3.模糊控制及仿真
恒温箱的温度控制系统是一个时滞系统，数学模型很难确立，采用经典控制理论对系统进行控制比较困难。而模糊控制的最大优点就是不依赖于被控对象的精确数学模型，是将人的控制经验进行总结，借助于模糊数学工具，通过模糊推理来实现对恒温箱的温度控制。模糊控制属于智能控制，适用于非线性、时变、时滞系统，同时模糊控制器结构简单，参数整定方便，因此它成为目前智能控制中一种重要的方式[12]。麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。 3.1模糊控制基本原理[13]
3.1.1模糊控制基本思想
模糊控制的基本思想是把专家对特定的控制对象或控制过程的控制策略总结为以“IF-THEN”表达式形式表示的控制规则，通过模糊推理得到控制集，作用于被控对象。納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。 3.1.2模糊控制器的基本结构
规则库输入模糊化模糊推理清晰化输出
图2 模糊控制器基本结构
选择模糊控制器的结构，就是确定模糊控制器的输入变量和输出变量。一般选取误差信号E（或e）和误差变化信号EC（或ec）作为模糊控制器的输入变量，而把受控变量的变化y作为输出变量。通常模糊控制器的基本结构如图2所示：風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。
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如图所示，模糊控制器主要由模糊化、知识库、模糊推理、清晰化四部分组成，各部分的作用概述如下：
1.模糊化
模糊化的作用是将输入的精确量转换成模糊化量。其中输入量包括外界的参考输入、系统的输出或状态等。模糊化的具体过程如下：灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹。 （1）首先对这些输入量进行处理，以变成模糊控制器要求的输入量； （2）将上述已经处理过的输入量进行转换，使其变换到各自的论域范围；
（3）将已经变换到论域范围的输入量进行模糊处理，使原先精确的输入量变成模糊量，并用相应的模糊集合来表示。
2.知识库
知识库中包含了具体应用领域中的知识和要求的控制目标。它通常有数据库和模糊控制规则库两部分组成。
（1）数据库主要包括各语言变量的隶属度函数，尺度变换因子及模糊空间的分级数等；
（2）规则库包括了用模糊语言变量表示的一系列控制规则。它们反应了控制专家的经验和知识；
3.模糊推理
模糊推理是模糊控制器的核心，它具有模拟人的基于模糊概念的推理能力。该推理过程是基于模糊逻辑中的蕴含关系及模糊推理规则来进行的。铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。 4.清晰化
清晰化的作用是将模糊推理得到的控制量变换为实际用于控制的清晰
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量。它包含以下两部分内容：
（1）将模糊的控制量经清晰化变换，变成表示在论域范围的清晰量； （2）将表示在论域范围的清晰量经尺度变换成实际的控制量。 3.1.3模糊控制的特点
模糊控制与经典控制相比，具有以下的优点：
（1）模糊控制不需要精确的数学模型，是解决不确定性系统控制的一种有效途径。
（2）模糊控制是一种非线性控制，适用于范围很广，适宜于非线性系统的控制。
（3）模糊控制具有较强的鲁棒性，干扰和参数变化对控制效果的影响被大大减弱，可用于有时变、非线性等特性的复杂系统的控制。攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。 （4）模糊控制的机理符合人们对过程控制作用的直观描述和思维逻辑，由工业过程的定性过程出发，较易建立语言变量控制规则。趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。 （5）模糊控制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。夹覡闾辁駁档驀迁锬減。 同时模糊控制还具有如下的缺陷：
（1）模糊控制对比较复杂的不确定性系统进行控制时往往精度较低，总结控制规则过分依赖现场操作，调试时间长。
（2）模糊控制过多的依赖控制经验，由于没有被控对象的模型，在投入
运行之前就很难进行稳定性、鲁棒性等闭环分析。视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。 3.2模糊控制器的设计[14]
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模糊控制器是模糊控制系统的核心部分，模糊控制器的设计成功与否直接影响模糊控制系统的性能。因此设计一个合适的模糊控制器对于模糊控制有着重要的作用，模糊控制器的设计如以下步骤:偽澀锟攢鴛擋緬铹鈞錠。 1.选择合适的模糊控制器结构
选择模糊控制器的结构，就是确定模糊控制器的输入变量和输出变量，一般模糊控制器的输入变量是误差和误差变化率，输出一般选受控变量的变化量。按照输入变量数目的不同可以把模糊控制器分为：单变量模糊控制器和多变量模糊控制器，而单变量模糊控制输入的个数称为模糊控制器的维数，从理论上讲，模糊控制器的维数越高，控制效果也越好，但是实现起来也越困难，而维数太低的模糊控制器，控制效果又不理想，因此目前最典型的模糊控制器是二维模糊控制器，即输入为误差E和误差变化率EC。緦徑铫膾龋轿级镗挢廟。 2.选取模糊控制规则
（1）选定描述控制器输入和输出变量的语义词汇
我们称这些语义变量词汇为变量的模糊状态。如果选择比较多的词汇，那么制定规则就比较灵活，形成的规则就比较精确，不过，这种控制规则比较复杂，且不易制订。因此，在选择模糊状态时，必须兼顾简单性和灵活性。在实际应用中，通常选取7至9个模糊状态，即正大、正中、正小、负小、负中、负大和零7个模糊状态加上正零和负零2个模糊状态。騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼。 （2）规定模糊集
模糊集表示各种模糊状态，当输入误差在高分辨率的模糊子集上变化时，有输入误差引起的输出变化比较剧烈。反之，当输入误差在低分辨率的模糊子集上变化时，所引起输出变化比较平缓。因此，对于误差变化范围较
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