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.
2、滑动变结构系统分析法
3、圆稳定性判据方法:利用扇区有界非线性概念,根据稳定判据可推导模糊控制的稳定性.
4、POPOV 判据
5、其他方法如关系矩阵分析法，超稳定理论，相平面法，矩阵不等式或凸优化法，模糊穴
穴映射等，详细资料及有关文献很多，在此不再一一赘述．
３ 模糊控制的设置设计
模糊控制的设计是一个非常复杂的过程，一般而言，采取的设计步骤和工具比较规范．其中
模糊控制器一般采用专用软硬件，通用型的硬件芯片在目前市场上比较多，其中主流产品如
下表所示．而专用 IC 发展也很迅速，它把专用 IC 和软件控制器集成在一起．
模糊逻辑工具和产品
产品 制造商 主要特征
用于微控制器的模糊逻辑核
模糊逻辑教育软件包
Motolora 公司 用于 68HC05 和 68HC11 的模糊处理核。包含基于模糊
知识的发生器为核产生代码
对理解和使用模糊逻辑，交互式训练工具提供了比较
好的介绍。运行于 MS Windows 环境下，包括的 Fide
演示版本
NLX230 模糊控制器
ADS230 模糊微机开发系统
NLX110 模糊样本相关器
NLX112 模糊数据相关器
Neuralogix 公 司
（美）
8 位数字输入输出、16 位模糊器、64 个规则，每秒处
理 3000 万条规则
PC-兼容机系统，使用 NLX230，具有模拟和数字输入
输出接口
相关 8 个 1MB 的样本，可以扩展到 256 个 n-bit 样本
完成样本匹配和串行数据流水作业
Cubicalc
Cubicalc run-time source Code
Cubicalc
Cubicalc-RTC
Hygoerlogic 开发模糊逻辑应用的软件，在 MS Windows 的 286 或
者更高的微机上运行仿真模糊和非模糊系统
包括 Cubicalc-RTC 和基于 PC 的硬件用于模拟和数字
输入输出接口
产生用于专用微处理器编译的 C 源代码
Cubicalc 的高级版本，具有运行时间编译器支持和链接
库文件，
TIL 开发工具+模糊 C 开发系统 FC110
FC110 开发系统
微控制器产品许可证
微控制器估计软件包
Togal Infrabosic
公司
全部模糊开发系统产生 C 代码，包括调试、模糊仿真
和图形分析工具
数字型模糊逻辑处理器（IC）
无限制产品许可
FC110 硬件、软件开发系统，支持 IBM PC/AT 总线、
Sbus 和 VMEbus
设计过程中，一般采取的设计步骤为：
1、 综合考虑该课题能否采用模糊控制系统。即考虑采用常规控制方式的可能。
2、 从设备操作人员处获取尽可能多的信息。
3、 选取可能的数学模型，如果用常规方法设计，估计设备的性能特点。
4、 确定模糊逻辑的控制对象。
5、 确定输入输出变量。
6、 确定所确定的各个变量的归属范围。
7、 确定各变量的对应规则。
8、 确定比例系数。
9、 如果有现成的数学模型，用已确定的模糊控制器对系统仿真，观测设备性能，并不断调
整规则和比例系数直到达到满意性能。否则重新设计模糊控制器。
10、 实时运行控制器，不断调整以达到最佳性能。
三 模糊控制应用与前景展望
作为人工智能的一种新研究领域，模糊控制吸收借鉴了传统设计方法和其他新技术的精
华，在诸多领域取得了长足的进展．在新型的电力电子和自动控制系统中，有些专家在线性
功放的加设条件下，把模糊控制应用于为基础的伺服电机控制中，在把模糊控制系统与 PID
及模型参考自适应控制（MRAC）进行比较后证明了模糊控制方法的优越性．另有专家开发
了应用于矢量控制感应电机传动系统的模糊自适应控制器，其控制方框图如下所示，
ids 感应电机
ωr*
m
ωr A*
ωr
ωe
A
Vsqs
Vsds
Isqs
Isqs
ωe
模糊转差增益调谐控制器的见解矢量控制感应电动机传动系统
模糊控制作为一项正在发展的新技术，目前在大多数专家还把主要精力放在应用系统研
究上，并取得了相当的成果，但在理论研究和系统分析上还是相对落后的，以至于一些学者
质疑其理论依据和有效性．鉴于此可以明确得知：模糊控制理论和实践的结合仍有待于进一
步探索．其发展前景是十分诱人的，而且在近年来，其理论研究也取得了显著进展．在近四
十年的发展进程中，模糊控制也有一些局限性：１）控制精度低，性能不高，稳定性较差；
２）理论体系不完整；３）自适应能力低．对于这些弱点，模糊控制与一些其他新技术，比
如神经网络（ＮＮ），遗传算法相结合，向更高层次的应用发展拓展了巨大的空间．
四 总结
模糊控制作为一门综合应用范例，在全球信息化浪潮的推动下，在未来的几十年中，必将对
经济的迅猛发展注入新的活力，有专家认为，下一代工控的基础是模糊控制，神经网络，混
沌理论为支柱的人工智能．随着模糊控制理论研究的日益完善和深入，应用范围的日益扩大
和配套 IC 的研发制造，模糊控制将给工控领域的发展开辟光明的应用前景，同时也给各领
域的研究人员提出了更重大的任务．
参考文献：
１ . Boss 电力电子学与变频传动技术应用．姜建国等译 中国矿业大学出版社
２ 刘嵥，陈统宝 模糊神经网络问题解决分析［J］机械制造 .
矢 量 旋 转
器
逆变器
M
模糊调谐控
制器
-
+
实际估计器
G1
∫
３ Pedrycz. W. “Fuzzy control and fuzzy systems” John Wiley. New
4 “Fuzzy set” in format contras vol 8
5 Ostergaard “ Fuzzy control of a heat exchange process”. International report. University of Denmand, 1976
作者简介: 肖英辉,男, (1974---),工程师,曾多年从事某上市企业技术及设备管理工
作,现为山东科技大学测控专业在读研究生,研究方向为电力电子技术及应用.
任惠英，女，（1974---），工程师，现工作于山东兖州矿业集团机电设备制修厂。
