3 模糊技术

1965年扎德（L. A. Znleh,1921年生，美国数学家）在《信息与控制》杂志上发表《模型集》论文后，引起了各国数学家们的广泛注意。他提出的模糊集合论，是从现代数学最基础的地方——集合论，做了一个扩张，变成模糊集合论。现代数学之所以重要，是因为它从纯粹的数量计算形式关系，变为一切实际系统的符号语言。集合论就等于给出了概念判断和推理一个数学描述的框架，它的局限在于所表述的概念只有临界二值，如阴阳、男女等。但是，现实世界的要领却有许多中介过渡，没有绝对的“是”和绝对的“非”。在哲学上，我们反对绝对肯定和绝对否定，而经典数学恰好是绝对肯定或绝对否定。扎德从基础上把这个毛病去掉了。模糊数学可以描写世界上任何概念从“非此即彼”扩大到“亦此亦彼”。由这种模型构造电脑，编辑程序处理问题就灵活得多了，可以从原来的非模糊现象扩大到模糊现象，凡是能够用自然语言，即我们生活当中的语言来描述的东西，模糊数学都能够找出相应的表达形式，都能够转移到计算机里去。所谓模糊控制，就是把自然语言用到控制中的最明显的一个例证。所以，简单地说，模糊数学是在人脑与电脑之间架起一座桥梁。举例说，要你到会场上去找一个你未见的人，只告诉你这个人是高个子、大胡子、戴着一顶旧黄帽子。尽管你不认识这个人，但凭着模糊语言描述的这些特征，你很快就会找到这个人。但从方法上讲，这恰是现代科学不允许的方法。什么叫高个子？什么叫大胡子？有多少根胡子？帽子旧的程度如何？这些都不符合科学的精确性。但是实际上，如果用尺子去量的话，根本不可能找到这个人。旧的方法完全抹杀人的大脑的主观能动性。扎德把精确性和数学描述的领域从客观扩大到与人的心理思维有关系的这样一个领域，从而能够使电脑更接近人脑。我国最早把模糊集引入天气预报、地震工程、高炉冶炼控制等方面。现在几乎影响到相当多的领域，如家电产品、决策、管理、工业、交通、金融、教育等。非清晰数学将构成一个比清晰数学更宏伟的大厦。

人工智能要求电脑从数值计算扩展到知识思维，根本性的突破需要数学。电脑是数学思维的产物。电脑的运用离不开数学模型。数学模型的实际应用，使知识的工程化成为可能。它将是21世纪科技发展的一个重要核心。

模糊控制是模糊技术的一个具体应用，是一种新颖的控制技术。1974年，一个英国人首次用模糊逻辑和模糊推理实现对蒸汽机的自动控制，从而宣告模糊控制历史的开端。今天模糊控制技术已在家电、机器人、汽车、工业生产过程中取得了极大成功。在模糊集成电路、模糊计算机等方面也取得了重要进展。

模糊控制技术有如下特点：一是模糊控制是以人对被控系统的控制经验为依据而设计控制器的，故无需知道被控系统的数学模型。二是它是一种智能控制，采用人类思维的模糊量，如高、中、低、大、小等，控制量由模糊推理导出，这正是人类通常智能活动的体现。三是它易为人们接受，其核心是控制规则，是以人类语言来表达的，如衣服较脏，则投入洗衣粉较多，洗涤时间较长。四是它构造容易。若以微型系统或单位机来构造模糊控制系统其结构与一般控制系统无异，其控制方法是由软件实现的。五是它适应性好，不管是线性还是非线性系统均适用，都能执行有效的控制，具有良好的适应性，在工业、航空、航天、机床、汽车仪表、家用电器等方面均可适用。特别适于解决各种智能控制问题，如汽车自助驾驶、计算机视觉、智能仪器等。另外，它将会在生物控制中加以应用，如人造气候、植物生长施肥、繁殖控制、物种变异控制等。还有，在医学上，它在人体参数的测量及控制、医疗诊断、处方配药、物理治疗控制、化学治疗控制、人体疲劳程度判别、运动强度控制、运动仪器控制、运动训练控制等方面均有极广泛的应用。

我国在20世纪90年代加大了推广应用模糊技术，并将其纳入国家技术开发重点项目计划。仅1994、1995两年间，项目的总投资已超过2亿元，对模糊技术产业化发展起到极大的推动作用。1996年，重庆英康智能控制工程有限公司与重庆钢铁集团公司合作，开发模糊控制技术，对重钢进行技术改造，先后将其应用于风机、水泵、工业炉窑等方面，使重钢实现节能15%以上。1997年4月，有关领导部门在重钢召开了《推广应用模糊控制促进技术创新》现场会，随后英康公司又会同各方力量开发出新一代2000型工业智能控制系统，并将其应用于重钢五厂和重庆特殊钢集团公司的加热炉技改项目中，使其取代原有的代表控制系统，实现了在复杂环境中对加热炉流量、温度、空燃比、炉膛压力及风机变频器等高效、优化的过程控制，重钢由此降低燃气消耗5%，节约电能20%，降低成本10%。