生，农业机械化工程专业，机电一体化方向。
关于模糊控制理论的综述
物理与电子工程学院 《人工智能》 课程设计报告 课题名称关于模糊控制理论的综述 专业自动化 班级 11级3班 学生姓名郑艳伟 学号 指导教师崔明月 成绩 2014年6月18日
关于模糊控制理论的综述 摘要：模糊控制方法是智能控制的重要组成部分，本文简要回顾了模糊控 制理论的发展，详细介绍了模糊控制理论的原理和模糊控制器的设计步骤， 分析了模糊控制理论的优缺点以及模糊控制需要完善或继续研究的内容，根 据各种模糊控制器的不同特点，对模糊控制在电力系统中的应用进行了分 类，并分析了各类模糊控制器的应用效能.最后，展望了模糊控制的发展趋 势与动态. 关键词：模糊控制；模糊控制理论；模糊控制系统；模糊控制理论的发展模糊控制是以模糊集理论、模糊语言变量和模糊控制逻辑推理为基础的一种智能控制方法，从行为上模拟人的思维方式，对难建模的对象实施模糊推理和决策的一种控制方法.模糊控制作为智能领域中最具有实际意义的一种控制方法，已经在工业控制领域、电力系统、家用电器自动化等领域中解决了很多的问题，引起了越来越多的工程技术人员的兴趣. 模糊控制系统简介 模糊控制系统是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制技术.1965年美国的扎德[1]创立了模糊集合论, 1973 年, 他给出了模糊逻辑控制的定义和相关的定理.1974 年英国的Mamdani 首先用模糊控制语句组成模糊控制器,并把它用于锅炉和蒸汽机的控制, 在实验室获得成功, 这一开拓性的工作标志着模糊控制论的诞生. 模糊控制系统主要是模拟人的思维、推理和判断的一种控制方法, 它将人的经验、常识等用自然语言的形式表达出来, 建立一种适用于计算机处理的输入输出过程模型, 是智能控制的一个重要研究领域.从信息技术的观点来看, 模糊控制是一种基于规则的专家系统.从控制系统技术的观点来看, 模糊控制是一种普遍的非线性特征域控制器. 相对传统控制, 包括经典控制理论与现代控制理论.模糊控制能避开对象的数学模型(如状态方程或传递函数等) , 它力图对人们关于某个控制问题的成功与失败和经验进行加工, 总结出知识, 从中提炼出控制规则, 用一系列多维模糊条件语句构造系统的模糊语言变量模型, 应用CRI 等各类模糊推理方法,
对自动化发展前景的认识
对自动化发展前景的认识 Prepared on 22 November 2020
对自动化发展前景的认识学院：信息科学与工程学院 专业年级：自动化1404 姓名：庄广大 本学期期末学术周内，我们自动化专业许多同学都听了桂卫华院士的报告。报告介绍了一些自动化相关的发展前景以及自动化领域在工业上的应用。这些让我对我们专业可谓有了更清晰的认识，对我们未来的就业方向、就业前景也有了一个大体上的了解。在此我想谈谈我的收获或者说听完报告后我对自动化发展前景的认识。 自动化经历了这么多年的发展，依旧长久不衰是有它一定的原因的。自动化技术广泛用于工业、农业、军事、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务和家庭等方面。采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展人的器官功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。 这里我先谈谈有关自动化的一些内容。自动化是一门多学科交叉的高技术学科。自动化学科包含宽广，随着社会的发展将来会越来越广。自动化学科的发展前景会很好，自动化基础面非常宽，需要牢固的基础知识。自动化与其它工科专业基本上都有交集。学习自动化是把控制与自动化作为一种手段。 自动化包含5个领域： 控制与智能，传感与检测，执行与驱动，对象与建模，系统与工程。 自动化在发展的过程了经历了好几次变迁（4次大的挑战）。自动化现在正在向复杂的系统控制和高级的智能控制发展。 自动化是新的技术发展的一个重要方面。自动化技术的研究﹑应用和推广﹐对人类的生产﹑生活等方式将产生深远影响。生产过程自动化和办公室自动化可极大地提高社会生产率和工作效率﹐节约能源和原材料消耗﹐保证产品质量﹐改善劳动条件﹐改进生产工艺和管理体制﹐加速社会的产业结构的变革和社会信息化的进程。 现代生产和科学技术的发展﹐对自动化技术提出越来越高的要求﹐同时也为自动化技术的革新提供了必要条件。 70年代以来，自动化开始向复杂的系统控制和高级的智能控制发展﹐并广泛地应用到国防﹑科学研究和经济等各个领域﹐实现更大规模的自动化﹐例如大型企业的综合自动化系统﹑全国铁路自动调度系统﹑国家电力网自动调度系统﹑空中交通管制系统﹑城市交通控制系统﹑自动化指挥系统﹑国民经济管理系统等。自动化的应用正从工程领域向非工程领域扩展﹐如医疗自动化﹑人口控制﹑经济管理自动化等。自动化将在更大程度上模仿人的智能﹐机器人已在工业生产﹑海洋开发和宇宙探测等领域得到应用﹐专家系统在医疗诊断﹑地质勘探等方面取得显着效果。工厂自动化﹑办公自动化﹑家庭自动化和农业自动化将成为新技术发展的重要内容﹐并得到迅速发展。 下面是我国自动化发展的前景认识： 我国工业企业，未来的十年将面临着市场和能源；清洁生产和环境保护；高效和规范；负责和协调的挑战。节能、环保、安全、高效是每一个企业必须要面对的课题，而自动
变频空调器模糊控制的技术现状和发展趋势
变频空调器的模糊控制技术 (陇东人作品) （XXX 能源学院陕西西安710054 ） 摘要：对变频空调器的模糊控制技术的原理作了研究，讨论了变频空调器模糊控制系统的特点。分析总结了国内变频空调器模糊控制技术的研究现状以及发展趋势，同时对变频空调器模糊控制技术未来的研究问题进行了展望。 关键词：变频空调器；模糊控制；展望 Developing Tendency and Current Situation of Fuzzy Control in In- verter Room Air Conditioner XXX (Xi'an XX,College of Energy Resources Engineering, Shaanxi, Xi'an710054, P.R.China) Abstract：In this paper, the fuzzy control technology is briefly introduced, and from different directions discusses the characteristics of fuzzy control system. Current domestic developing ten-dency and current situation of fuzzy control in inverter room air conditioner is summarized, while future research issues about the technology of fuzzy control in inverter room air conditioner were discussed. Keywords: inverter room air conditioner; fuzzy control; current situation; developing tendency; development 0引言 随着世界范围内能源危机的到来，各国政府都在为经济的可持续发展积极地推广节能降耗技术。作为家庭用电的主要设备，传统空调器由于其运行效率低下正在逐渐退出市场，而变频空调器（Inverter Room Air Conditioner，MAC）是制冷理论、热动力学、电机驱动技术、电力电子技术、微电子技术和智能控制理论交叉发展应用的产物，由于其高效节能和实现智能化控制的优异特性，使之成为家用空调器的主要发展方向。 变频空调器的空气调节效果虽然比传统定速空调器有所提高，但变频空调器容易控制、反应快、高效节能等特点并没有完全展现出来。智能控制方法的出现打破了传统控制的模型限制，将模糊控制技术应用于变频空调器中，使空调性能更为优越。可以说控制系统是整个变频空调器的心脏，研究变频空调器的控制技术，对变频空调器的节能运行至关重要。 鉴于变频空调器系统属于参数时变、非线性、大纯滞后系统的特点，所以采用具有学习功能的模糊控制方法，根据系统响应自动建立和修改控制规则，不断自动改善其性能，与传统的控制方法相比能达到较好控制效果。本文主要讨论变频空调器的模糊控制技术，以及该技术的现状和研究进展。 1变频空调器模糊控制技术 1.1 模糊控制
变频器发展趋势
1.合同能源管理模式打开节能服务市场 1.1合同能源管理模式优势明显，广受企业亲睐 合同能源管理（Energy Management Contract，简称EMC），即由专业的能源服务公司（简称EMCO）为客户企业提供能源审计、方案设计、项目融资、设备采购、施工和节能量监测等一整套的节能服务，EMCO通过节能收益回收设备成本并获得合理利润的一种模式。 EMC模式具有以下5大优势，受到能耗用户的大力欢迎：（1）企业零投资（2）企业零风险（3）企业免操心（4）节能有保障（5）项目自偿性 1.2相关政策确保EMCO高盈利，节能服务市场快速发展 EMC的模式完全为工业企业所接受，但将资金压力和节能风险全部转移到节能服务公司身上，除非利润很高，否则EMCO不愿意承担这样的风险。而政府的税收优惠政策和财政补贴对保障合同能源管理服务公司盈利性起到了举足轻重的作用。 政策1：2010年6月3日，国务院印发《合同能源管理财政奖励资金管理暂行办法》，对采取合同能源管理方式实行节能改造的项目进行奖励，奖励标准为中央财政240元/吨标准煤，省级财政不低于60元/吨标准煤，其中工业项目节能量应该在500吨~10000吨标准煤。 政策2：2011年4月，国家发改委、财政部等4部门《关于加快推进合同能源管理促进节能服务产业发展的意见》，对EMC公司暂免征收营业税，暂免征收节能分享期结束后资产转移环节的增值税，合同能源管理公司实施EMC项目收益的所得税实行“三免三减半”。 至此，节能服务买卖双方都有动力做节能改造，节能市场有望保持30%的快速增长
2.节能服务盛行下，变频器行业受益明显 2.1节能必节电，变频器是理想的节电设备 电机节能是国家实现节能减排的重要方向：电机系统是重要的工业耗能设备，年耗电量达1.2万亿千瓦时，占工业耗电的60%-70%，占全国总耗电量的50%，如果将所有电机系统效率提高5%，每年可节省一个三峡的发电量。考虑到电机的巨大能耗，国家出台多项政策鼓励支持电机节能技术开发和电机节能产品的应用。 变频调速是电机节能的最佳途径：变频器通过利用软硬件控制系统来控制电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一种频率，从而实现电动机软启动和变速运行，其平均节电率达到20%-30%，最高达到60%,设备投资回收期仅在1-2年，是工业节能的重要设备。 图2.1 电机节能的三大途径，变频调速节能显著 2.2变频器的节电原理和组成 变频器通过变频调速和软启动实现节能：（1）变频节能：为了保证生产的可靠性，生产机械在设计配用动力驱动时都留有一定的富余量，即电动机总是满负荷运转，而负载的风机和水泵很少满负荷运转，这时通过调整挡板或阀门的开度来满足实际工况的需要，结果是大量的能量损失在挡板或阀门上。通过变频器调节电机转速来降低电机的输出功率，则可以在满足工况需要的前提下节省大量电能。（2）软启动节能，电机硬启动时电流是额定的5~6倍，不但会影响电机的使用寿命而且消耗较多的电量。而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能实现电流平滑的升降，达到节能的目的。 变频器由主电路、控制电路、操作显示电路和保护电路四部分构成。（1）主电路，该设备首先通过整流器把不可调频调压的交流电变换为直流电，然后通过逆变器把直流电源逆变为一定频率和电压的交流电供负载使用；（2）控制电路，采用微机进行全数字控制，主要靠软件完成调频等功能；（3）操作显示电路，用于运行操作、参数设臵、运行状态显示和故障显示；（4）保护电路，用于变频器本身保护及电动机保护。 图2.2 变频器的基本构成（交-直-交）
模糊神经网络技术研究的现状及展望
模糊神经网络技术研究的现状及展望 摘要：本文对模糊神经网络技术研究的现状进行了综述，首先介绍了模糊控制技术和神经网络技术的发展，然后结合各自的特点讨论了模糊神经网络协作体的产生以及优越性，接着对模糊神经网络的常见算法、结构确定、规则的提取等进行了阐述，指出了目前模糊神经网络的研究发展中还存在的一些问题，并对模糊神经网络的发展进行了展望。 关键字：模糊控制；神经网络；模糊神经网络 引言 系统的复杂性与所要求的精确性之间存在尖锐的矛盾。为此，通过模拟人类学习和自适应能力，人们提出了智能控制的思想。控制理论专家Austrom（1991）在IFAC大会上指出：模糊逻辑控制、神经网络与专家控制是三种典型的智能控制方法。通常专家系统建立在专家经验上，并非建立在工业过程所产生的操作数据上，且一般复杂系统所具有的不精确性、不确定性就算领域专家也很难把握，这使建立专家系统非常困难。而模糊逻辑和神经网络作为两种典型的智能控制方法，各有优缺点。模糊逻辑与神经网络的融合——模糊神经网络由于吸取了模糊逻辑和神经网络的优点，避免了两者的缺点，已成为当今智能控制研究的热点之一了。 1 模糊神经网络的提出 模糊集理论由美国著名控制论专家L.A.Zadeh于1965年创立[1]。1974年，英国著名学者E.H.Mamdani将模糊逻辑和模糊语言用于工业控制，提出了模糊控制论。至今，模糊控制已成功应用在被控对象缺乏精确数学描述及系统时滞、非线性严重的场合。 人工神经网络理论萌芽于上世纪40年代并于80年代中后期重掀热潮，其基本思想是从仿生学的角度对人脑的神经系统进行功能化模拟。人工神经网络可实现联想记忆，分类和优化计算等功能，在解决高度非线性和严重不确定系统的控制问题方面，显示了巨大的优势和潜力 模糊控制系统与神经网络系统具有整体功能的等效性[2]，两者都是无模型的估计器，都不需要建立任何的数学模型，只需要根据输入的采样数据去估计其需要的决策：神经网络根据学习算法，而模糊控制系统则根据专家提出的一些语言规则来进行推理决策。实际上，两者具有相同的正规数学特性，且共享同一状态空间[3]。 另一方面，模糊控制系统与神经网络系统具有各自特性的互补性[。神经网络系统完成的是从输入到输出的“黑箱式”非线性映射，但不具备像模糊控制那样的因果规律以及模糊逻辑推理的将强的知识表达能力。将两者结合，后者正好弥补前者的这点不足，而神经网络的强大自学习能力则可避免模糊控制规则和隶属函数的主观性，从而提高模糊控制的置信度。 因此，模糊逻辑和神经网络虽然有着本质上的不同，但由于两者都是用于处理不确定性问题，不精确性问题，两者又有着天然的联系。Hornik和White(1989)证明了神经网络的函数映射能力[4]；Kosko(1992)证明了可加性模糊系统的模糊逼近定理(FAT，Fuzzy Approximation Theorem)[5]；Wang和Mendel(1992)、Buckley和Hayashi(1993)、Dubots 和Grabish(1993)、Watkins(1994)证明了各种可加性和非可加性模糊系统的模糊逼近定理[6]。这说明模糊逻辑和神经网络有着密切联系，正是由于这类理论上的共性，才使模糊逻辑
中国变频器产业的未来发展趋势
中国变频器产业的未来发展趋势 发布时间:2010年4月19日点击次数:[220] 1 引言 随着电力电子技术、计算机技术以及自动控制技术的迅速发展，电气传动技术正面临一场历史性的革命。经过了二十多年的发展，近代交流传动逐渐成为电气传动的主流。异步电动机调速系统中，效率最高、性能最好的是变频调速系统，因此，对变频调速的研究是当前电气传动研究中最活跃、最有实际应用价值的工作。变频器产业的潜力非常巨大，值得强调的是，这里的“变频器产业”应该是“变频器技术产业”，或者是inverter technology产业。正如IT产业不仅限于PC一样，变频器技术产业包括所有与变频器技术相关的产业，即电力电子器件的生产、驱动保护集成电路的生产、电气传动与系统控制技术、工业应用与其它。 变频器的快速发展得益于电力电子技术、计算机技术和自动控制技术及电机控制理论的发展。当前竞争的焦点在于高压变频器的研究开发生产方面。 变频器的发展水平是由电力电子技术、电机控制方式以及自动化控制水平三个方面决定的。在低压变频器领域，由于电力电子器件的耐压问题已解决，因此，形成了标准的电路拓朴结构，也不容易产生新的创新拓朴。也正因为功率开关器件的耐压满足不了中、高压变频器的需要，因此人们为了回避这个世界级的难题，创造了一些电路拓扑比如交交变频、单元串联多重化、三电平……如果器件的耐压能解决，则中、高压变频器不也就象低压变频器一样可以形成相同的统一的电路拓扑吗？所幸的是笔者发明的功
率开关直接串联技术，彻底解决了功率开关器件的耐压问题，从而为人类对几千伏、几万伏、几十万伏的电压进行随心所欲的控制、管理开辟了一条新的道路。其中的应用之一就是使真正的直接高压变频器成为了现实。 电机控制方式决定了变频器的性能水平和应用范围、效果。国产变频器都停留在V/F 控制方式，决定了国产变频器只在中低端市场，特别是在风机、泵类的调速应用市场为主，难以和进口品牌匹敌。成都佳灵推出的直接速度控制方式(DSC)，也许将彻底改变这一现象。信息技术的发展也带动了自动化技术的发展，DSP运算技术引入变频器中，使复杂的实时运算，有了实现的手段，组成成套系统，变得轻松自如。 人类对未知世界的不断探索，以及对地球可持续发展的忧虑，是变频器发展的强大动力。由于中国经济的蓬勃发展，改革开放已发展到只有靠降低能耗、提高质量，特别是用现代电子技术改造传统产业，从而使中国利用巨大的存量资产，低成本、快速地实现现代化成为迫切任务。现代电子技术有两大基石，一为信息处理技术，相当于人的大脑;另一为执行技术，相当于人的四肢。而变频器作为执行技术的主力军，当然会形成巨大的商机。这样将大大促进我国电力电子技术的发展，特别是变频技术的发展。 2 交流调速技术的发展现状以及存在的问题 近年来，交流调速在国内外发展十分迅速，打破了过去直流拖动在调速领域中的统治地位，交流调速拖动已进入了与直流拖动相媲美、相竞争、相抗衡的时代，并有取代的趋势，这是现代电力拖动发展的主要特征。 电机及电气传动技术在国际上已形成相当规模的应用产业，变频器产业的发展，首先需要得到国家宏观政策的支持，其次作为生产厂家必须提高内功，需要提高变频器相关理论的研究工作，产品的设计和制造有关的技术，以及与产品应用有关的各种技术。 由于国产厂家制造变频器历史比较短，技术积累相对较少。国内自动化行业的部分
模糊控制发展前景分析
《冶金自动化工程案例分析》课程论文 模糊控制的发展前景分析 电子与信息工程学院 自动化094班 张宇 120093101091
模糊控制的发展前景分析 电子与信息工程学院自动化094班张宇 摘要：模糊控制方法是智能控制的重要组成部分。本文简要介绍了模糊控制的概念和特点,并对模糊控制的原理作了说明,较详细的介绍了对于常规模糊控制方 法的改进,包括Fuzzy-PIS复合控制、三位模糊控制器、Smith-Fuzzy控制器、专家模糊控制器等,对模糊控制系统与传统PID控制作了简单比较,最后对模糊控制的优缺点进行分析并对模糊控制未来发展作出了展望。 关键字：模糊控制；原理；模糊PID控制；展望； 一．模糊控制简介 模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制技术。模糊控制主要是模拟人的思维、推理和判断的一种控制方法, 它将人的经验、常识等用自然语言的形式表达出来,建立一种适用于计算机处理的输入输出过程模型,是智能控制的一个重要研究领域。从信息技术的观点来看, 模糊控制是一种基于规则的专家系统。从控制系统技术的观点来看, 模糊控制是一种普遍的非线性特征域控制器。 模糊控制作为智能领域中最具有实际意义的一种控制方法,已经在工业控制领域、家用电器自动化领域和其他很多行业中解决了传统控制方法无法或者是难以解决的问题,取得了令人瞩目的成效,引起了越来越多的控制理论的研究人员和相关领域的广大工程技术人员的极大兴趣。 相对传统控制,包括经典控制理论与现代控制理论。模糊控制能避开对象的数学模型( 如状态方程或传递函数等),它力图对人们关于某个控制问题的成功与失败和经验进行加工, 总结出知识,从中提炼出控制规则,用一系列多维模糊 条件语句构造系统的模糊语言变量模型, 应用CRI等各类模糊推理方法,可以得 到适合控制要求的控制量, 可以说模糊控制是一种语言变量的控制。 二. 模糊控制的原理 基本模糊控制系统包括模糊化处理、模糊推理和清晰化控制三个环节。 图1模糊控制系统框图 模糊化处理就是将模糊控制器输入量的确定值转换为相应模糊语言变量值的过程, 此相应语言变量值均由对应的隶属度来定义。通过这样一个把输入变量映射到合适的响应论域量程的过程,精确的输入数据就变换成适当的语言值或模
模糊控制算法的研究
模糊控制算法的研究 0842812128夏中宇 模糊控制概述 “模糊”是人类感知万物,获取知识,思维推理,决策实施的重要特征。“模糊”比“清晰”所拥有的信息容量更大,内涵更丰富,更符合客观世界。 在日常生活中,人们的思维中有许多模糊的概念,如大、小、冷、热等,都没有明确的内涵和外延,只能用模糊集合来描述。人们常用的经验规则都是用模糊条件语句表达,例如,当我们拧开水阀往水桶里注水时,有这样的经验:桶里没水或水较少时,应开大水阀;桶里水较多时,应将水阀关小些;当水桶里水快满时,则应把阀门关得很小;而水桶里水满时应迅速关掉水阀。其中,“较少”、“较多”、“小一些”、“很小”等,这些表示水位和控制阀门动作的概念都具有模糊性。即有经验的操作人员的控制规则具有相当的模糊性。模糊控制就是利用计算机模拟人的思维方式,按照人的操作规则进行控制,实现人的控制经验。 模糊控制理论是由美国著名的学者加利福尼亚大学教授Zadeh·L·A于1965年首先提出,它以模糊数学为基础,用语言规则表示方法和先进的计算机技术,由模糊推理进行决策的一种高级控制策略。 1974年,英国伦敦大学教授Mamdani·E·H研制成功第一个模糊控制器,充分展示了模糊技术的应用前景。 模糊控制概况 模糊逻辑控制(Fuzzy Logic Control)简称模糊控制(Fuzzy Control)，是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制技术。1965年，美国的L.A.Zadeh 创立了模糊集合论；1973年他给出了模糊逻辑控制的定义和相关的定理。1974年，英国的E.H.Mamdani首先用模糊控制语句组成模糊控制器，并把它应用于锅炉和蒸汽机的控制，在实验室获得成功。这一开拓性的工作标志着模糊控制论的诞生。 模糊控制实质上是一种非线性控制，从属于智能控制的范畴。模糊控制的一大特点是既具有系统化的理论，又有着大量实际应用背景。模糊控制的发展最初在西方遇到了较大的阻力；然而在东方尤其是在日本，却得到了迅速而广泛的推广应用。近20多年来，模糊控制不论从理论上还是技术上都有了长足的进步，成为自动控制领域中一个非常活跃而又硕果累累的分支。其典型应用的例子涉及生产和生活的许多方面，例如在家用电器设备中有模糊洗衣机、空调、微波炉、吸尘器、照相机和摄录机等；在工业控制领域中有水净化处理、发酵过程、化学反应釜、水泥窑炉等的模糊控制；在专用系统和其它方面有地铁靠站停车、汽车驾驶、电梯、自动扶梯、蒸汽引擎以及机器人的模糊控制等。 模糊控制的基本理论 所谓模糊控制,就是在控制方法上应用模糊集理论、模糊语言变量及模糊逻辑推理的知识来模拟人的模糊思维方法,用计算机实现与操作者相同的控制。该理论以模糊集合、模糊语言变量和模糊逻辑为基础,用比较简单的数学形式直接将人的判断、思维过程表达出来,从而逐渐得到了广泛应用。应用领域包括图像识别、自动机理论、语言研究、控制论以及信号处理等方面。在自动控制领域,以模糊集理论为基础发展起来的模糊控制为将人的控制经验及推理过程纳入自动控制提供了一条便捷途径。 1.知识库
模糊控制技术现状及研究热点
模糊控制技术发展现状及研究热点 摘要：综合介绍丁模糊控制技术的基本原理和发展状况，重点总结丁近年来该研究领域的热点问题，并对今后的发展前景进行了展望。 关键词：模糊控制结构分析稳定性白适应控制 1模糊控制的热点问题 模糊控制技术是一项正在发展的技术，虽然近年来得到了蓬勃发展，但它也存在一些问题，主要有以下几个方面： （1）还投有形成完挫的理论体系，没有完善的稳定性和鲁棒性分析，系统的设计方法(包括规则的获取和优化、隶属函数的选取等)； （2）控制系统的性能小太高(稳态精度牧低，存在抖动及积分饱和等问题)： （3）自适应能力有限。目前，国内外众多专家学者围绕着这些问题展开了广泛的研究，取得了一些阶段性成果，下面介绍一下近期的主要研究热点。 2模糊控制系统的稳定性分析 任何一个自动控制系统要正常工作，首先必须是稳定的。由于模糊系统本质上的非线性和缺乏统一的系统描述，使得人们难以利用现有的控制理论和分析方法对模糊控制系统进行分析和设计。因此，模糊控制理论的稳定性分析一直是一个难点课题，未形成较为完善的理论体系。正因为如此，关于模糊系统的稳定性分析近年来成为众人关注的热点，发表的论文较多，提出了各种思想和分析方法。目前模糊控制系统稳定性分析方法主要有以下几种：（1）李亚普诺夫方法 （2）基于滑模变结构系统的稳定性分析方法 （3）描述函数方法 （4）圆稳定性判据方法 模糊控制系统的稳定性分析还有相平面法、关系矩阵分析法、超稳定理论、Popov判据、模糊穴——穴映像、数值稳定性分析方法以及最近出现的鲁棒控制理论分析方法和LMI（矩阵不等式）凸优化方法等。
3自适应模糊控制器的研究 为了提高模糊控制系统的自适应能力，许多学者对自适应模糊控制器进行了研究，研究方向主要集中在以下方面。 （1）自校正模糊控制器 自校正模糊控制器是在常规模糊控制的基础上，采用加权推理决策，并引入协调因子，根据系统偏差e和偏差变化ec的大小，预测控制系统中的不确定量并选择一个最佳的控制参数或控制规则集，在线自动调整保守和大胆控制的混合程度，从而更全面确切地反映出入对诸因素的综合决策思想，提高系统的控制精度和鲁捧性能。目前这种变结构的自校正模糊控制器是根据被调量e和ec在线选取最佳控制规则及控制决策的，而对于一些复杂的生产过程，其生产工艺和环境因素都较为复杂，往往不能只考虑系统的偏差和偏差变化率来确定其控制策略。难于总结出比较完整的经验，此时模糊控制规则或者缺乏，或者很粗糙，并且当被控对象参数发生变化或受到随机干扰影响时，都会影响模糊控制的效果。 （2）自组织模糊控制器 自组织模糊控制器能自动对系统本身的参数或控制规则进行调整，使系统不断完善，以适应不断变化的情况，保证控制达到所希望的效果。它根据自动测量得到的实际输出特征和期望特征的偏差，确定输出响应的校正量并转化控制校正量，调整模糊控制规则，作用于被控对象。其基本特征是：控制算法和规则可以通过在线修改，变动某几个参数可以改变控制结果。它不仅仅是局限于某个对象，而是通过自组织适应几类对象。有代表性为以下三种类型： ①为自校正模糊控制器：在常规模糊控制中增加系统辨别和修正控制功能。通过使用一个较为粗糙的初期模型，经过模糊控制器的自组织功能，达到在线修正模糊控制规则，完善系统性能，使其达到灿期的要求； ②自调整比例因子模糊控制器：通过调整系统偏差及偏差变化率的比例因子来控制模糊控制器中的输出量的比例系数，即改变系统的增益。它充分体现了操作者手动控制的思维特点和控制策略，保证了系统有良好的动态性和稳态精度； ③模糊自整定PID参数控制器：应用模糊集理论，根据系统运行状态，在线整定控制器PID 参数（KP、KI、KD）。由于模糊自整定参数KP、KI，KD与偏差e变化率ec间建立起在线自整定函数关系，且这种关系是根据人的经验和智慧积累起来的，使系统在不同的运动状态下能对