基于模糊控制的汽车发动机冷却系统的研究_图文

1、武汉理工大学硕士学位论文基于模糊控制的汽车发动机冷却系统的研究姓名：邓飞申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：周伟20090501武汉理工大学硕十学位论文摘要汽车现已是集机械、电子一体的高科技产品，随着汽车电子技术的快速发展，电子燃油喷射（针对燃烧系）、安全气囊和系统（针对安全性）和各种电控自动部件（针对舒适性）的应用技术日益成熟，电子技术己几乎应用到汽车的各个领域。但其仍存在很多结构和控制不完善的地方，汽车发动机冷却系统就是其中之一。本论文针对汽车发动机冷却系统存在控制不够完善之处而进行改进，采用智能控制技术对汽车发动机冷却系统进行控制，解决发动机冷却系统中存在的具体问题，以达到控

2、制效果良好，提高汽车动力性和经济性，减小汽车的排放污染，从而实现节约能源和保护环境的目的，并提高汽车的使用寿命。本文主要从以下几个方面对汽车发动机的冷却系统进行了详细研究：（）首先论述了研究的目的和意义，阐述了控制好发动机冷却液的意义，接着介绍了发动机冷却系统的国内外研究状况，分析该领域中存在的问题。（）分析了影响冷却系统的因素，对冷却系统的整体结构和硬件电路进行了设计，进而提出了模糊控制策略。）对控制系统的模糊控制器进行了详细设计，包括：输入和输出信号变量范围的确定；语言变量值以及模糊论域分级的选取；输入输出隶属函数的确定；输入变量的模糊化；模糊控制规则设计；模糊推理过程的详细演算过程；去模

3、糊化方法的实现。（）对控制系统软件流程进行了设计。（）运用仿真软件，先论述了设计模糊控制器模型的详细过程；接着设计了模糊控制系统仿真模型图。通过仿真模型图，分析了影响模糊控制系统性能的因素，为我们对模糊控制器的设计提供了重要依据。对仿真模型图进行仿真，通过仿真数据与实验数据的比较分析，仿真值和实验值的相对误差在士以内，表明所建立的模型图是良好的。本课题将模糊控制方法运用于汽车发动机冷却系统，这对于现代汽车的完善和不断发展，以及实现节约能源和保护环境具有重要的意义。这也为现代汽车发动机性能的完善提供了新的途径。关键词：发动机、发动机冷却系统、模糊控制，仿真武汉理工大学硕士学位论文，；，、，武汉理

4、工大学硕士学位论文，：，独创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：耳奠学位论文使用授权书本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩

5、印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。（保密的论文在解密后应遵守此规定）龇只芦侈新虢阁伟慨训卜一武汉理工大学硕士学位论文第章绪论研究背景在当今社会，人们对汽车的需求和依赖越来越强，汽车已是最重要的现代化交通工具。汽车工业的发展，促进了其他各行各业的发展，带来了社会经济发展和繁荣，当今世界各个发达国家几乎无一例外地把汽车工业作为国民经济的支柱产业。但是随着汽车业的发展，汽车也给社会带来一些不易解决的难题：交通安全问题、能源危机和环境污染。全世界亿多辆汽车，每年需要多亿吨燃油，超过了世界石油年产量的

6、，这些燃料燃烧后约生产亿吨有害气体，严重污染环境。为了节能和减少排气污染，必须不断改进现代的汽车以提高性能。由于人们生活水平的提高，汽车已逐渐进入家庭，人们对汽车的要求也越来越高，他们不仅要求这些新车有时尚的外形、良好的舒适性，优良的动力性、经济性和可靠性，同时也要求具有良好的清洁性（排放无污染性）。因此这给汽车生产企业带来了前所未有的竞争，汽车生产企业在竞争中要处于不败之地，汽车研究、设计、制造者和商家们必须不断应用高新技术、改善汽车性能，并推出各式各样新车型。汽车经过一百多年的发展，现已是集机械、电子一体化的高科技产品。但是，现在的汽车仍存在很多不完善的地方，其各总成和部件还存在结构不合理

7、的地方，其各系统设计和控制还存在不完善、不理想之处。汽车发动机冷却系统就是其中之一。本课题就是针对现有发动机冷却系统控制存在不够完善之处而进行改进，用现代的智能控制技术解决发动机冷却系统中存在的具体问题，以达到控制效果良好，提高汽车动力性和经济性，减小汽车的排放污染，从而实现节约能源和保护环境的目的，同时提高汽车的使用寿命。课题研究的目的和意义本课题设计的任务是根据发动机各工作状况的要求，控制好发动机的冷却武汉理工大学硕士学位论文液温度，使发动机处于最佳工状态，以提高发动机功率，改善燃油经济性，降低排气污染。因此具有非常重要的应用价值和意义。控制好发动机冷却液温度，有利于改善发动机的动力性和燃

8、油经济性发动机的工作温度是否正常，直接影响混合气的形成的质量及润滑效果，因此，对燃料的消耗也有很大的影响。一般发动机的正常工作温度在，如果冷却液温度过低，则影响燃油的蒸发，则有大量的燃油未与空气充分混合而燃烧，则存在燃烧不完全，浪费燃油，使燃油经济性降低。如果发动机冷却水温过低或过度冷却，均会使发动机散热损失增加，零件磨损加剧，排放恶化，发动机工作粗暴，使发动机功率下降及燃油消耗率增加。当发动机冷却液温度偏高，发动机将过热，工作过程恶化，机油变质，零件磨损加剧，最终导致发动机动力性、经济性、可靠性及耐久性全面下降。发动机水温偏高，则容易产生早燃和爆燃，而且充气效率下降，使动力性下降。实验证明：

9、发动机在冷却液沸腾状态下勉强行驶，会使燃油消耗猛增，发动机磨损加剧。、控制好发动机冷却液温度，有利于改善发动机冷启动性能发动机在低温启动时，曲轴转动阻力大。由于温度的降低，发动机润滑油的粘度增大，从而增加了曲轴的旋转阻力，使发动机的启动转速下降，不易启动。随着发动机温度的降低，汽油的粘度和比重都增大，这样汽油的流动性变差，雾化不良，不易形成规定浓度的可燃混合气，因此发动机不好启动。在发动机启动时，采取措施适当提高启动温度，则发动机曲轴转动阻力将减小，混合气容易形成，发动机启动容易，并且缩短暖机时间，将节省燃油，减少排气污染。、控制好发动机冷却液温度，有利于提高发动机使用寿命，降低排气污染。发动

10、机在低温条件下使用时，各主要总成磨损都比较大，研究表明：在发动机的使用周期内，的气缸磨损发生在启动过程中，而冬季启动占启动磨损的。发动机的磨损不仅仅在启动过程中严重，而且在启动后未达到正常温度之前，磨损强度一直是很大的。低温启动时，润滑油粘度大，流动性能差，机油泵不能即时将润滑油压入到各润滑表面，使气缸壁和轴承等摩擦表面润滑条件变差。冷启动时，燃油汽化不良，大部分油分子以液态进入气缸，冲刷了气缸表面的油膜，稀释了润滑油，使其润滑作用减退由于温度低，燃烧过程中的水蒸气凝结在气缸壁上，并与硫的氧化物生成酸，引起腐蚀磨损。低温时，由于轴瓦的合金，瓦背与轴颈的膨胀系数不同，使配合间隙变小，而且还不均匀

11、，使磨损增大。此外，机油泵不能及时地将润滑油压入曲轴轴颈工作表面，使润滑条件恶化，轴颈的磨损。因此，如在发动机冷启动前，采用计算机控制技术将冷却液加热到适当的温度，那么将改善发动机的冷启动性能，改善燃油的经济性，提高发动机的使用寿命。本课题的国内外研究现状纵观国内外汽车发动机冷却系统的发展，目前发动机冷却系统主要采用传统的机械控制。在最新款的轿车上，其冷却系统有所改进，性能有所提高，但其改进也主要限于结构部件的改进，主要表现在以下几方面：、改进了节温器的性能，以改善流过散热器的冷却液量，达到控制好冷却液温度。、在散热器前面采用保温帘，保温帘（又叫百叶窗）由水温开关或机械装置直接控制，以调节外界

12、流过冷却散热器的风量。、改善了风扇的性能，提高风扇风量。、改善了双金属片式的温度开关的性能，以提高风扇运转与否或高低速运转的准确性，但仍采用两档风扇。、改变散热器的尺寸，以使冷却系统的冷却强度与发动机匹配。、采用高压散热器盖，使冷却液沸点提高，加大散热器内冷却液和空气的温差，以增加同一尺寸散热器的散热量。、将冷却系统的热量传递由显热改为潜热型式，即使冷却液沸腾，以同温度下的液态向气态转换而吸收的形式进行冷却，整个系统采用计算机控制。、国内外已进行汽车发动机冷却系统先进控制研究，但还没进入实际应用。从发展看，冷却系统的零部件结构得到了不断改进，发动机的冷却效果得到了改善。但是从整个冷却系统看，控

13、制装置（风扇、节温器等）的控制效果很不精确，相互协调性较差，故发动机未在最佳温度下工作：且当发动机冷却液温度变化时，控制装置的执行动作十分缓慢（即反应很慢），未能根据发动机工况所需的最适宜温度要求进行控制；当外界气温比较低时，发动机不容易冷起动，且起动后暖机时间很长，诸如此类情况已不适应现代汽车技术的发展。因此对发动机冷却系统采用理想的控制方法进行控制，以提高发动机功率，减少燃油浪费、降低排放污染势在必行。本文的研究内容（）确定发动机冷却系统的控制方案，选用模糊控制策略。传统汽车发动机冷却系统都是用机械装置对发动机冷却系统进行控制，这样的控制效率很底，既浪费能源，也污染环境，本文经过分析，提出

14、了对冷却系统进行电子控制，由于影响冷却系统的因素太多，控制模型不好构造，进而提出了模糊控制策略。（）通过查阅资料和仔细研究，实现了系统的硬件电路和软件流程的设计。（）通过学习模糊控制理论，对发动机冷却系统模糊控制器进行了设计。模糊控制器的设计主要包括：输入和输出信号变量范围的确定；语言变量值以及模糊论域分级的选取；输入输出隶属函数的确定；输入变量的模糊化：模糊控制规则设计；模糊推理过程的详细演算过程；去模糊化方法的实现。（）对发动机冷却水温模糊控制系统进行了模型设计与仿真运用仿真软件，先论述了设计模糊控制器模型的详细过程；接着设计了模糊控制系统仿真模型图。通过仿真模型图，分析了影响模糊控制系统

15、性能的因素，为我们对模糊控制器的设计提供了重要依据。对仿真模型图进行仿真，通过仿真数据与实验数据的比较分析，仿真值和实验值的相对误差在士以内，表明所建立的模型图是良好的。课题来源本课题是武汉理工大学汽车学院所承担的科研课题。该项目面对我国汽车技术远远落后于世界水平的背景，以自主研究和完善发动机性能为目标，立足于汽车电子电控核心技术，按照尊重国情、积极探索、实用可靠、力求先进的原则进行的。武汉理工大学硕士学位论文第章发动机冷却系统总体设计方案冷却系统的原理和组成冷却系统以水泵为动力使冷却液在机体内进行强制性循环。安装在缸体前端的水泵将散热器内的冷却液泵入缸体的各缸水套，然后进入缸盖，最后从缸盖的

16、出水管经节温嚣流出，完成冷却液循环。当机体内冷却液温度低于时，冷却液由出水管经水泵的水循环管返回水泵再次泵八机体内进行小循环。当出承口温度达到时，节温器控制阀全开，机体内的冷却液经节温器流入散热器进行散热，即为大循环。围是四缸汽油机的冷却液循环示意图：；啦嘲蔓二：一！心囱兰三一荔。！歹：二二图四缸汽油机的冷却液循环示意图一百叶窗：一散热器；一水箱盖：一风扇：一水泵；节温器一水温表：一发动机水套：一分水管：一放水开关根据上述可以看出冷却系由散热器、风扇、水泵和节温器组成，由水管和缸体内的流道组成封闭的系统。控制系统结构设计根据汽车发动机冷却系统的结构特点及特性，井参照汽车上其他电子控制系统的结构

17、，设计出如图所示的电子控制汽车发动机冷却系统。该控制系统由传感器、电子控制器和执行器三部分组成。传感器为水温传感器，电子控制装置为控制电脑（），执行器为电子节温器、电风扇和电控百叶窗。当发动机在工作时，点火开关处于“”，水温传感器对发动机冷却系统的温度进行检测，检测到的水温信号经，转换后送入电脑，将送来温度信号进行分析计算，以判断此时发动机的冷却液温度是否偏高、偏低、还是适合，再根据计算结果输出控制指令控制电子节温器、电动百叶窗和冷却风扇工作，对发动机冷却系统冷却液温度进行适时控制和调节，使发动机处于最佳温度状态下工作。图汽车发动机冷却系统电控结构图系统硬件的设计温度传感器电路设计温度传感器的

18、选择温度是反应发动机热负荷状态的重要参数，为了保证发动机正常工作，必须随时监测发动机冷却液温度，对冷却液温度的检测采用温度传感器。温度传感器的种类有很多，常用的有热敏电阻式、金属热电阻式、线绕电阻式、半导体晶体管式等，热敏电阻可分为正温度系数（）型和负温度系数（）型两种【】。由于热敏电阻利用陶瓷半导体材料的电阻值温度变化而变化的特性制成，其突出优点是灵敏度高、响应特性好、结构简单、成本低廉，故在汽车上得到普遍采用。且由于发动机冷却液的温度范围为一般为，故选用低温测量用的热敏电阻温度传感器。本控制系统中温度传感器共使用两支，分别装于发动机的出水管和进水管上。、温度传感器的工作电路温度传感器的工作

19、电路设计如图所示。图温度传感器的工作电路传感器的两个电极和）用导线与控制器连接，内部串联一只分压电阻，向热敏电阻和分压电阻组成的分压电路提供一个稳定的电压，传感器输入的信号电压等于热敏电阻上分压值。当被测对象的温度升高时，传感器电阻减小，热敏电阻上的分压值降低；反之，当被测对象的温度降低时，传感器阻值增大，热敏电阻上的分压值升高。根据接收到的信号电压值，便可计算求得对应的温度值，从而进行实时控制。信号处理电路前向通道图信号处理电路由于温度是缓慢变化的，因此对温度传感器输出的温度信号，在进入电脑之前，可不进行采样，但应进行转换。型号选用，其转换的电压范围为，又由于温度传感器输出的信号电压为，一之

20、间，因此温度传感器的信号在进行，转换之前可不进行放大处理。关键温度点时传感器信号电压和经转换后的数字量对应如表所示。表一传感器电阻与信号电压和数字信号对应表温度（）一阻值（）一信号电压（）数字信号温度（）阻值（）信号电压（）数字信号控制系统执行器设计由于单片机体积小，功能强，可靠性高，价格低，性能和价格比高和功耗低等一系列优点，因而在行驶汽车的实时控制中得到广泛的应用。故本控制系统的控制器选用一单片机。由于一单片机的最大可寻址，故本控制系统的控制器在单片机扩展存储器（，型号为；，型号为），地址锁存器采用，译码器采用，转换器采用，并行接口采用。风扇电路设计（）电路设计本系统中风扇采用双风扇，每个

21、风扇分别采用直流电机带动旋转，每个直流电动机转速设计为档，风扇转速的高低通过控制电机电流的大小实现。直流电机由继电器控制，继电器由外围驱动【】，驱动器由电脑控制。此控制电路中采用了继电器作隔离装置，以防止对单片机控制系统产生干扰。电风扇的控制电路如图所示。图风扇电机的控制电路（）风扇的档位及对应的数字信号如表。武汉理工大学硕士学位论文表风扇的档位及对应的口数字信号档位电子节温器控制电路设计由于步进电机的驱动电流比较大，所以单片机与步进电机的连接需要专门的接口电路及驱动电路。接口电路可以是单片机内部的口，也可以是可编程接口芯片，如、等。驱动器可用大功率复合管，也可以是专门的驱动器。有时为了抗干扰

22、或避免一旦驱动电路发生故障，造成功率放大器中的高电平信号进入单片机而烧毁器件，在驱动器与单片机之间加一级光电隔离器。由于本系统中的步进电机功率不是很大，故控制电路不加光电隔离器【】。将其控制电路设计如图所示：机图电子节温器控制电路在控制中，当给中某一位（如）输出为时，经反向器驱动器变为高电平，使达林管导通，相通电。反之，当时，相不通电。由、控制的、相亦然。控制中只要按一定的顺序改变三位通电顺序，可控制步进电机按一定方向步进。由于本步进电机按三相双三拍工作，则其控制方式的数学模型如表。以上为步进电机正转时的控制顺序及数学模型，如果按上述逆顺序进行控制，则步进电机将向相反方向转动，如表。表步进电机

23、正转控制方式的数学模型工作步序控制模型控制位状态表步进电机反转控制方式的数学模型工作步序控制模型控制位状态百叶窗控制电路设计控制电路如图所示。机图百叶窗步进电机控制电路。报警电路设计报警电路设计如图所示图报警电路报警电路用于指示发动机冷却系统工作状况。当发动机冷却系统出现持续低温和高温情况，报警电路进行高温和低温报警。当冷却系统的控制电路出现故障，故障报警电路进行故障报警，显示系统故障，以便于进行故障诊断；此报警电路的具体工作情况如下：当温度传感器检测到的冷却系统冷却液温度低于，且检测信号连续超过次，输出低电平，发光二极管亮，进行低温报警；当温度传感器检测到的冷却液温度大于等于，且检测信号连续

24、超过次时，输出低电平，发光二极管亮，进行高温报警；当发动机转速或冷却液温度传感器出现断路或短路故障时，或电脑接收到信号不正常时，输出低电平，发光二极管亮，进行故障报警。汽车发动机冷却系统控制模型汽车发动机的冷却液温度，受许多因素的影响，如发动机的负荷、汽车行驶速度、外界的气温、散热器结构形式、散热器的水流量和风扇的转速等。其关系可用结构图表示。这些影响因素大多是不断变化的，且与发动机冷却液温度呈非线性关系，因此发动机的水温变化与各因素间的关系很难用数学方程进行准确描述。况且通过测试，发动机的水温的升高和降低是一个缓慢变化和大滞后过程。因此对发动机冷却系统冷却液温度的控制，采用常规的控制【】，系

25、统模型难以建立，且控制效果也不好。影响因素控制系统发动机控制参数发动机负荷汽车速度散热器水流量冷却系冷却液温度散热器结构形风扇转速冷却风通过量统图发动机冷却液温度影响因素由于模糊控制是一种智能控制，它是模仿人工控制活动中人脑的模糊概念和成功的控制策略，运用模糊数学¨，把人工控制策略用计算机实现；模糊控制不依赖系统的精确数学模型，因而对系统参数的变化不敏感，具有很强的鲁杆性。因此汽车发动机冷却系统如采用模仿人工控制活动中人脑的模糊概念和成功的控制策略，将达到令人满意的效果，故本控制系统的设计主要采用模糊控制理论进行控制。发动机冷却系模糊控制系统示意如图所示。给图发动机冷却系模糊控制系统

26、寞糊控制系统中，给定温度值与系统反馈回的温度值的偏差和偏差取微分后的偏差的变化率作为控制系统的两个输入量，输入模糊控制器，进而通过执行机构来控制发动机冷却系统的温度值。本章小结在这一章里，先介绍了发动机冷却系统的原理与组成，然后进行了控制系统的结构设计和硬件电路设计，最后提出了系统采用模糊控制策略来进行控制。第章发动机冷却水控制模糊控制器的设计本设计中冷却水控制器是采用模糊控制的方法。控制需要知道被控对象精确的数学模型，然后根据数学模型选择适当的控制规律进行系统设计，这对解决一般的控制问题十分有效，但控制器的控制参数非常难整定，一旦实验条件发生变化，则需要重新调整，适应能力不强，并且在许多情况

27、下被控对象的精确数学模型很难建立。与经典的控制理论相比，模糊控制器建立在语言型经验描述之上，不需要知道被控对象的精确的数学模型，参数调节相对容易，取得满意的控制效果。在这一章里，首先介绍模糊控制系统和模糊控制器的结构，然后根据冷却水控制器的设计过程详细说明模糊控制器的具体设计方法。模糊控制系统和模糊控制器模糊控制系统模糊控（）冽是指模糊理论在技术上的应用，模糊控制系统是一种自动控制系统，它以模糊数学、模糊语言形式的知识表示和模糊逻辑的规则推理为基础；采用计算机控制技术构成的一种具有反馈通道的闭环结构的数字控制系统。因此，模糊控制系统的组成具有常规计算机控制系统的结构形式，如图所示。由图可知，模

28、糊控制系统通常由模糊控制器、输入输出接口、执行机构、被控对象和检测装置（传感器）【】等五个部分组成。模糊控制系统组成框图如图所示。由图可知，模糊控制系统与通常的计算机数字控制系统的主要区别是具有智能性的模糊控制器。模糊控制器是模糊控制系统的核心，一个模糊控制系统的性能的优劣，主要取决于模糊控制器的结构，所采用的模糊控制规则、合成推理算法，以及模糊决策的方法等许多因素。武汉理工大学硕十学位论文量模糊控制系统框图模糊控制器的基本结构图为模糊控制器对一个过程进行控制的示意图：变量测量值图个模糊控制器的控制过程根据从过程中测得一些数据（受控变量）如温度、压力等，与设定值进行比较，将这些数据输入一个模糊

29、控制器，由模糊控制器推断出需要校正的量值（校正变量），用它控制一个过程。由于对于一个模糊控制器来说，输入和输出的都是精确的数值，非模糊量，而其内部却建立在语言型的模糊控制率上，由条件满足的程度推出模糊输出的大小。该推理过程采用模糊理论，称为模糊推理，为了进行模糊推理必须先将非模糊量转化成模糊值，此过程称为模糊化。由于模糊推理的输出是模糊值，还必须将模糊输出转化为非模糊集，该过程称为去模糊化。模糊控制器由模糊化、模糊推理、去模糊化三部分组成。这三部分共同建立在知识库的基础之上。模糊化模糊控制器的输入量为非模糊量，必须转化为模糊量后才能用于模糊推理。模糊化实际上是模糊控制器的输入接口。它的主要作用

30、是将真实的精确量输入转换成一个模糊矢量。因此它的过程可简单的分成两部分：模糊语言变量的确定及确定语言值的隶属函数。（）、模糊语言变量的确定在模糊控制中，输入量的取值为语言值即模糊集：输入量语言值，语言值，语言值输入量本身也称为语言变量。在确定模糊变量时首先要确定其基本语言值，语言变量的定义大都将其语言值的隶属函数画在一个坐标系内。一个非模糊值的模糊化就是根据输入语言变量的定义确定相应于每个语言值的隶属度函数。一般说来，一个语言变量的语言值越多，对事物的描述就越准确，可能得到的控制效果就越好。但随着语言值的增多，控制会越来越复杂，因此，应根据具体情况而定。通常情况下，偏差和偏差变化等语言变量的语

31、言值一般取负大、负中、负小、零、正小、正中、正大；，）（）、确定语言值的隶属函数模糊语言值实际上是一个模糊子集，而语言值最终是通过隶属函数来描述的。语言值的隶属函数又称为语言值的语意规则，有时以连续函数的形式出现，有时以离散的量化等级形式出现。常用的隶属函数的形式有三角型，高斯型，戒上型，戒下型等。隶属函数的选择对模糊控制性能也有一定影响。一般说来，隶属函数的形状越陡，分辨率就越高，控制灵敏度也较高；相反，若隶属函数的变化很缓慢，则控制特性也很平缓，系统的稳定性也较好。因此，在选择语言值的隶属函数时，一般在偏差范围为零的附近区域，采用分辨率较高的隶属函数，而在偏差较大的区域，为使系统具有良好的

32、鲁棒性，常可采用分辨率较低的隶属函数。模糊推理根据语言变量的定义对输入量模糊化后，要进行模糊推理。模糊推理有条件聚合（伊），推断（）和累加（）三部分组成。模糊推理首先计算控制率中每条规则条件的满足程度（条件聚合），然后根据条件的满足程度推断单一规则输出的大小（推断）。最后将所有规则的输出累加，得到总的模糊输出。常见的限制方法有最大最小法（）】和最大乘积法）。在最大最小法中结论的满足度为条件的满足度和结论隶属函数的最小值。而在最大乘积法中结论的满足度由条件的满足度和结论的隶属函数的乘积得出。推理规则是：去模糊化由模糊推理得出的模糊输出必须转换为非模糊输出值，才能用于调节过程。常见的去模糊化的方法

33、有面积重心法和平均最大值法。在面积重心法中，非模糊量输出为模糊输出多边形面积的重心。而在平均最大值法中非模糊输出为模糊输出最大值的平均。冷却水温控制的模糊控制器的设计模糊控制器的设计就是依据控制问题，设计出适合于被控过程的控制器，使之能达到预定的目的。模糊控制器的设计主要包括以下几个方面：（）、选定模糊控制器的输入输出变量，确定输入输出变量的语言值域及其应用的隶属函数：（）、设计模糊控制器的控制规则；（）、确定模糊推理和去模糊化的方法。下面根据冷却水温控制器的实现过程详细介绍模糊控制器的设计方法。汽车冷却水温模糊控制器结构图如图所示，该控制器选用典型的双输入单输出结构，输入的是温度的偏差和偏差

34、的变化率，输出的是控制量，输入量化因子和，输出比例因子，输入精确量偏差和偏差变化率经量化后，实现由精确量向模糊量的转化，经过模糊控制决策和推理后送到解模糊化部分，实现模糊量向精确量的转化，输出量经比例因子后得到精确量控制量的输出。图温度偏差，偏差变化率模糊控制器结构图输入和输出信号变量范围的确定发动机工作温度范围大部分时间在（，），通过温度范围检测子程序后再进入模糊控制子程序，设给定温度，则发动机温度的偏差变量范围在，】；温度变化率变量范围在【，】；系统的输出信号为，其变量值为【，】，值经解模糊后，查表输出或的开关量。语言变量值以及模糊论域分级的选取在模糊控制系统中，一个语言变量选用的语言值分

35、档越多，对事物的描述就越细腻、准确、生动，制定控制规则就比较灵活，控制规则本身也比较详尽，因而控制效果就越好。但是语言值分档太多，反而有可能使控制规则变得很复杂，编制程序比较困难，占用的存储器容量也较大；而选择较少的分档，控制规则相应变少，规则的实现就方便，但过少的控制规则又会使控制作用变得粗糙而达不到预期的效果，因此，在选择模糊语言变量的语言值时要兼顾简单易行和控制效果两个方面。一般来说，一个语言变量选用到个语言值较适宜。这里输入语言变量，的语言值分成个级别，分别为（正大）、（正中）、（正小）、（零）、（负小）、（负中）、（负大），每个级别对应一个语言变量，它们分别是：，它们的论域分别是：，

36、一，】，一，】，一，一，）模糊控制器的控制规则是由输入输出模糊语言变量的不同语言值排列组合而构成的若干条模糊条件语句，基本反映了人工控制的某种思维方式，模糊条件语句中描述输入输出语言变量状态的词语（也称为语言值，如“正大”、“负小”等）的集合，称为这些模糊语言变量的词集（也可以称为模糊语言变量的模糊状态，它是根据模糊语言的定义，由语法规则生成的语言值的集合。而每一个语言值本身又是一个模糊子集，因此要确定一个模糊语言变量，必须首先确定其语言值才能构造模糊控制规则，那么如何选取模糊语言变量的语言值（词集），也就是如何对语言变量值分档问题。模糊控制器输入输出隶属函数隶属函数是模糊集合的特征函数，它表

37、示任意元素属于模糊集合的程度。确定隶属函数要遵循以下原则：（）表示隶属函数的模糊集合必须是凸模糊集合】：即最大隶属度区向两边延伸时，其隶属度只能单调递减，不允许出现波浪形，否则就违背事实规律。（）变量所取隶属函数通常是对称和平衡的：模糊系统中，每个变量可取多个语言值，即标称名。标称名数量必须合适，太少则论域中的隶属函数密度过低，从而使模糊控制系统的分辨率过低；标称名太多则可能因较小的输入变化而过多的激活不同规则，导致模糊系统不稳定。实际一般取个。同时，一般要求在“零作用集合两边语言值的隶属函数取对称和平衡。（）隶属函数应遵从语意顺序：在相同论域上使用的具有语意顺序关系的若干标称的模糊集合不能违

38、背常识和经验，其中心值要遵从一定的次序。（）隶属函数要避免不恰当重复：标称的中心值向两边模糊延伸的范围有限，只有相邻的两个模糊集合的隶属函数才能相重叠，而且必须重叠，否则都会违背常理。所以，论域中每个点应至少属于一个隶属函数区域，但一般最多属于两个隶属函数区域。同时规定，两个隶属函数重叠时，重叠部分的任何点的隶属函数的和应不大于。武汉理工大学硕士学位论文实际经常用图形来定义模糊变量的精确值与其隶属度函数的关系，且一般采用相同斜率的三角形隶属函数。实际工程问题经常考虑两个以上的模糊集，也就必须进行模糊集之间的运算，经常用到的模糊算子有并运算、交运算、补运算等驯。模糊语言变量的每一个语言值实际上是

39、一个在模糊论域上的模糊子集。由模糊集合的定义可知，模糊子集最终总是通过隶属函数来描述的。语言值隶属函数又称为语言值的语义规则，它有时以连续函数的形式出现，有时也可以以离散的量化等级的形式表达，它们各有自己的特色。连续的隶属函数描述比较准确，而离散化的量化等级简洁直观。模糊论域上的一个连续或离散的隶属函数就代表着一个模糊语言变量的一个语言值。隶属函数可以通过总结操作者的控制经验采用多种方法来确定，隶属函数的形状在达到控制要求方面无大的差别，倒是隶属函数的幅宽大小对性能影响较大。所以一般选用三角形、梯形隶属函数作为模糊子集的隶属函数，这是因为它们的数学表达式和运算较简单，所占内存空间小，在输入值变

40、化时，比正态分布或钟形分布隶属函数具有更大的灵活性，当存在一个偏差时，就能很快反应产生一个相应的调整量输出。这里选用三角形隶属函数，偏差输入隶属函数如图所示，其余的隶属函数从略。翻甜旧。输入偏差隶属函数输入变量的模糊化下面分析输入变量的模糊化过程，输入变量的模糊化部分程序流程图如图所示，输入变量的模糊化，隶属度函数采用对称的三角形函数，采用点斜的形式来描述隶属度函数，语言值分成个级别。假设：各语言值隶属度函数斜率分别为：、【、且为正值，隶属度函数中心对应的坐标为：点、，即各语言值，则对应的点斜式隶属度函数武汉理工大学硕士学位论文数组为：，），输入变量对应的隶属度数组为：，在区间指针的索引下，从开始，如果没有找到对应区间，就执行，直到找到个区间中对应的某一个，找到某一对应区间后，根据三角形函数斜率和点的坐标，执行木（）】）、【】（）。【（）】操作，输入变量就在相邻的隶属度函数上找到了个隶属度，即用【】、】表示，这样隶属度函数还要除以斜率和相邻语言值之差才转换到（，）区间，考虑到后面的去模糊化采用的是重心法，分子分母都要除以该值，为了提高运算速度，这里就用该值代替，当然根据实际情况还可以进行其它的数值处理，这里就不一一列出。此时，输入变量就有了在某一语言值和对应的隶属度，也就完成了输入变量的模糊化。通过对输入变量的模糊化过程子函数的调用可以实现各输入变量的模糊化。（叶）】）：血【咀）