模糊控制：构建查询表与应用实例详解

模糊控制是一种模仿人类决策过程的控制策略，它利用模糊逻辑和集合论的思想，尤其是模糊集合理论，来处理不确定性和非线性问题。在本课程中，我们重点关注如何通过建立查询表来进行模糊控制。 首先，我们需要明确模糊控制的背景和基本概念。模糊控制理论起源于20世纪60年代，由美国教授L.A. Zadeh提出模糊集合的概念，这是一种超越传统布尔逻辑，允许部分匹配和不确定性存在的数学工具。随后，英国的E.H. Mamdani在1974年将这一理论首次应用到加热器的控制中，标志着模糊控制技术的实际应用开始。 在模糊控制的实施中，论域X、Y、Z上的量化等级值分别代表输入变量的可能取值范围。模糊集合被表示为n元、m元和l元的模糊向量，模糊关系R则是一个n行m列的矩阵，其中每个元素uij反映了输入值xi和yj经过模糊化处理后的控制量变化值。 建立查询表的过程至关重要，它包含了所有可能的输入输出对以及对应的控制量变化值。这些数据是通过离线计算得出的模糊矩阵运算结果，便于实时控制时快速查找和应用。在实际操作中，当输入变量经过论域变换后，可以通过查询表直接获取控制量的变化值，并结合比例因子调整输出，从而实现控制。 模糊控制的应用非常广泛，包括航空航天、无人驾驶车辆、生产调度系统、能源生产系统、过程控制系统以及机器人等领域。例如，在骑自行车和水箱水温控制这样的日常场景中，模糊控制可以提供更为灵活和适应性强的控制策略，尤其是在没有精确数学模型或者系统特性复杂的情况下。 在实现模糊控制时，与传统控制方法相比，其优势在于无需严格依赖于系统的数学模型，而是依赖于人类经验和知识的模糊表达。这种方法使得系统对环境变化和被控对象特性变化的适应性更强，特别适合于复杂且非线性的控制任务。 建立查询表是模糊控制的关键步骤，它将模糊逻辑和实际控制任务相结合，通过灵活的模糊推理机制实现了对复杂系统的有效控制。随着863高技术计划在中国的发展，模糊控制技术在中国的自动化领域得到了广泛应用和推广。