關鍵詞：模糊控製；LabVIEW；NI DAQ設備

 

    自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)理(li)論(lun)經(jing)過(guo)一(yi)個(ge)多(duo)世(shi)紀(ji)的(de)發(fa)展(zhan)，正(zheng)由(you)經(jing)典(dian)控(kong)製(zhi)理(li)論(lun)，現(xian)代(dai)控(kong)製(zhi)理(li)論(lun)向(xiang)智(zhi)能(neng)控(kong)製(zhi)理(li)論(lun)發(fa)展(zhan)。人(ren)工(gong)智(zhi)能(neng)包(bao)括(kuo)推(tui)理(li)，學(xue)習(xi)和(he)聯(lian)想(xiang)

，是(shi)采(cai)用(yong)非(fei)數(shu)學(xue)式(shi)的(de)方(fang)式(shi)，將(jiang)人(ren)的(de)思(si)維(wei)模(mo)型(xing)化(hua)，並(bing)通(tong)過(guo)計(ji)算(suan)機(ji)來(lai)模(mo)仿(fang)。目(mu)前(qian)計(ji)算(suan)機(ji)已(yi)充(chong)分(fen)體(ti)現(xian)了(le)人(ren)類(lei)左(zuo)腦(nao)的(de)邏(luo)輯(ji)推(tui)理(li)功(gong)能(neng)，正(zheng)向(xiang)右(you)腦(nao)的(de)模(mo)糊(hu)處(chu)理(li)方(fang)向(xiang)發(fa)展(zhan)。模(mo)糊(hu)控(kong)製(zhi)作(zuo)為(wei)近(jin)代(dai)控(kong)製(zhi)理(li)論(lun)中(zhong)一(yi)種(zhong)基(ji)於(yu)語(yu)言(yan)規(gui)則(ze)與(yu)模(mo)糊(hu)推(tui)理(li)的(de)高(gao)級(ji)控(kong)製(zhi)策(ce)略(lve)和(he)新(xin)穎(ying)技(ji)術(shu)
，是(shi)智(zhi)能(neng)控(kong)製(zhi)的(de)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)分(fen)支(zhi)
，近(jin)來(lai)發(fa)展(zhan)迅(xun)速(su)，應(ying)用(yong)廣(guang)泛(fan)，效(xiao)果(guo)顯(xian)著(zhu)，引(yin)人(ren)關(guan)注(zhu)。

 

    在zai我wo們men日ri常chang生sheng活huo中zhong，經jing常chang有you一yi些xie概gai念nian沒mei有you固gu定ding的de標biao準zhun
，不bu能neng簡jian單dan地di用yong對dui或huo錯cuo
，真zhen或huo假jia來lai評ping判pan
，而er要yao用yong到dao一yi些xie不bu精jing確que的de詞ci句ju來lai描miao述shu，比bi如ru
，年nian輕qing、好
、漂piao亮liang。這zhe些xie概gai念nian會hui因yin為wei判pan斷duan對dui象xiang變bian化hua而er改gai變bian判pan斷duan標biao準zhun，所suo以yi是shi模mo糊hu的de。在zai人ren們men的de工gong作zuo經jing驗yan中zhong，往wang往wang也ye存cun在zai了le許xu多duo模mo糊hu的de東dong西xi。例li如ru，煉lian鋼gang時shi需xu要yao的de鋼gang水shui顏yan色se

、沸騰情況等模糊信息。1965年美國加州大學L.A.Zadeh教授最早提出了模糊這一概念，並用數學方式進行分析。

    通常，對於一個論域E中討論的集合A={a,b,c}，對於論域中的任意元素x，可用特征函數表示是否屬於A：

 

      

    式1用1和0來表示元素屬於集合的真假，然而若是一個模糊的集合，比如說衣服是否漂亮，裏麵的元素a,b,c這3件衣服單純用漂不漂亮表示顯然不能更具體表征元素的性質。模糊集合把特征函數的0和1這兩個值，擴展到0到1之間的整個區間中，以隸屬度μA（0≤μA≤1）來表示元素屬於集合A的程度，比如衣服漂亮的程度。這樣，設三件衣服的漂亮程度分別為0.3，0.8和0.5，該模糊集合A可表示為A：{(a,0.3),(b,0.8),(c,0.5)}。而隸屬度函數可寫成：

                        

 

    可見模糊集合在多數情況下更能反應元素的特性，特征函數實際上就是隸屬度函數的一個特例。

兩個元素之間的某種聯係，可以用關係R來表示，通常R用二元邏輯1和0表示元素之間是否存在此關係。比如，a對b存在指定關係R，則稱為aRb，否則為 。關係有時也可以模糊表示，當元素a對於b不完全滿足某指定關係R，卻也沒有完全不滿足時
，它們之間的關係可以用0到1區間的某一值表示，即是一種隸屬度的表示法。對於論域E中的兩個集合A={a,b}
；B={c,d}，指定一種關係R，它們所有元素之間的關係可以用關係矩陣表示： 。如果集合是模糊集合
，關係更加模糊化，還需考慮元素對所在集合的隸屬度。集合 A對應到B的關係表達式為A○R=B，通過線性代數和模糊數學理論可以根據集合A，B求出關係R。

 

    隨sui著zhe科ke技ji的de發fa展zhan

，現xian場chang被bei控kong對dui象xiang和he控kong製zhi條tiao件jian變bian得de複fu雜za，考kao慮lv因yin素su增zeng多duo，而er對dui於yu控kong製zhi性xing能neng要yao求qiu卻que逐zhu漸jian提ti高gao。通tong常chang複fu雜za的de係xi統tong很hen難nan對dui控kong製zhi量liang設she計ji精jing確que的de算suan法fa，想xiang要yao絕jue對dui精jing確que變bian得de不bu可ke能neng
，需xu要yao在zai精jing確que和he複fu雜za間jian找zhao到dao平ping衡heng。模mo糊hu控kong製zhi就jiu是shi一yi種zhong平ping衡heng的de控kong製zhi手shou段duan，在zai非fei線xian性xing複fu雜za係xi統tong中zhong發fa展zhan很hen快kuai。

    通常一個模糊控製係統主要由被控對象，執行機構
，模糊控製器
，輸入輸出接口和測量裝置組成（圖1）。

 圖1 模糊控製係統

 

    其中的核心部分模糊控製器由輸入模糊化接口，數據庫，規則庫，推理機和輸出接模糊接口五部分組成（圖2）。

 圖2 模糊控製器

 

    根(gen)據(ju)實(shi)際(ji)需(xu)要(yao)，模(mo)糊(hu)控(kong)製(zhi)器(qi)可(ke)以(yi)有(you)幾(ji)個(ge)輸(shu)入(ru)和(he)輸(shu)出(chu)。首(shou)先(xian)是(shi)模(mo)糊(hu)化(hua)，輸(shu)入(ru)的(de)信(xin)號(hao)和(he)需(xu)要(yao)輸(shu)出(chu)的(de)信(xin)號(hao)根(gen)據(ju)專(zhuan)家(jia)經(jing)驗(yan)劃(hua)分(fen)為(wei)語(yu)言(yan)描(miao)述(shu)的(de)模(mo)糊(hu)子(zi)集(ji)，並(bing)將(jiang)其(qi)論(lun)域(yu)分(fen)級(ji)離(li)散(san)化(hua)，最(zui)後(hou)把(ba)模(mo)糊(hu)子(zi)集(ji)中(zhong)的(de)元(yuan)素(su)對(dui)應(ying)到(dao)量(liang)化(hua)等(deng)級(ji)上(shang)，可(ke)畫(hua)出(chu)隸(li)屬(shu)度(du)函(han)數(shu)。這(zhe)些(xie)輸(shu)入(ru)輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)的(de)隸(li)屬(shu)度(du)函(han)數(shu)存(cun)入(ru)推(tui)理(li)機(ji)中(zhong)的(de)數(shu)據(ju)庫(ku)，而(er)規(gui)則(ze)庫(ku)裏(li)存(cun)放(fang)的(de)是(shi)基(ji)於(yu)專(zhuan)家(jia)知(zhi)識(shi)或(huo)熟(shu)練(lian)人(ren)員(yuan)長(chang)期(qi)經(jing)驗(yan)形(xing)成(cheng)的(de)直(zhi)覺(jiao)推(tui)理(li)的(de)語(yu)言(yan)規(gui)則(ze)表(biao)達(da)式(shi)。這(zhe)些(xie)模(mo)糊(hu)規(gui)則(ze)由(you)一(yi)係(xi)列(lie)關(guan)聯(lian)詞(ci)連(lian)接(jie)而(er)成(cheng)，如(ru)if―then；or等，這些規則實際說明了數據庫中輸入和輸出這兩組模糊子集的關係R。推tui理li機ji通tong過guo模mo糊hu數shu學xue的de算suan法fa解jie模mo糊hu方fang程cheng，可ke以yi算suan出chu各ge種zhong輸shu入ru狀zhuang態tai下xia對dui應ying的de輸shu出chu響xiang應ying值zhi。這zhe樣yang解jie模mo糊hu並bing輸shu出chu實shi際ji控kong製zhi信xin號hao或huo控kong製zhi等deng級ji，用yong以yi作zuo用yong於yu被bei控kong對dui象xiang。

 

 

    美國國家儀器公司（簡稱NI）提供了在LabVIEW中使用的模糊控製工具包Fuzzy Logic，可幫助工程師結合NI數據采集設備快速有效地搭建一個模糊控製器，並省去很多硬件邏輯電路。

    安裝NI光盤Tookit Software中的LabVIEW PID Control Tookit，即可在LabVIEW中生成該工具包。安裝完成後打開一個新的VI，右擊程序框圖，在Functions Palette上選擇Control Design&Simulation，即可看到Fuzzy Logic工具包，該工具包由3個VI組成（圖3）。安裝工具包後
，可以使用LabVIEW創建.fc格式的文件。.fc文件是NI自定義的一種文件格式，用於仿真模糊控製器推理機中的知識庫。

 

 

 圖3 Fuzzy Logic工具包

 

    創建一個.fc文件步驟如下：打開一個新的VI，在任務欄依次點擊Tools――Control Design and Simulation――Fuzzy Logic Controller Design…，接著在彈出的 Fuzzy Logic Controller Design對話框的狀態欄上點擊File――New

，即打開了一個新的.fc文件（圖4）。