第章 智能控制系统的设计与仿真

通过本章学习，应该掌握以下内容：第9章智能控制系统设计与仿真

了解智能控制的基本知识掌握模糊控制系统的设计与仿真方法掌握神经网络控制系统的设计与仿真方法1智能控制不同于经典控制理论和现代控制理论，它将传统控制理论的分析和理解的洞察力与人工智能灵活地结合，是传统控制理论的发展。智能控制是定性决策和定量控制相结合的多模态组合控制，能对复杂系统进行有效的全局控制，具有较强的容错能力；同时，智能控制具有以知识表示的非数学广义模型和以数学模型表示的混合控制过程，人的知识在控制中起着重要的协调作用，系统在信息处理上既有数学运算，又有逻辑和知识的推理。

9.1智能控制系统概述29.2模糊控制系统设计与仿真9.2.1模糊控制系统概述1.模糊控制的产生模糊集合与模糊控制是美国学者加利福尼亚大学教授于1965年首先提出的，至今仅40余年的时间。它是以模糊数学为基础，用语言规则表示方法和先进的计算机技术，由模糊推理进行判决的一种高级控制策略。

32.模糊逻辑的基本原理（1）模糊集合及其隶属函数所谓集合是指具有某种特定属性的对象的全体。模糊集合中的元素属于该集合的程度，可在0~1之间连续变化，并以“隶属度”来表示。模糊集合的特征函数称为该集合的“隶属函数”。4（2）精确量的模糊化方法精确输入量的模糊化方法如下：首先，根据系统的实际输入值与设定值相比较的偏差值以及偏差的变化率来决定系统的精确输入值；然后，把精确的输入量转换成模糊集合的隶属函数，并在选定区间内对连续量进行离散化。5（3）模糊控制规则的形成根据有经验的操作人员或专家的知识和经验，制定出若干个模糊逻辑控制规则，并加以形式化数字处理后，存入计算机，就可得到模糊控制规则。根据模糊集合和模糊关系理论，对于不同的模糊规则，可以用不同的模糊推理方法。（4）解模糊方法从经过模糊推理得到的模糊集合中，取出一个相对最能代表这个模糊集合的单值的过程，称作解模糊。63.模糊控制系统基本结构74.模糊控制器的设计模糊控制器的设计步骤如下：（1）选择合理的模糊控制器结构（2）确定模糊控制规则①选定描述控制器输入和输出变量的语言词汇②确定模糊集③确定模糊控制表（3）确定模糊化和解模糊策略，制定控制表（4）确定模糊控制器的参数89.2.2模糊逻辑工具箱及其应用1．GUI工具（1）模糊推理系统编辑器（FISEditor）9（3抱）模袄糊规刻则编扯辑器彩（R奥ul病e聋Ed凯it舰or冲）10（4漫）模革糊规巧则观雄察器许（R棋ul孙e恶Vi柱ew订er絮）11（5弃）输稿出曲含面观屠察器惩（S雕ur撕fa环ce融V谁ie革we罚r）122．故命令姻行工伤作方喊式用户唐除可雪以利烟用G厕UI季工具猛建立牲模糊喷控制探系统暑外，赚还可采以通线过命俗令行千工作克方式科来使拢用模赔糊逻著辑工餐具箱助。133．狼模糊呼控制杰器与拒Si传mu灶li含nk努的连侍接将模港糊系尺统嵌坐入S坏im东ul旱in烤k中季的步腾骤如白下：（1呜）载轧入模社糊推悟理系岂统（2税）打缩慧开S旋im尾ul主in硬k模乐型新建凑一个铺Si轧mu构li毒nk纷仿真品模型纪，将追Fu巷zz躲y坊Lo傲gi狠c搅Co孙nt零ro订ll勺er坛或F教uz恋zy诱L芳og屠ic爆C柄on帝tr湾ol滋le皱r串wi筹th共R巾ul重ev厅ie茫we悄r模圣块拖绕到模贡型中俊。双仰击其舱图标夜，出裂现图在9-县10敌所示嚼的对拨话框恭。在F洪IS理F虫il腊e狮to融s行tr辅uc虑tu今re臂文本袄框中次输入浆模糊勿推理徐系统启的名化称，俱单击际“O礼K”副按钮拣，则棒将工佣作区的中的鞠FI半S结拌构与漏模糊罗控制遮器连浪接起激来。149.纲3粒神摸经网意络控结制系事统设巷计与辅仿真9.文4.凝1乎神兔经网迁络概婆述1．紫神经讽网络行的产睬生与滔发展人工籍神经批网络页（A拦rt浑if耕ic扬ia驶l豪Ne馆ur碑al喷N乐et作wo挡rk伸，简厨称A算NN亭）是钉由大栋量简摔单的静处理况单元劈燕组成岛的非偶线性纽奉、自秘适应偏、自婚组织现系统失，它忧是在田现代搬神经悦科学碎研究脂成果纷的基散础上蓄，试迟图通辅过模赖拟人蛙类神坝经系魂统对惭信息铜进行正加工士、记殃忆和然处理农的方兄式，陆设计摇出一果种具皂有人裤脑风稍格的傲信息拒处理颠系统险。152.缺神站经网雪络的竿特点神经缘瑞网络权是由仅大量优的神圣经元觉广泛进互连浙而成捎的系封统，帅它的喜这一吧结构赏特点居决定鞭着神艘经网看络具挂有高聪速信票息处役理的削能力搅。由沙于神可经网古络中枯神经格元个强数众亡多以芽及整铁个网晚络存概储信亏息容秒量的昂巨大竿，使半得它重具有裤很强绝的不嗓确定宵性信露息处肝理能仓力。舰即使樱输入烦信息摇不完祥全、罢不准另确或根模糊悟不清邻，神睛经网从络仍盼然能惨够联功想存斜在于降记忆魂中的自事物客的完魄整图隶像163.颂神玻经网舌络的马学习裹规则①花有导枕师学养习有导监师学诞习不连但需货要学厕习用坑的输隐入事什例(浆也称首训练白样本蜜，通扰常为挣一矢侍量)言，同坏时还拘需要懂与之萄对应磨的表宁示所客需期建望输残出的懒目标办矢量知。进意行学尼习时辈，首吹先计再算一嚼个输眨入矢鼠量的宏网络锡输出咸，然瞧后和轻相应层的目像标输钓出比竞较，乘比较旋结果妻的误单差用壤来按芹规定产的算冈法改说变加籍权。17②伍无导舌师学送习无导域师学票习不拢要求组有目蔑标矢戴量，彼网络旁通过嘉自身衔的“胖经历冰”来蚕学会纷某种质功能草，在促学习宣时，姨关键痰不在企于网悲络实艰际输回出怎扑样与魔外部底的期让望输肤出相昆一致流，而然在于厘调整薯权重活以反译映学丢习样只本的挠分布葛，因葬此，独整个秩训练机过程什实质遗是抽牲取训泥练样德本集较的统忽计特拼性。189.笛3.有2方B纺P桶神经耽网络1.垫B辣P队神经鼻网络倾的结加构192．罢BP攀神虾经网咬络的删学习收算法反向患传播处法的族基本修思路宜:从实惰际输唤出与如标准局输出贫之间阻的方泄差出箩发，接沿网表络内驱信号败传输郊的相胡反方竖向逐痰层推粮算出着每一藏层输搬出的絮相应窄偏差隆，据受此调年查各浸层单粒元间筋的联蜓结权港值及野每个浇单元首的阈诱值，株经一滨系列贸样本喇数据果的训那练，夕使网肃络趋羞向稳纳定，鱼达到横所要嫩求的反性能枕。203.辽BP快网络英的不挥足与雨改进（1俱）B美P网啦络的秀不足①威训练针次数删多，谋使得柜学习崖效率近低，酱收敛婶速度放慢，吓需要葵较长解的训膏练时竞间。完全筐不能拴训练岩。形成劈燕局部赴极小锋而得劝不到袜全局症最优段。网络慌隐含芹层的鸭层数总和神滚经元储数的服选择聚尚无膏理论熟上的形指导任，一拌般根黄据经公验或朗者通益过反坦复实天验确闷定。网络雷的学耍习和扶记忆滴具有兔不稳锹定性咳，如臂果增葱加了圾学习弹样本漏，训译练好秤的网善络就扒需要低从头蒙开始肾重新偶训练找，对党于以津前的悉权值建和阈原值是甚没有片记忆茶的。21（2玩）B昼P网愈络的隐改进①出引入起动量父项为了侵提高唯网络踪蝶的训欣练速逐度，婶在权晓值调狱整公躲式中锄增加含一动你量项瓶，动舒量项搅反映己了以蚁前积全累的超调整窗经验痒，对宇于k未时刻巷的调锦整能狠起到秧阻尼张作用宾。当体误差周曲面违出现肠骤然息起伏许时，丸可减驰少振析荡趋笑势，彩提高狡训练以速度乔。变步批长法变步爹长法列的思透想为葛：当弃连续叮两次浴迭代女其梯陈度方搞向相考同时虹，表访明下违降太巨慢，谁这时魂可使祸步长育加倍孕；当际连续也两次砍迭代扣其梯牵度方狡向相拜反时拐，表未明下扔降过眠头，焦这时触可使琴步长株减半酱。224.壳网络走结构旦的设猾计（1属）确证定输新入、脾输出馒神经皆元个真数（2铁）确雄定隐冻含层否数和档隐含疗层神侦经元拾个数（3令）初酬始权毙值的栋选取（4穴）学坑习速悬率的练选取（5矩）期性望误惹差的蹈选取235.存神经态网络衔的训混练（1英）收胀集和覆整理炭样本肥数据采用酬BP绞神经初网络福方法爸建模色的首繁要和历前提局条件门是有庭足够押多典福型性且好和蛋精度蹲高的距样本惰。而贺且，渐为监各控训吓练过调程使恳之不有发生丸“过例拟合穷”和稍评价划建立竭的网任络模提型的伍性能器和泛横化能牛力，骂必须牺将收纲集到刻的数虫据随疗机分击成训悉练样隐本、枝检验腾样本要和测瓜试样赠本3拣部分数。（2栏）神句经网菠络训音练BP勒网络决的训格练是宝应用洁误差秧反传沈原理择，不剂断调趋整网廊络权附值，诱使网闯络模滋型输织出值母与已逆知训角练样亭本输打出值漫之间滚的误栗差平苍方和饥达到叠最小嗽或小遗于某必一期剥望值饥。249.紫3.轿3捐神经键网络泊工具蔽箱及废其应侮用1．明图形坟用户次界面裁GU国I“C巡寿re拥at毛