方兴未艾的模糊控制技术 [复制链接]

第11版(科技园地)
专栏：

　　方兴未艾的模糊控制技术
仇春霖田成芳
近十年来，世界各国在模糊控制理论及应用技术的研究方面，投入了大量人力和物力。模糊控制已经作为一项新的工程技术在日本、德国、美国等得到广泛的应用，“模糊产品”已经涌入社会生产和人们的日常生活中，国际上的“模糊热”方兴未艾。
我国在模糊理论及模糊控制技术方面的研究，享有很高的国际地位，步入了“国际四强”（美、日、加、中）的行列，处于世界先进水平。
“模糊”，人们一直把它看成贬义词。这个似乎和科学不相干甚至不相容的概念，近年来不仅已成为尖端科学领域里一名闪光耀眼的新成员，而且已经悄悄地步入寻常百姓家和工业现场。“模糊”二字看似与自然科学所追求的精确、求精相违背，其实不然。“模糊”控制理论一改以往控制方法的思维模式，从更宏观的角度去把握一事物所处于一种状态中的深入程序来确定自己的控制规则与力度，以达到整体上的把握的效果，它不陷于在微小的细节中去探求一种精确的量化结果。“模糊”理论不对事物作简单的肯定和否定，而用隶属度反映一个事物属于某一范围的程度，它可以进行多值逻辑运算和控制，可以解决现实生活中许多尚不清楚甚至很模糊的关键技术问题。
经典控制理论解决线性定常系统控制问题是十分有效的，现代控制理论在军事科学、空间飞行等多方面也得到成功的运用。然而还有很多工业对象、生产设备和过程的控制至今仍然必须由手工操作实现。
众所周知，稍加训练而不懂任何控制理论的小孩，可以不费力气，在手指上控制一根竖直的木杆，使它在重力的作用下仍能动态地保持竖立不倒。可是对于自动控制专家来说，这是一个复杂的“倒摆”控制问题，为它要建立两个自由度的数学模型是很困难的。又如，熟练的汽车司机通过简单的操作，可以轻松自如地驾车穿梭闹市，如果用现代控制理论及技术，让电脑代替司机驾车的话，就是实现了，也与熟练司机驾驶的安全平衡无法相比。在工业生产中，更有相当数量的生产过程，难以实现自动控制，如那些大滞后、非线性、多变量等复杂工业对象，那些难以获得和无法获得数学模糊或模型非常粗糙的工业系统等等，都仍然以人工操作和人工控制为主。这是由于人脑具有模糊识别、模糊多值逻辑运算、模糊控制规则运用和模糊决策的功能。
“模糊控制”技术，就是针对那些复杂的控制对象，以人工控制经验为规则，经过模糊数学方法的处理和优化，对复杂控制对象实施控制，达到满意调控效果。“快速自寻优模糊控制”技术，就是在一般模糊控制的基础上，使模糊控制规则和调控参数能在线自选择、自整定、自优化，使其快速影响，取得快速最佳调控效果，使被控系统处于最佳的运行状态，达到节能降耗，提高产品质量和成品率、保障被控对象的安全运行及用户使用方便等目的。
北方工业大学模糊控制研究所于７０年代到８０年代初，完成了普通“模糊控制理论”的研究，并在冶金工业窑炉控制等领域的应用中，取得了较好的成果。８０年代以来，我们又经过１０多年的努力，于１９９０年推出“快速自寻优模糊控制理论及其应用技术”，并将其应用到工业生产过程控制、汽车安全行驶防撞控制及家电产品的控制等领域中，已形成系列产品，取得了明显的经济效益和社会效益。该控制器用于工业生产控制，可降低能耗２０—２５％，提高产品成品率１５—２０％。我们所推出的智能化的快速自寻优模糊控制器，在响应速度、控制精度和控制功能上，已大大超过了国外的普通模糊控制器，达到国际领先水平。目前，国内外由于缺乏通用智能模糊控制技术和装备，给模糊控制技术的推广应用带来了一定困难，为此，开发智能模糊控制技术，推出通用型智能模糊控制器，并积极推广到工业生产过程控制等方面，是迫在眉睫的要求。
８０年代以来，日本将模糊理论及技术与日本高新技术相结合，已经转化为强大的生产力，模糊技术在日本得到了成功的应用，所掀起的“模糊技术热”方兴未艾，模糊控制使日本自动化迈上了一个新台阶。据日本新闻界统计，“模糊”一词是１９９０年日本国民“挂在嘴边”的四个词之一。
在日本高度工业化的基础上，加上先进的模糊技术，创造了巨大的社会效益和经济效益。１９８８年—１９９１年，日本采用模糊技术的新一代家用电气产品上市，是模糊技术的工业应用的显著成果。这些家电产品有：模糊控制的全自动洗衣机、电冰箱、电烤箱、空调、摄录一体机、电风扇、自动电话、自动热水器等等。１９８７年—１９９３年，日本将模糊控制理论及技术用到工业生产过程中，使石油化工、冶金、机械、水力电力等工业企业，在节能降耗、提高生产率和产品质量方面，取得显著成绩。在日本，模糊技术的应用，已经带来了巨额利润，单是销售模糊控制芯片一项，１９９３年已达到６亿美元。美国是模糊控制理论专家Ｌ·Ａ·查德的故乡，由于近年来，美国的单片机技术得到了迅速发展，给模糊控制技术在军事工程方面的应用打下硬件基础，使模糊控制已成为美国军事工程中９０年代的热点技术之一，为世人瞩目。据报道，１９９２年美国已把模糊技术应用到信息工程、图像识别、人工智能、空间飞行、卫星与导弹的控制系统中，取得显著效果，仅模糊芯片一项，１９９３年净增２亿多美元，ＦＵＺＺＹ软件一项净增９亿美元。
国际市场上正在掀起“模糊控制产品热”。我国的很多企业家和有识之士已看出这一发展趋势，期望能尽快为我国的产品配上模糊控制器，以保证我们的产品质量及功能上一个新台阶。提高产品在市场中的竞争能力。而我们所研制成功的快速自寻优模糊控制器和正在开发的通用型智能模糊控制器，正好满足这一发展要求。我们推出的产品在性能和价格比上都将优于国外的产品，这对促进模糊技术产业化和提高我们工业化的水平将会有重要意义。