本标准定义了在可编程控制器中应用模糊控制的编程语言。本标准规定了制造商和用户将模糊控制应用集成于GB/T 15969.3规定的可编程控制器语言中的基本方法，以及在不同编程系统之间交换可移植模糊控制程序的可能性。为了帮助读者理解本标准内容，附录A简单介绍了模糊控制和模糊逻辑的最基本内容。 GB/T 17165.3-2001 模糊控制装置和系统 第3部分：可编程控制器 模糊控制编程 GB/T17165.3-2001 标准下载解压密码：www.bzxz.net

ICS_25.040.40
中华人民共和国国家标准
GB/T 17165.3—200
idtIEC61131-7-2000
模糊控制装置和系统
第3部分：可编程控制器
模糊控制编程
Fuzzycontrol devices and systemsPart 3: Programmable controllers--fuzzy control programming2001-02-13发布
2001-08-01实施
国家质量技术监督局发布
GB/T17165.3—2001
IEC前言
引用标准
模糊控制在可编程序控制器中的集成模糊控制语言（FCL）
5.1模糊控制程序的交换
5.2模糊控制语言元素
功能块接口
模糊化
清晰化
5.2.4规则块
5.2.5可选参数·
5.3模糊控制语言（FCL)示例
5.4模糊控制语言(FCL)的产生式规则和关键字.5.4.1产生式规则
关键字
6相符性
模糊控制语言(FCL)的相符性等级...6.1
6.2数据检查清单
附录A（提示的附录）
模糊逻辑
模翻控制
模糊化
规则库
清晰化
模糊控制的性能
附录B（提示的附录）
预先控制
常规PID控制器的参数自调整
过程的直接模糊控制
附录C（提示的附录）
附录D（提示的附录）
附录E（提示的附录）
工业实例：集装箱吊车
在规则块中使用变量的例子
符号、缩写、同义词
GB/T17165.3—2001
本标准等同采用1EC61131-7-2000《可编程序控制器第7部分：模糊控制编程》。本标准向制造厂和用户提供在可编程控制器中进行模糊控制编程的基本方法，从而使模糊控制应用程序在不同的编程系统之间的移植成为可能。本标准定义的模糊控制语言（FCL)以GB/T15969.3一1995《可编程序控制器第3部分：编程语言》的文本语言的数据类型和功能块等概念为基础，规定了标准化的模糊控制特性以及编程语言的语法及语义。从小而简单到大而复杂的项目都可能应用模糊控制。为使本标准能覆盖所有这些应用，本标准第6章以相符性等级定义了模糊控制系统的兼容特性。基本级定义了所有兼容系统都必须实现的特性的最小集合，使模糊控制程序具有良好的可交换性。扩充级定义了可选特性。应用了可选特性的模糊控制程序只能在应用了同样特性集合的系统之间完全移植，其它情况下则只能部分交换。考虑到具有特殊性的高技术系统的应用以及将来的发展，本标准也容许使用基本级和扩充级以外的特性。但是，这些特性应以列表的形式给出清单，以确保很容易识别出它们是非标准特性。模糊控制应用的可移植性还依赖于不同的编程系统及控制系统的待点。因此，本标推还要求制造厂提供数据检查清单以反映这种依赖性。GB/T17165《模糊控制装置和系统》系列国家标准包括以下部分：第1部分：基本术语（GB/T17165.1—1997）第2部分：模糊控制单元性能检测一般要求（GB/T17165.2一1997)第3部分：可编程控制器模糊控制编程（GB/T17165.3—2001）第4部分：洗衣机模糊控制基本性能检测要求（GB/T17165.41997）在本标准的正文和附录中，凡使用第3章中的术语或第5章模糊控制语言（FCL）的语言元素时，采用斜体，如模糊集合、清晰化。本标准的附录A、附录B、附录C、附录D、附录E都是提示的附录。本标准由国家质量技术监督局标准化司提出。本标准由全国模糊控制技术标准化工作组归口。本标准起草单位：北方工业大学，西南交通大学，北京工业大学，上海大学，机械工业部自动化研究所。
本标准主要起草人：李宇成，徐扬，易继楷，费敏锐，杨昌琨。GB/T17165.3—2001
IEC前言
模糊逻辑理论在控制领域中的应用通常称作模糊控制。模糊控制是一种正在兴起的能够提高工业自动化能力的控制技术，通常由可编程控制器（PLC)来实现的控制任务，均适合于采用模糊控制技术实现。
模糊控制依赖以所调语言规则库所表征的实际应用知识，而不必依赖于解析（经验的或理论的）模型。只要专门知识能够表达成规则形式的地方，就能采用模糊控制技术。这样就能利用可获得的知识来改进生产过程、完成各种任务，例如：一控制（闭环或开环，单变盘或多变量，线性或非线性系统）；一控制系统参数的在线或离线设定；一分类和模式识别；
实时决策（将此产品送到机器A还是机器B?)；一帮助操作员决策或调整参数；系统故障探测和诊断。
它的广泛应用范围和基于人的经验的自然工作方式，使得模糊控制成为可编程控制器用户可以利用的一种标准基本工具。
模糊控制也可以直接与经典控制方法相结合。模糊控制应用于以下场合时是有其优势的：没有过程的精确模型、解析模型难以建立、模型太复杂而无法作实时估计。
模糊控制的另外一个优点是，人类经验可以直接融合进来，而且不需要对整个模糊控制器建立模型。有时模糊控制仅仅是在一系列的局部线性模型中插值或者动态地自适应调整“线性控制器”的参数，从而使其变成非线性，或者仅仅给现有待改进的控制器中“纳人”某些特性。模糊控制是一种多值控制，不再把控制命题值仅限于“真”或“假”。这使得模糊控制尤其适合于模拟专家经验，这种经验描述成在给定一组输人时应采取什么样的控制动作。模糊控制领域现有的理论和已实现的系统在术语（定义）、特性（功能）和实现（工具）方面很不一致。从小而简单的应用到高精尖和复杂的项目都可以应用模糊控制。为了使IEC61131的这一部分能双盖所有这些应用，模糊控制系统的兼容特性被映射成第6条所定义的相符性级别。基本级定义了所有兼容系统都必须实现的特性的最小集合，这使模糊控制程序具有可交换性。扩充级定义了可选的标准特性。应用了这些特性的模控制程序只能在应用了同样的特性集合的系统间完全移植，其它情况下只可能部分交换。本标准不强制所有兼容系统实现扩充级的所有特性，但应支持可移植性（或部分可移植性）、避免使用非标准的特性。因此，在可以用基本级和扩充级的特性实现时，兼容系统不应出现非标准的特性。为了不将应用了特有的高技术特性的系统排除在本标准之外，为了不阻碍将来的发展进步，本标准也容许未被基本级和扩充级覆盖的附加特性。但是，这些特性须以标准的形式列出清单，确保很容易识别出它是非标准特性。
这种依赖性包含在制造商提供的数据检查清单中。模糊控制应用的可移植性依赖于不同的编程系统及控制系统的特点。
中华人民共和国国家标准
模糊控制装置和系统
第3部分：可编程控制器
模糊控制编程
Fuzzy control devices and systemsPart 3:Programmable controllers-fuzzy control programming1范围
本标准定义了在可编程控制器中应用模糊控制的编程语言。GB/T17165.3—2001
idtIEC61131-7-2000
本标准规定了制造商和用户将模糊控制应用集成于GB/T15969.3规定的可编程控制器语言中的基本方法，以及在不同编程系统之间交换可移植模糊控制程序的可能性。为了帮助读者理解本标准内容，附录A简单介绍了模糊控制和模糊逻辑的最基本内容。2引用标准
下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GB/T15969.3-1995可编程序控制器第3部分：编程语言GB/T17165.1-1997模糊控制装置和系统第1部分：基本术语3定义
本标准采用下列定义。
3.1模糊集合fuzzyset
模糊集fuzzyset
模糊子集（某论域上的）fuzzysubset（onanuniverseofdiscourse）带有隶属程度（以[0，1]区间上的数表示）的事物（物体、对象或概念)的整体。［GB/T17165.1~1997中3.97
3.2隶属函数membershipfunction表征论域中每一元素隶属于一个模糊集合的程度的函数。[GB/T17165.1一1997中3.10]3.3隶属度degreeofmembership
隶属函数的函数值。表示指定元素隶属于一个模糊集合的程度，其取值范围为[O，1]区间。[GB/T17165.1—1997中3.111
3.4单点集singleton
夷属函数仅在一点为1而在其余点为0的模糊集。3.5清晰集crisp set
模糊集的一种特例，其隶属函数仅取两个值，通常规定为0和1。国家质量技术监督局2001-02-13批准2001-08-01实施
3.6模糊逻辑fuzzylogic
GB/T17165.3--2001
应用模糊集合理论对模糊的概念、判断和推理进行量化处理和分析的一种非经典逻辑。[GB/T17165.1—1997中4.13
注，模糊逻辑的狭义理解是指真值在[0,1]区间上取值的无限多值逻辑。3.7模糊算子fuzzyoperator
在模棚逻辑中所采用的算子。
注例如AND,OR，NOT等。
3.8模糊（逻辑）推理fuzzy（logic）inference以已知的模糊命题为前提（包括大前提和小前提），提出新的模糊命题作为结论的过程。［GB/T17165.1—1997中4.147
3.9语言变量linguisticvariable以人工或自然语言的词、词组或句子（语言项）作为值的变量。[GB/T17165.1—1997中4.1]3.10语言项linguisticterm
语言变量的取值。语言项是以模糊集来定义的。注：即语言值（LinguisticeValue)。[GB/T17165.1—1997中4.2]模糊控制规则fuzzycontrol rule3.113
“IF-THEN\规则“if-then\rule表征模糊控制策略的模棚条件语句。［GB/T17165.1—1997中5.4]注：规则是一个形如“若<条件部分），则《结论部分》”的语句，其中条件部分和结论部分二者之一或全部是语言项，故模糊控制规则又称语言规则（linguisticrule）。3.12加权因子weightingfactor
描述控制规则的重要程度、可信程度和置信度的、其值介于0～1之间的一个数。3.13规则库rulebase
为实现某些目标而建立的控制规则的总和。3.14条件部分conditionpart
简单或多维模糊条件语句“若，则..”中的“若.”部分。[GB/T17165.1—1997中4.11]注：也称前件（antecedent)，由模糊算子AND.OR、NOT结合各子条件组成的一个表达式。3.15子条件subcondition
形式为一个变量或“语言变量IS语言项”的基本表达式。3.16结论部分conclusionpart
简单或多维模糊条件语句“若.，则.”中的“则”部分。[GB/T17165.1—1997中4.12]注：控制规则的输出，也称后件（Consequent)。模糊（逻辑）控制fuzzy（logic）control3.17
用模糊（逻辑）推理方法，模拟人的操作技能、控制经验和知识的一种控制方法。［GB/T17165.1—1997中5.17
3.18模糊化fuzzification
将输人量的清晰值转变为可用于模糊（逻辑）推理的模糊集合的过程。[GB/T17165.1一1997中5.51
注：在本标准中具体指求出清晰的输入值对于相应的输人语言变量的每一个语言项的求属度。3.19聚集aggregation
由一条规则的各个子条件的属度计算该条规则条件（前件部分）的满足程度。注：即确定一条规则的数活程度。3.20激活activation
规则条件的满足程度作用于一个输出模翻集的过程。2
3.21综合acumulation
GB/T17165.3—2001
把各条控制规则推理的结果汇总成一个总的推理结果。注：即推理结果的案集。
3.22清晰化defuzzification
将模糊（逻辑）推理后得到的模翻集转变成为用作控制的清晰值的过程。[GB/T17165.1一1997中5.6
4模糊控制在可编程序控制器中的集成模糊控制应用参照本标准第5章规定的模糊控制语言（FCL）进行编程时，应封装于GB/T15969.3所定义的功能块（或程序）内。GB/T15969.3给出的功能块类型和功能块实例均适用于本标准。以模糊控制语言（FCL)定义的功能块类型将对输入输出参数、模糊控制具体规则和说明给出规定。相应的功能块实例应包含该模糊控制应用的具体数据。以模糊控制语言（FCL）定义的功能块可以用于按GB/T15969.3给出的任一种语言（如梯形图、指令表等）所编写的程序或功能块。用FCL编写的功能块或程序的输入输出参数的数据类型应与相应的“调用环境”的参数的数据类型相匹配，如图1所示。Valve_Controf_1
Fuzzy_FB
图1用功能块图FBD表示的模糊控制功能块示例Out
Valvel
图1中Valve_Control_1是功能块类型Fuzzy_FB的一个用户定义的功能块实例，功能块类型Fuzzy_FB可以用本标准第5章所规定的模糊控制语言（FCL）编制。本例所示功能块Fuzzy，FB用在以GB/T15969.3的图形语言FBD（功能块图）表示的程序或功能块中。5模糊控制语言（FCL）
5.1模糊控制程序的交换
模糊控制语言（FCL)以GB/T15969.3规定的编程语言的定义为基础。模糊控制算法与程序环境的交互使它在程序中“隐藏”起来。所以，模糊控制算法外部表示成GB/T15969.3规定的模块形式。描述模糊控制功能块内部的语言部分所必需的元素，如隶属函数、规则、算子和推理方法均必须按照本章来定义。
FCL的语言元素把不同厂家的模糊控制组态工具之间的数据交换标准化成通用形式，如图2所示。用这种通用形式，每个生产可编程序控制器的厂家均可保持自己的硬件、软件编辑器和编译器不变。厂家只需在其编辑器中支持数据接口，用户的模糊控制项目就可以在不同厂家的产品之间交换。3
厂商A的模糊控制
应用编辑器
厂商A的可编
程控制器
FCL接口
GB/T 17165.3—2001
FCL文本文件
数据交换格式
厂商B的模糊控制
应用编辑器
FCL接口
厂商B的可编
程控制器
图2模糊控制语言(FCL)程序的数据交换5.2模糊控制语言元素
本条通过示例给出模糊控制语言元素，详细的产生式规则将在5.4中给出。5.2.1功能块接口
按照第4章，模糊功能块的格式要求使用GB/T15969.3给出的下列标准语言元素。FUNCTIONBLOCKfunction_blocknameVARINPUT
variable_name:data_types
END_VAR
VAR_OUTPUT
variablenamet datatype;bzxZ.net
END VAR
wariable_name:data_type,
ENDVAR
ENDFUNCTION_BLOCK
（*功能块说明*）
（*输人变量说明*）
（*输出变量说明*）
（*局部变量说明*）
用这些语言元素便可以描述一个功能块的接口。功能块接口由输人输出功能块的参数来定义。这些参数的数据类型应按GB/T15969.3来定义。4
GB/T17165.3—2001
图3是用结构化文本(ST）语言和功能块图（FBD)语言来描述功能块说明的示例。FUNCTION_BLOCKFuzzy_FB
VARINPUT
Pressure:
END_VAR
VAROUTPUT
Valve：
ENDVAR
ENDFUNCTIONBLOCK
结构化文本(ST)
FuzzyFB
Presstre
功能块图（FBD）
图3使用ST语言和FBD语言的功能块接口说明示例5.2.2模糊化
输人变量的清晰值必须变换成定义于该变量论域上的隶属函数的隶属度，这一变换在关键字FUZZIFY和ENDFUZZIFY之间说明。FUZZIFY variable_ name
term_name:=membership_function;ENDFUZZIFY
要进行模糊化的变量名称应在关键字FUZZIFY之后列出。该名称应是在前面VARINPUT段已定义过的变量名。对该语言变量应赋予一个或多个语言项。由关键字TERM引导的语言项由隶属函数来描述，以用于计算输人变量的清晰量的隶属度。属函数一般是分段线形函数，由含有多个点的一张表来定义。
membershipfunction:.=(pointi),(pointj),..每个点由一个数对，即该变量的值及相应的隶属度的值来表示，其间用逗号分开。每个数对均用括号括起来，其间也用逗号隔开。point i ::=value of input i Irariable_name of input i,valueiof membership degree通过这一定义，所有简单形式的录属函数如上（下）界型（如图4所示）、三角型等都易于定义。这些点应按输入变量值递升的顺序给出，隶属函数在相邻点之间约定为直线。相对每一语言项的隶属度都可以通过相邻隶属函数点之间的线性插值计算出来。点的数目最小为2，其最大值应受第6章规定的相符性等级所限制。用三个点表示的语言项“warm\的隶属函数示例如下：TERMwarm:=(17.5,0.0),(20.0,1.0),(22.5,0.0);小于第一个点的全部输人变量值的隶属度均取与第一个点同样的录属度值。大于最后一个点的全部输人变量值的隶属度均取与最后一个点同样的隶属度值。5
上（下）界定义：
FUZZIFYtemp;
cold;=(3,1),(27,0)
warm:=(3.0),(27,1);
END FUZZIFY
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注：隶属函数的点的数据类型未加定义，厂商必须提供适应任何变换需要的编译器。图4上（下)界型示例
为使模糊控制能实现在线自适应调整，隶属函数的基点应可以调整。这种调整可以通过输人到功能块的变量来实现。这些变量必须在功能块的VAR_INPUT部分中加以说明。用变量来定义隶属函数某些点的示例见图5。
注：隶风函数的点的值在运行时，次序可能变化，VAR_INPUT
temp:REAL;
pressure:REAL,
bpwarml,bpwarm2:REAL,
END_VAR
FUZZIFYtemp
（*该输人应被模糊化*）
（*该输人应被模糊化*）
（*这些输人用于在线调整*）
TERMwarm:=(bpwarml,0.0),(21.0,l.0),(bpwarm2,0.0);ENDFUZZIFY
图5隶属函数的变量用法示例
5.2.3清晰化
输出变量的推理结果一般为一个模糊集，必须变换成一个清晰值，这种变换在关键字DEFUZZIFY和ENDDEFUZZIFY之间描述。
要清晰化的变量须在关键字DEFUZZIFY之后列出其名称，它应是在前面VAR_OUTPUT部分中已定义过的变量名。
DEFUZZIFYvariable_name
RANGE (min..mar);
TERMterm_name:=membership_function;defuzzification_method;
default value;
END DEFUZZIFY
语育项的定义见5.2.2。
为了简化清晰化过程，输出束属函数常用单点集，它的每一个语言项仅用一个单值来描述。图6给出了示例。
单点集定义：
DEFUZZIFY
RANGE(-100,100)
TERMdrainage：-100;
TERM closed
TERMinlet
END_DEFUZZIFY
：=100,
GB/T17165.3—2001
drainage
图6单点集语言项的示例
清晰化方法用语言元素METHOD来定义，METHOD:defuxzificationmethod;允许使用下列清晰化方法（见表1和表2）。表1清晰化方法
关健学
注1：重心法等同于求面积重心。注2：面积中心法等同于求面积平分线的坐标值。注3：单点集不能使用CoA。
注4：LM和RM清断化方法对0点是非对称的。重心（注1)法
单点集重心
面积中心（注2和注3）
左取大(注4)
右取大(注4)
表2清晰化方法的公式
up(u)du
μ(u)du
μ(u)du
U=sup(u\),μ(u')-
U-inf(u'),μu)
p(u)du
uE[Min,Mar]
uE[Min,Mar]
ctosed
U-—清晰化结果
一输出变量
P-——单点集的个数
——模糊集综合后的隶属函数
i-—下标
GB/T17165.3—2001
表2（完）
Min-—在RANGE中给定消晰化时用到的变量最小值，在单点集的情况下Min=—αMar-—在RANGE中给定清晰化时用到的变量最大值，在单点集的情况下Mar=十oosup—最大值
inf-最小值
如果对一个输出变量所有语言项的隶属度都是0，则表示对该变量无规则被激发。在这种情况下，清晰化不能生成一个有效的输出。此时，可以为输出指定一个缺省值。只有在无任何规则被激发时，输出值才取缺省值。
DEFAULT：=valueINC
缺省值应在关键字DEFAULT之后给定。亦可用关键字NC（不改变）来表明无规则激发时输出值保持上一步推理结果不变。
范围是指定的一个最小值和一个最大值，其间用两点分开。RANGE=(minimumvalue..marimumalue);RANGE是用来限定输出变量的每一个隶属函数均在输出的范围之内。如果输出隶属函数采用单点集，则RANGE不起作用。
如果未定义其范围，则缺省范围为GB/T15969.3中所规定的该变量数据类型的范围。5.2.4规则块
模糊推理算法应在一个或多个规则块中加以定义。为适应将规则库分成几个不同模块的可能情况，可以使用若干个规则块。每个规则块有一个唯一的名称。规则应定义在关键字RULEBLOCK和ENDRULEBLOCK之间。RULEBLOCKruleblock_name
opterator_definition;
Lactivationmethod,]
accumulation_method
rules;
ENDRULEBLOCK
模糊算子用于规则块中。
operator_definition:;=operator:algorithm根据德·摩根定律，运算符AND和OR是对偶的，例如若MIN用于AND,则MAX用于OR。8
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