模糊控制系统的结构和稳定性分析

 

 

摘　要：采用经典控制理论中成熟的解析方法分析和设计模 糊控制系统是发展模糊控制

 

理论的一条重要途径。系统地综述和讨论了其中两个主要方向， 即模糊控制器的解析结
构和模糊控制系统的稳定性分析的最新研究成果，并对今后的研究工作进行了展望。
关键词：模糊控制器，模糊控制系统，解析结构，稳定性分析
分类号：TP 18

Analytical Fuzzy Control Theory: Structure and Stability Analysis of Fuzzy Control Systems

Ding Yongsheng

（East China University）

Ying Hao

（The University of Texas Medical Branch）

Ren Lihong　Shao Shihuang

（East China University）

Abstract：Analysis and design of fuzzy control systems usi ng the mature analytical methods in 
classical control theory is an important way to develop fuzzy control theory. Recent research 
results of analytical analysis on structures of fuzzy controllers and stability of fuzzy control 
systems are o verviewed and discusse d systematically. The directions for future research are 
provided.
Key words：fuzzy controllers, fuzzy control systems, analy tical structure, stability analysis▲
1　引　言
　　模糊系统技术具有语词计算和处理不精确性、不确定性和模糊信息的能力，近年来已
被证明是解决许多实际复杂建模和控制问题的一种有效方法。但是，目前许多模糊系统仍
采用黑箱方法，这是因为其结构的复杂性已成为传统数学分析的主要障碍。这种黑箱方法
与经典控制理论中广泛采用的基于解析技术的设计方法有很大不同，它既不能提供对模
糊系统的解析洞察，也不能对系统特性和性能进行有效的数学分析。这种缺陷会给其在许
多领域的控制问题应用带来不实际性和不安全性。
　　为了发展模糊控制理论并让其具有坚实的理论基础，解析方法已引起许多学者的重
视。基于解析方法，经典系统理论中许多成熟的方法能用于模糊系统的某些分析和设计。
模糊控制器的解析结构分析和模糊控制系统的稳定性分析是其中两个主要方向。本文将系
统地综述这两个方向的最新研究成果，并对今后的研究工作进行展望。
2　模糊控制系统组成
　　模糊控制器一般包括 5 部分：1)模糊化接口：将真实的确定量通过隶属函数转换成
模糊量；2)数据库：用于存放输入和输出变量全部模糊子集的隶属函数；3)模糊规则集：
以 IF－THEN 控制规则形式给出的信息，根据模糊规则形式，模糊控制器主要可分为
Mamdani 和 Takagi- Sugeno(TS)两类；4)模糊推理机构：基于模糊规则，采用模糊逻辑操
作和推理方法而获得模糊输出；5)解模糊接口：用于将模糊输出转换成系统的数值输出。
　　根据输入和输出变量的数目，可将模糊控制系统划分为单变量和多变量模糊控制系
统。绝大多数模糊系统都是复杂的非线性系统，其输入和输出之间的非线性是由模糊控制
器的上述各个组成部分引起的。
3　模糊控制器的结构分析
　　根据常规控制理论解析分析模糊控制器的结构，是发展模糊控制技术的一条重要途
径。这对于模糊控制器的实际应用具有一定的指导意义，因为模糊控制技术中许多重要而
难度较大的方面(如分析、设计、稳定性和鲁棒性)，可用(非线性)控制理论中现有的数学技

 

术有效地加以研究。目前，许多学者已很好地分析了 Mamdani 模糊控制器和 TS 模糊控制