題目：汽車主動懸架及控制方法的研究姓名：葛金龍指導老師：周長峰第一章節：汽車懸架基本概述

1汽車懸架的定義及作用汽車懸架是指汽車的懸架與車橋或車輪之間的一切連接裝置的總稱，其作用是傳遞作用在車輪和車架之間的力和力矩，緩和汽車在行駛的過程當中的由于路面不平引起并傳遞給車架或車身的沖擊力，衰減由此引起的震動，以保證汽車能夠平順行駛，保證乘員的乘坐舒適性并保證貨物的完好。汽車懸架的性能要求（1）保證汽車有良好的行駛平順性。（2）有合適的減震性能。（3）保證汽車有良好的操縱穩定性。（4）汽車制動和加速時能夠保證車身穩定，減少車身縱向傾斜（“點頭”或“后仰”）的可能性。（5）能夠可靠地傳遞車身和車輪之間的一切力和力矩，零部件足夠輕并有一定的強度和壽命，保證輪胎的正行和減少輪胎磨損的能力。車輛懸架的組成典型的懸架系統結構由彈簧，減震器，導向機構及穩定桿等組成，個別機構中還有緩沖塊。（1）彈簧懸架彈簧的軟硬對車輛行駛的安全性和乘坐舒適性有重要的影響。現在的彈簧系統均以鋼板彈簧，螺旋彈簧，扭桿彈簧或空氣彈簧中的之一為基礎。（2）減震器減震器也稱為緩沖器，它通過一種稱為阻尼的過程來控制不希望發生的彈簧運動。減震器通過懸架運動的能量轉換為可通過液壓油散熱的熱能，來降低和減少車輛的振動。按不同的結構，工作介質和作用方式等，減震器有不同的分類。（3）穩定桿穩定桿也叫橫向穩定桿或防側滑桿，它是汽車懸架系統的一部分，穩定桿是一個橫跨整個車軸的金屬桿，它連接到前方的車架上，但要用襯套鏈接以便使其可以旋轉，兩臂連接到兩側的前懸架梁上，將懸架的兩側有效的連接在一起。車輛懸架的類型根據汽車導向機構的不同，汽車懸架可以分為獨立懸架和非獨立懸架。根據阻尼和剛度是否根據行駛條件的改變而改變，懸架系統又可以分為主動懸架，半主動懸架和被動懸架。而半主動懸架又可以分為有級式半主動懸架和無級式半主動懸架兩類。懸架分類示意圖懸架系統非獨立懸架系統獨立懸架系統懸架系統被動懸架半主動懸架主動懸架有級式半主動懸架無級式半主動懸架（1）被動懸架被動懸架,由彈性元件和不可變參數的減振器組成,只能在特定工況下達到最優,缺少對變載荷、變車速、不可預測路況的適應性。缺點：被動懸架是傳統的機械結構，由彈簧、減震器和導向機構組成。被動懸架的剛度和阻尼系數均不可調，只能在特定的工況下達到最優減振效果，存在明顯的共振峰，難以同時獲得良好的乘坐舒適性和操縱穩定性，缺乏靈活性。優點：結構簡單、設計容易和制造方便，且無須額外的能量輸入，目前在中低檔轎車上應用最為廣泛（2）半主動懸架基本原理：用可調剛度彈簧或可調阻尼的減震器組成懸架，并根據彈簧載質量度加速度響應等反饋信號，按照一定的規律調節彈簧的剛度或減震器的阻尼，從而達到較好的減震效果。作用：半主動懸架由無源但可控制的阻尼元件組成，在車輛懸架中，彈性元件除了吸收和存儲能量外，還得承受車身載荷和重量。

（2）半主動懸架分類：半主動懸架分為剛度可調和阻尼可調兩大類。阻尼可調半主動懸架又可以分為有級可調半主動懸架和連續可調半主動懸架應用：半主動懸架結構簡單，成本低，在工作時幾乎不消耗車輛動力，又能獲得與主動懸架相近的性能，因而具有巨大的發展潛力，故應用較廣（3）主動懸架1.定義及作用：主動懸架由在懸架系統中采用有源或無源可控制的元件組成。它是一個閉環控制系統，根據車輛懸架的運動狀態和路面狀況，由中央控制單元ECU實時進行運算，而后ECU馬上對減震器發出命令,主動做出反應,控制車輛懸架參數,使懸架始終處于最優減震狀態,并抑制和控制車身震動,當汽車震動和轉彎時的慣性引起彈簧變形時,主動懸架系統會產生一個與慣性力相對抗的力,減少車身位置的變化.主動懸架示意圖

主動懸架所具備的條件

（1）具有能夠產生作用力的作用源.（2）執行元件能夠傳遞這個作用力并能連續工作.（3）具有多種傳感器并將有關數據集中到微型計算機中運算并決定控制方式主動懸架的模型在圖中，為簧上質量；為簧下質量；為懸架阻尼；為輪胎剛度；、和分別表示以靜態平衡點為參考位置的簧上質量、簧下質量和路面激勵的垂直位移。主動懸架的優點（1）主動懸架匯集了力學和電子學的技術知識,是一種比較復雜的高技術裝備,例如法國桑蒂雅車裝備了主動懸架系統,該懸架系統的中樞是一個微型計算機,5種傳感器分別向微型計算機傳送速度,前輪制動壓力,踏動油門踏板的速度,車身垂直方向的振幅及頻率,轉向盤角度及轉向速度等數據,微型計算機不斷的接受數據并與預先設定的臨界值比較,選擇相應的懸架系統狀態.同時,微型計算機獨立控制每一只車輪上的執行元件,通過控制減震器內的油壓的變化而產生抽動,從而能在任何時候,任何車輛上產生符合要求的懸架系統運動.因此,該懸架系統有多重駕駛模式,駕車者只要扣動位于副儀表盤上的“正常”或“運動”按鈕，轎車就會自動設置在最佳的懸架系統狀態，以求最好的舒適性能。（2）主動懸架還有控制車身運動的功能，當汽車制動或轉彎時的慣性引起彈簧變形時，主動懸架系統會產一個力與慣性力對抗，減少車身位置的變化，例如德國奔馳2000款C1型跑車，當車輛轉彎時懸架系統傳感器會立即檢測出車身的傾斜和橫向加速度，微型計算機根據傳感器的消息，與預先設定的臨界值進行比較，立即確定在什么位置上以多大的負載加到懸架系統上，使車身的傾斜減到最小。主動懸架的控制功能（1）車速路面感應控制車速路面感應控制主要隨著車速和路面的變化改變懸架的剛度和阻尼，使之處于“軟”或運動模式。每種模式按照剛度和阻尼的大小依次有低，中，高3種狀態。在“軟”模式中，懸架經常處于低剛度和低阻尼的低狀態，在運動模式中，懸架經常保持在中狀態。按照兩種不同的控制方式，懸架由微型計算機控制在3種狀態之間，根據車速和路面的變化情況自動地調整懸架高度和阻尼系數，使車身的振動可能達到的最佳值。車速路面感應控制的3種控制功能1）高速感應控制能力當車速大于110KM/H時，微機根據車速傳感器信號，經過分析后發出指令改變懸架的剛度和阻尼。如果駕駛員選擇的模式是“軟”模式，則懸架的剛度和阻尼自動地從低狀態進入中狀態；如果選擇的是運動狀態，則懸架仍然穩定在中狀態保持不變，以提高車輛高速行駛時的操縱穩定性。當車速降低后，懸架又回到軟模式的經常保持狀態。車速路面感應控制的3種控制功能2）前后車輪關聯感應控制車速在30-80KM/H時，如果前輪遇到障礙時，安裝在汽車前部的車身高度傳感器將脈沖信號送給微機，微機經過分析后發出命令，令懸架改變剛度，阻尼等參數。如果駕駛員選擇的是“軟”模式，則后輪的懸架保持在低狀態；如果選擇的是運動狀態，則后輪懸架從中狀態進入低狀態，從而提高汽車的乘坐舒適性。當后輪越過障礙后，懸架又回到選定模式經常保持的狀態。但是當車速很高時，如果懸架太軟則車輪遇到沖擊時，汽車容易喪失操縱穩定性，所以當車速超過80KM/H時，無論選擇何種模式，懸架參數都應該保持在中狀態不變。車速路面感應控制的3種控制功能3）壞路面感應控制能力汽車以40-100KM/H速度突然駛上壞路面時，車身高度傳感器會立即給出周期小于0.5秒的車高變化信號。微機分析車速傳感器和車高傳感器的信號后發出指令，如果駕駛員選擇的是“軟”模式，則懸架從低狀態進入中狀態；如果選擇的是運動模式，則懸架保持中狀態。當車速以100KM/H以上的速度行駛在壞路面上時，如果選擇的是運動模式，則懸架從中狀態進入高狀態。車身姿態控制的3種控制功能

1）抑制轉向時車身側傾在急轉向情況下，應增加懸架的剛度和阻尼，以減少車身的側傾。當駕駛員突然打轉向盤時，安裝在轉向盤上的轉向傳感器把檢測到的轉向盤轉角機器速度變化傳給微機，微機對懸架發出指令，通過執行元件使懸架剛度和減振器的阻尼力轉換到高狀態。如果懸架處于“軟”模式，則從中狀態或低狀態直接進入高狀態。如果懸架處于運動模式，則從中狀態進入高狀態。車身姿態控制的3種控制功能

2）抑制制動時車身點頭在緊急制動時，應增加懸架的剛度和阻尼，以減少車身的點頭。在車速高于60KM/H是的情況下突然踏制動踏板時，車速傳感器發出相應的車速信號和制動開關發出的階躍信號同時傳給微機，微機向懸架發出命令。如果此時懸架處于“軟”模式下則從低狀態直接進入高狀態；若懸架處于運動模式，則從低狀態進入高狀態，以抑制車身前部的俯仰。車身姿態控制的3種控制功能

3）抑制起步時車身俯仰當突然起步或從低速情況下突然加速時，應增加懸架的剛度和阻尼，以抑制車身的俯仰。在車速低于20KM/H時突然加速。加速度大時，節氣門開度傳感器的信號和相應的車速信號傳給微機，微機向懸架發出指令。此時如果懸架處于“軟”狀態，則從低狀態進入高狀態。如果這時處于運動模式，則從低狀態進入高狀態。車身高度控制車身高度控制分為常規和高兩種控制方式，每種控制方式中按車身的高度從高到低的順序分為低、中、高3種狀態。在常規模式中，車身高度經常處于中狀態，而在高模式中，車身高度又經常處于高狀態。在通常情況下，車身高度不受乘員人數和裝載質量的變化影響，由微機控制在保持在所選模式的經常狀態高度。在高速行駛或連續壞路面行駛時，車身高度根據所選擇的不同模式，由微機控制在低、中、高3種狀態之間自行調節。使汽車經常處于穩定行駛狀態。這種控制包括高速感應控制和連續壞路面行駛控制兩種控制功能。主動懸架研究與發展狀況

1）主動懸架的研究現狀主動懸架的研究也是集中在主動懸架的可靠性和執行器上，同時，還必須對懸架系統最佳參數控制及理論進行研究。

(1)可靠性研究主動懸架采用了大量的傳感器，單片機，輸入輸出電路和各種接口，由于原件比較多，降低了懸架的可靠性，所以，加大元件的集成度，增加可靠性，降低成本，是主動懸架研究不可逾越的一個階段。主動懸架研究與發展狀況

(2)執行器研究執行器的研究主要是用電動器件代替液壓器件。電器動力系統中的直線伺服電機和永磁直流直線伺服電機具有較多的優點，今后將取代液壓執行元件。運用電磁蓄能原理，結合參數估計自校正控制器，可望設計出高性能的電磁蓄能式自適應主動懸架，使主動懸架由理論研究轉換為實際運用。主動懸架研究與發展狀況

(3)懸架系統控制理論研究主動懸架需要對懸架參數進行檢測，所采用的許多控制方法由天棚阻尼控制，PID控制，最優控制，自適應控制，神經網絡控制，滑膜變結構控制，模糊控制，預測控制等，因此，必須根據車架類型，懸架結構，減震器的類型，對控制方法和控制理論進行研究，選擇最佳控制策略和控制方法。主動懸架發展狀況隨著電子技術的發展，目前研制開發的新型主動懸架有可變特性手動控制懸架，電控主動控制液壓懸架，電控主動空氣懸架，ABC主動車身控制懸架系統，BOSE新型主動懸架系統等幾種。

1)可變特性手動控制懸架可變特性手動控制懸架是根據車輛運行條件和路況，以手動控制懸架特性。手動開關可以選擇以下兩種檔位。（1）STOP檔位，剛性好，相當于高級跑車的懸架特性。（2）TOURING檔位，柔性好，相當于高級旅行車的懸架特性。主動懸架發展狀況

2）ABC主動車身控制懸架系統

ABC（ACTIVEBODYCONTROL）主動車身控制懸架系統是比較先進的主動懸架的代表。它是通過感應微型的車輪及車身的動作，在任何大的車身振動之前，及時對懸架系統進行調整，保持車身的平衡，簡稱主動式車身控制懸架系統，即ABC,該系統能很好的適應各種路面，在異常崎嶇不平的路面，車輛也能保持優良的操作性，舒適性及方向穩定性。主動懸架發展狀況

3）BOSE新型主動懸架系統

BOSE新型主動懸架系統在每個車輪處使用一個線性電磁電機(LEM)取代了傳統的減震器和彈簧裝置。放大器以隨著系統的每次壓縮重新產生動力的方式向電機提供動力。這種電機的優點是不受傳統液壓式減震器固有慣性限制。因此，LEM能夠以更快的速度伸縮，從而幾乎完全消除了車廂的振動。車輪運動可以控制的如此之好，以至于不管車輪發生什么情況車身都能保持平穩，LEM還可以抵消車輪加速，制動和轉彎是車身的運動，為駕駛員提供更美妙的操控體驗。主動懸架發展狀況

4)電控主動控制液壓懸架電控主動控制液壓懸架的最大特點在于可手動調節懸架高度，并能自動調節減震器的剛度和阻尼。電控主動控制液壓懸架以液壓球代替了傳統的螺旋彈簧，并且通過液壓球實現了人工控制車身高度，無論車輛裝了多少人或行李，行駛過程中車身高度始終保持不變。電控主動控制液壓懸架提高了ECU控制單元的計算速度，并且還提供舒適和運動兩種模式供選擇。電控主動控制液壓懸架包括一個電子液壓集成模塊（包括ECU中央控制單元，電磁液壓分配閥，液壓泵和一個電動機）,新型球狀液壓承重部件，前后減震器調壓裝置，儲液缸，簡化液壓網和車內顯示屏。其中，電子液壓集成模塊是整個系統的核心，它的作用是采集車速信號，減震器振動頻率等數據信息來決定液壓球是增高還是降低車身。而遍及全車的多個橫向，縱向加速度和橫擺陀螺儀傳感器，檢測著車身的跳動，高度，傾斜狀態和加速度，然后這些信號傳輸到ECU控制單元，根據預先設定的程序來控制液壓制動器里的油缸是增壓還是泄壓，以保持合適的減震器阻尼和足夠的支撐力。第二章節：主動懸架控制及策略主動懸架控制理論涉及控制理論的各個領域，其中包括模糊控制、神經網絡控制、PID控制、自適應控制、遺傳算法控制、最優控制、滑模控制及復合控制等?？刂撇呗缘倪x擇對于主動懸架的性能有重大影響，選擇合適的控制車輛應用于控制律，才能更好地改善懸架性能。主動懸架控制及策略懸架控制策略模糊控制神經網絡控制PID控制自適應控制遺傳算法控制最優控制滑?？刂茝秃峡刂?.模糊控制模糊控制是一種基于規則的、可以用模糊語言來表達的算法，它可以允許被控對象沒有精確的數學模型，可以充分利用專家經驗，并且可以處理系統參數不確定性的問題?；谀：刂凭哂猩鲜鰞瀯?，近年來被廣泛的應用于主動懸架的控制中來。由于模糊控制系統不需要建立精確的數學模型，可避免系統因系統建模誤差帶來的影響，從而取得較好的控制效果。另外，利用模糊控制可以利用較少的狀態量作為反饋控制信號，因此，可減少傳感器的數量，降低成本，主動懸架模糊控制系統簡圖模糊量化模糊數量化反模糊量化懸架系統

模糊控制模糊控制方法在主動懸架控制系統中的應用效果比常規方法有效，但模糊控制器的穩定性只能通過一些模擬過程測試，判定其穩定的標準還不存在；控制器只適應于一定的汽車參數，改變輪胎性能會使控制結果明顯變壞；路面性質對控制效果影響不大。因此，模糊控制方法在主動懸架控制應用中從理論上無法判別，只能通過系統實測才能確定。由于主動懸架模糊控制器的參數大多數是通過實踐經驗確定的，因而在實際控制過程中并不能使懸架性能達到最優。2.自適應控制自適應控制系統不是普通的反饋控制系統，它處理的是具有“不確定性”的系統，即自適應控制是針對具有不確定性的系統設計的。這種不確定性可以來自系統內部也可以來自系統外部。既可以是關于系統特性（結構和參數）的不定性，也可以是(干擾)環境條件的變化引起的，既可以是有規律的，也可以是隨機的。自適應控制方法可以自動檢測系統的參數變化，從而時刻保持系統的性能指標最優。自適應控制自適應控制方法應用于汽車懸架系統有自校正在線控制與控制器整定控制相結合的控制方法；模型參考自適應控制是在外界激勵條件和車輛自身參數狀態發生變化時，被控車輛的振動輸出仍然能所選定的理想參考模型。采用自適應控制的懸架阻尼減震器系統能改善車輛的行駛特性，在德國大眾公司所生產的底盤上得到了應用。但是，采用自適應控制的振動懸架比采用常規反饋控制的主動懸架要復雜的多，成本也高很多，因此只是在采用常規反饋達不到所期望的性能時，才會考慮采用。主動懸架阻尼自適應控制系統框圖路面隨機輸入簧上質量簧下質量自適應控制器可控減震器3.神經網絡控制人工神經網絡是使用大量簡單相連的人工神經元來模擬人類大腦的以一階段性的并行分布計算系統。可以通過計算機線路或計算機程序來實現，其理論來源于上世紀50年代，神經網絡可以反映人類大腦的若干基本特性，作為一種并行分布式策略系統，可以逼近任意非線性函數，具有自動知識獲取、聯想記憶、自適應性、良好的錯容性和分布能力。因此，在主動懸架建模控制系統中得到了廣泛應用。神經網絡是一個由大量處理單元所組成的高度并行的非線性動力系統，其特點是可學習性和并行性，故在汽車懸架振動控制中廣泛的應用前景。但神經網絡不適應于表達基于規則的知識，不能利用已有查表法變參數PID控制的專家經驗知識，需要較長的訓練時間，因此神經網絡必須與其它控制方法相結合構成符合控制模式，才能有更大的實際應用。某主動懸架系統的神經網絡自適應控制系統簡圖神經網絡1控制器神經網絡2懸架系統3.神經網絡控制在如上圖所示的主動懸架神經網絡自適應控制系統中，有兩個子神經網絡，其中，神經網絡1應用對汽車主動懸架系統進行在線辨識。在對懸架進行在線辨識的基礎上，應用具有控制作用的神經網絡2，通過對控制網絡的權系數在線調整，控制器經過學習，對懸架系統進行在線控制，使得懸架系統輸出逐漸接近于期望值。具有神經網絡自適應的主動懸架系統能很好的減小汽車振動，提高車輛行駛平順性和穩定性。4.PID控制以經典控制理論為基礎的PID控制，不需要立即被控對象的數學模型，只需要根據經驗對調節器參數進行在線調節，即可獲得比較滿意的結果。PID控制有兩類，分別是查表法變參數PID控制和模糊PID控制。

PID控制的不足之處是對被控對象的參數比較敏感，因此，研究查表法變參數PID控制和模糊PID控制方法，在主動懸架控制系統中的應用有一定價值。PID分類框圖PID控制查表變參數PID控制模糊PID控制4.PID控制

1）查表法變參數PID控制查表法變參數PID控制是采用自動尋找最優整定對不同負荷時控制系統的PID參數進行優化，得到幾組不同的比較系數和微分時間常數。以表格行駛存放在計算機內存中。工作時對負荷進行采用，根據采得的復合值從表中查出對應的比例系數、積分時間常數和微分時間常數進行控制。

2）模糊PID控制模糊PID控制應用模糊控制理論來設計數字PID控制器，其基本設計思想是：將輸入兩偏差和偏差變化率平面分成不同的區，在不同的區采用不同的比例系數、積分時間常數和微分時間常數的偏差及偏差率值從控制表中查得，其中，控制表用模糊控制理論總結操縱經驗得到的。5.最優控制最優控制方法是應用狀態空間法，以狀態空間表示加權二次性能指標，采用最優控制率來接優化問題。常用的最優控制法包括最優預測控制、線性最優控制和H∞最優控制等。最優控制最優預測控制線性最優控制H∞最優控制5.最優控制

1）最優預測控制最優預測控制通過在車頭安裝紅外傳感器或超聲波傳感器等方法預先獲得路面激勵信號，然后由主動懸架控制系統發出指令，調節減震器阻尼力，從而實現最優預測控制，可以解決控制系統的時滯性問題。由于該控制技術可以通過某種方法提前檢測到前方的路面狀況和變化，將有足夠的時間采取措施。因此，可以大大降低系統的能耗，且改善系統的控制性能。但是，因為該控制方法是以線性隨機最優控制理論為基礎的最優控制方法，在建立主動懸架系統模型時，忽略高端動態環節，根據確定的主動懸架系統參數計算出控制參數，僅對理想的主動懸架數學模型保證預期的性能。因而限制了線性最優控制在主動懸架控制系統中的應用。5.最優控制

2）線性最優控制線性最優控制是建立在系統較為理想的模型基礎上的，才有受控對象的狀態響應與控制輸入的加權二次型作為性能標志，同時，保證受控結構在動態穩定條件下實現最優控制。例如，將線性二次型調節器控制理論和線性二次型高斯控制理論應用于汽車懸架系統以實現最優控制。線性最優控制方法是在系統建模時，忽略了高階動態環節如車架、輪胎的高階模態，以及減震器、傳感器的動態特性等，所得到的控制參數是根據確定的參數計算出來的，僅對理想的數學模型保證預期的性質。當系統參數變化到一定程度時，會使系統變得不穩定，控制參數不再使性能指標最優，有時甚至會使懸架性能惡化。實際懸架系統有許多不確定的非線性、時變得高階動力系統，因此，難以用定長反饋系統達到預定的性能要求，所以，線性最優控制方法在主動懸架上應用很少。5.最優控制

3）H∞最優控制

H∞最優控制是通過設計控制器，在確保閉環各回路穩定的條件下，使相對于干擾的輸出取最小的一種最優控制方法。為了模擬由于車身質量、輪胎剛度以及減震器阻尼系數等變化所引起的誤差，應用H∞最優控制方法可以使汽車懸架振動控制具有較強的適應不確定因素影響的能力。6.魯棒控制魯棒控制（RobostControl）方面的研究始于上世紀50年代，魯棒控制是一種考慮動態非線性及參數時變性的控制方法，它可以在系統設計階段對可能的影響因素加以考慮，從而將這些因素對系統的影響將到最低。魯棒控制方法適應用于穩定性和可靠性作為首要目標的應用。同時過程的動態特性已知且不確定性因素的變化范圍可以預估。采用魯棒控制的主動懸架具有較強的適應不確定性因素影響的能力。但是，魯棒系統的設計要有高級專家完成，一旦設計成功，就不需要太多的人工干預；而且若升級或做重大的調整，系統就要重新設計。7.遺傳算法遺傳算法（GeneticAlgorithm）最初是由美國芝加哥大學J.Holland教授于1975年首先提出來的，它是模擬達爾文生物進化論的自然選擇和遺傳學機理的生物進化過程計算模型，是一種模擬自然進化過程搜索最優解的方法。由于遺傳算法的整體搜索策略和優化搜索方法再計算時不依賴于梯度信息或其他輔助知識，而只需要影響搜索方向的目標函數和相適度函數，所以遺傳算法提供了一種求解復雜系統問題的通用框架，近年來開始應用到主動懸架控制中。8.復合控制目前，主動懸架采用的各種控制方法均有其優點和不足之處，將兩種或幾種方法相結合的復合控制方法往往能起到更好地控制效果。其中，由于模糊控制與神經網絡和自適應控制理論具有互補性。近年來采用基于天棚阻尼控制理論、模糊控制理論、和自適應控制理論為主線的復合控制策略稱為焦點。

第三章節：模糊控制在主動懸架中的應用1）模糊控制的技術原理模糊控制是以模糊集合論/模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎的一種計算機數字控制.從線性控制和非線性控制的角度分類,模糊控制是一種非線性控制,從控制器的智能性看,模糊控制屬于智能控制的范疇,而且它已經成為實現智能控制的一種而有效的形式.模糊控制的技術原理（1）模糊控制系統的組成A/D模糊控制器D/A執行機構被控對象執行器模糊控制的技術原理模糊控制系統一般可以分為五個組成部分（1）模糊控制器。實際上是一臺微型計算器,根據控制系統的需要,即可選用系統機,又可選用單板機或單片機.根據被控對象的不同,以及對系統靜態和特性的動態要求和所應用的控制規則各異,可以構成各種類型的控制器,如在經典控制理論中,用運算放大器加上阻容網絡構成的PID控制器和由前反饋、后反饋環節構成的各種串、并聯校正器。在現代控制理論中，設計的有限狀態觀測器、自適應控制器、解耦控制器。魯棒控制器等。而在模糊控制理論中，則采用基于模糊控制知識表示和規則推理的語言型“模糊控制器”，這是模糊控制系統區別于其他控制系統的特點所在。模糊控制的技術原理（2）輸入/輸出接口裝置。模糊控制器通過輸入/輸出接口從被控對象獲得數字信號量，并將模糊控制器決策的輸出數字信號經過數模轉換，將其轉變為模擬信號，送給執行機構去控制被控對象。在I/O接口裝置中，除了A/D、D/A轉換外，還包括必要的電平轉換線路。（3）執行機構。包括各角流、直流電動機伺服電動機，步進電動機，氣動調節閥和液壓電動機、液壓缸等。（4）被控對象。它可以是一種設備或裝備以及他們的群體，也可以是一個生產的、社會的、生物的或其他各種的狀態轉換過程。這些被控對象可以是確定的或模糊的、單變的、有后滯的或無后滯的，也可以是線性的或非線性的、定長的或時變的，以及具有強耦合和干擾等多種情況。對于那些難以建立精確數學模型的復雜對象，更適應采用模糊控制。模糊控制的技術原理（5）傳感器。傳感器是將被控對象或各種過程的被控量轉換為電信號（模擬的或數字的）的一類裝置。被控制量往往是非電量。如速度、加速度、位移、溫度、壓力。流量、濃度、強度等。傳感器在模糊控制系統中占有十分重要的地位，它的精度往往直接影響整個控制系統的精度。因此，在選擇傳感器時，應注意選擇精確度高且穩定好的傳感器。模糊控制的基本原理2）模糊控制的基本原理可用下圖表示，它的核心部分為模糊控制器，如圖虛線部分中的部分所示。模糊控制器的控制規律有計算機的程序實現，微機通過采樣，獲得被控量的精確值，然后將此量與給定值比較得到誤差信號E（在此取單位反饋）。一般誤差信號E作為模糊控制器的一個輸入量。把誤差信號E的精確量進行模糊量化變成模糊量，誤差E的模糊量可用相應的模糊語言表示。至此得到了誤差E的模糊語言集合的一個子集e（e實際上是一個模糊向量）。再由e和模糊控制規則R(模糊關系)根據推理的合成規則進行模糊決策，得到模糊控制量u為u=eoR式中；u是一個模糊量；合成運算符號“o”表示模糊矩陣的乘法運算，它與普通矩陣的乘法運算規則相似，只不過將兩數間的相乘改為取“小”，相加改為“取大”而已。模糊控制的基本原理為了對被控對象施加精確的控制，還需要將模糊量u轉換為精確量，這一步驟稱為非模糊化處理（亦成為清晰化），得到了精確的數字控制量后，經過模數轉換變為清晰的模擬量送給執行機構，對被控對象進行控制。然后，中斷等待第二次采樣，進行第二個步驟這樣循環下去，就實現了被控對象的模糊控制。模糊控制實現有以下五個基本步驟。模糊控制的基本原理A/D計算控制模糊控制的基本原理變量模糊量化處理模糊控制規則模糊決策非模糊化處理D/A執行機構被控對象傳感器模糊控制的基本原理

1.將精確量模糊化此處的精確梁山是指模糊控制器的輸入變量和模糊控制量的基本論域，常用的論域是系統偏差E，偏差變化率C和控制量U。模糊控制算法需要模糊量，將輸入變量轉換為模糊量，稱為模糊化，精確量模糊化的規則是一樣的，現在以偏差E為例。設偏差E的基本論域為[-x，x]，偏差E所取的模糊集論域為[-n，-n+1，……n-1，n]即可得精確量模糊化的量化因子KP=n/x，基本論域為[a，b]時，可通過變換式y=(x-)把[a，b]間的變量x轉化為[-n，n]之間的變量y。

模糊控制的基本原理2.將模糊變量分解稱為模糊子集將精確量模糊化后的模糊變量分解成幾個不同的模糊子集。模糊子集如何劃分有一定的主觀性，一般根據經驗確定，生活中描述變量的大小和事物的狀態，多用“大、中、小”或“快、中、慢”等區別，因此習慣上劃分為八個子集，即；正大（PL）、正中（PM）、正?。≒S）、正零（PO）、負零（NO）、負?。∟S）、負中（NM）、負大（NL）等八擋。在模糊子集劃分以后，也就構成了模糊隸屬函數，隸屬函數是模糊集合的特性。模糊隸屬函數將0～1之間的變量值分配給每一個子集，模糊隸屬函數既可以用列表的形式表示也可以用三角形、梯形等圖形表示。模糊控制的基本原理3.構造模糊控制規則集設分別表示偏差E、偏差變化率C及控制量U的變化量為模糊量，則典型的模糊控制規劃集如下圖所示。模糊控制集是實踐經驗的總結，它由若干模糊條件語句組成，如E=NL.則不論C為何值，都應使E迅速增加，故取U=PL.如E=NO,C=PS,則取U=NS以消除偏差……，制定這些規則的原則是；既要迅速消除偏差，又要防止振動和超調。模糊控制的基本原理4.確定系統的模糊輸出量一組多重條件語句組成模糊控制規則，可以表示為從偏差論域到控制量論域的模糊關系矩陣。通過偏差模糊向量和偏差變化模糊向量與模糊關系矩陣的合成進行模糊推理，得到模糊控制向量。模糊控制的基本原理上述模糊控制規則表示為語句，即

IfEandC,ThenU都可用前面講過的方法得出模糊關系矩陣R為

R=(E×C)×U隸屬度定義為實際上，優秀操縱人員的控制經驗可歸納為一系列的條件語句；

IfandthenIfandthen……Ifandthen有了控制規則表，根據每一條語句，都可以推斷出相應的模糊關系矩陣，即可得R,R,R,……R而整個系統的控制規則的模糊關系矩陣為

有了R,則當任意輸入時，相應的輸出為不同類型的模糊控制規則，可以不同的模糊推理方法。模糊控制的基本原理5.進行模糊判決，得出控制量的精確值由模糊控制器得出輸出量U是一個模糊子集，需要把它轉化為一個精確的控制量u，常用的方法有最大隸屬度法，取中位數法和重心法等。(1)最大隸屬度法。取模糊子集U中隸屬度最大的元素作為輸入量u，如U=+++++控制量隸屬于等級5的隸屬度最大，則u=5.此法簡單，但要求隸屬度函數曲線為正規的凸模糊集合（即曲線只能單峰）。如果曲線為梯形度平頂，具有最大隸屬度的元素不止一個，此時就要對所有偶最大隸屬度元素取正值。模糊控制的基本原理（2）取中位法。最大隸屬度法完全排除了其他一切隸屬度較小的元素的影響和作用。為了充分利用模糊子集所有的信息量，可以求出把隸屬函數曲線和橫坐標之間包含平分為兩部分之和，以此數作為輸入量。（3）重心法。求出隸屬度函數曲線和橫坐標之間包含面積的中心位置，以此得出控制量的精確值，這和取中位法基本相似。模糊控制的基本原理