第章智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真

通過(guò)本章學(xué)習(xí)，應(yīng)該掌握以下內(nèi)容：第9章智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真

了解智能控制的基本知識(shí)掌握模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真方法掌握神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真方法1智能控制不同于經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論，它將傳統(tǒng)控制理論的分析和理解的洞察力與人工智能靈活地結(jié)合，是傳統(tǒng)控制理論的發(fā)展。智能控制是定性決策和定量控制相結(jié)合的多模態(tài)組合控制，能對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行有效的全局控制，具有較強(qiáng)的容錯(cuò)能力；同時(shí)，智能控制具有以知識(shí)表示的非數(shù)學(xué)廣義模型和以數(shù)學(xué)模型表示的混合控制過(guò)程，人的知識(shí)在控制中起著重要的協(xié)調(diào)作用，系統(tǒng)在信息處理上既有數(shù)學(xué)運(yùn)算，又有邏輯和知識(shí)的推理。

9.1智能控制系統(tǒng)概述29.2模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真9.2.1模糊控制系統(tǒng)概述1.模糊控制的產(chǎn)生模糊集合與模糊控制是美國(guó)學(xué)者加利福尼亞大學(xué)教授L.A.Zadeh于1965年首先提出的，至今僅40余年的時(shí)間。它是以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，用語(yǔ)言規(guī)則表示方法和先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，由模糊推理進(jìn)行判決的一種高級(jí)控制策略。

32.模糊邏輯的基本原理（1）模糊集合及其隸屬函數(shù)所謂集合是指具有某種特定屬性的對(duì)象的全體。模糊集合中的元素屬于該集合的程度，可在0~1之間連續(xù)變化，并以“隸屬度”來(lái)表示。模糊集合的特征函數(shù)稱為該集合的“隸屬函數(shù)”。4（2）精確量的模糊化方法精確輸入量的模糊化方法如下：首先，根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際輸入值與設(shè)定值相比較的偏差值以及偏差的變化率來(lái)決定系統(tǒng)的精確輸入值；然后，把精確的輸入量轉(zhuǎn)換成模糊集合的隸屬函數(shù)，并在選定區(qū)間內(nèi)對(duì)連續(xù)量進(jìn)行離散化。5（3）模糊控制規(guī)則的形成根據(jù)有經(jīng)驗(yàn)的操作人員或?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)，制定出若干個(gè)模糊邏輯控制規(guī)則，并加以形式化數(shù)字處理后，存入計(jì)算機(jī)，就可得到模糊控制規(guī)則。根據(jù)模糊集合和模糊關(guān)系理論，對(duì)于不同的模糊規(guī)則，可以用不同的模糊推理方法。（4）解模糊方法從經(jīng)過(guò)模糊推理得到的模糊集合中，取出一個(gè)相對(duì)最能代表這個(gè)模糊集合的單值的過(guò)程，稱作解模糊。63.模糊控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)74.模糊控制器的設(shè)計(jì)模糊控制器的設(shè)計(jì)步驟如下：（1）選擇合理的模糊控制器結(jié)構(gòu)（2）確定模糊控制規(guī)則①選定描述控制器輸入和輸出變量的語(yǔ)言詞匯②確定模糊集③確定模糊控制表（3）確定模糊化和解模糊策略，制定控制表（4）確定模糊控制器的參數(shù)89.2.2模糊邏輯工具箱及其應(yīng)用1．GUI工具（1）模糊推理系統(tǒng)編輯器（FISEditor）9（3）模糊規(guī)則編輯器（RuleEditor）10（4）模糊規(guī)則觀察器（RuleViewer）11（5）輸出曲面觀察器（SurfaceViewer）122．命令行工作方式用戶除可以利用GUI工具建立模糊控制系統(tǒng)外，還可以通過(guò)命令行工作方式來(lái)使用模糊邏輯工具箱。133．模糊控制器與Simulink的連接將模糊系統(tǒng)嵌入Simulink中的步驟如下：（1）載入模糊推理系統(tǒng)（2）打開(kāi)Simulink模型新建一個(gè)Simulink仿真模型，將FuzzyLogicController或FuzzyLogicControllerwithRuleviewer模塊拖到模型中。雙擊其圖標(biāo)，出現(xiàn)圖9-10所示的對(duì)話框。在FISFiletostructure文本框中輸入模糊推理系統(tǒng)的名稱，單擊“OK”按鈕，則將工作區(qū)中的FIS結(jié)構(gòu)與模糊控制器連接起來(lái)。149.3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真

9.4.1神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)概述1．神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ArtificialNeuralNetwork，簡(jiǎn)稱ANN）是由大量簡(jiǎn)單的處理單元組成的非線性、自適應(yīng)、自組織系統(tǒng)，它是在現(xiàn)代神經(jīng)科學(xué)研究成果的基礎(chǔ)上，試圖通過(guò)模擬人類神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)信息進(jìn)行加工、記憶和處理的方式，設(shè)計(jì)出一種具有人腦風(fēng)格的信息處理系統(tǒng)。

152.神經(jīng)裹網(wǎng)絡(luò)績(jī)的特漆點(diǎn)神經(jīng)緞網(wǎng)絡(luò)忍是由層大量圈的神挑經(jīng)元柜廣泛汽互連宜而成獻(xiàn)的系比統(tǒng)，竿它的嗚這一膛結(jié)構(gòu)呈特點(diǎn)戴決定繼著神最經(jīng)網(wǎng)狂絡(luò)具課有高釀速信仆息處休理的西能力慚。由予于神折經(jīng)網(wǎng)筒絡(luò)中炕神經(jīng)除元個(gè)卻數(shù)眾著多以里及整宰個(gè)網(wǎng)史絡(luò)存平儲(chǔ)信坦息容精量的及巨大蔽，使拆得它粉具有歐很強(qiáng)業(yè)的不洞確定贊性信餓息處闖理能御力。倦即使競(jìng)輸入秋信息顯不完勒全、枯不準(zhǔn)疼確或萍模糊冰不清既，神酒經(jīng)網(wǎng)嚴(yán)絡(luò)仍疫然能錘夠聯(lián)槐想存脊在于賣記憶崗中的索事物錦的完殺整圖襪像163.神經(jīng)臉網(wǎng)絡(luò)謝的學(xué)柿習(xí)規(guī)江則①天有導(dǎo)銀師學(xué)照習(xí)有導(dǎo)內(nèi)師學(xué)儀習(xí)不昏但需荷要學(xué)遞習(xí)用仆的輸恒入事玩例(也稱憑訓(xùn)練帥樣本虧，通兆常為坊一矢撈量)，同罩時(shí)還首需要獵與之辣對(duì)應(yīng)駱的表劉示所優(yōu)需期蕩望輸依出的獄目標(biāo)冊(cè)矢量狹。進(jìn)袍行學(xué)咸習(xí)時(shí)紡，首驚先計(jì)胸算一濱個(gè)輸撕入矢擦量的夸網(wǎng)絡(luò)賢輸出和，然裹后和沫相應(yīng)剃的目志標(biāo)輸豬出比拿較，叢比較醉結(jié)果猾的誤服差用躁來(lái)按陽(yáng)規(guī)定映的算掛法改沙變加口權(quán)。17②蓬無(wú)導(dǎo)姿師學(xué)脅習(xí)無(wú)導(dǎo)廊師學(xué)跪習(xí)不軋要求灰有目彈標(biāo)矢廚量，爐網(wǎng)絡(luò)妄通過(guò)般自身伍的“侵經(jīng)歷蔽”來(lái)頓學(xué)會(huì)施某種娛功能配，在裳學(xué)習(xí)宣時(shí)，偏關(guān)鍵索不在巨于網(wǎng)岡絡(luò)實(shí)產(chǎn)際輸胸出怎裹樣與封外部昏的期濁望輸故出相鎖一致袖，而臂在于鎮(zhèn)調(diào)整著權(quán)重晉以反騎映學(xué)捧習(xí)樣愧本的顏分布胸，因查此，或整個(gè)維訓(xùn)練株過(guò)程攔實(shí)質(zhì)氏是抽后取訓(xùn)猜練樣攻本集隊(duì)的統(tǒng)買計(jì)特群性。189.似3.允2疏B陵P(guān)神經(jīng)門(mén)網(wǎng)絡(luò)1.匆B押P神經(jīng)傻網(wǎng)絡(luò)印的結(jié)脫構(gòu)192．BP神經(jīng)程網(wǎng)絡(luò)井的學(xué)現(xiàn)習(xí)算塵法反向怕傳播扣法的起基本滿思路:從實(shí)體際輸親出與協(xié)標(biāo)準(zhǔn)松輸出蛋之間淡的方無(wú)差出稱發(fā)，較沿網(wǎng)申絡(luò)內(nèi)盟信號(hào)客傳輸敘的相天反方贏向逐碌層推谷算出漫每一獵層輸老出的膜相應(yīng)謙偏差慎，據(jù)滾此調(diào)企查各荒層單韻元間獨(dú)的聯(lián)碑結(jié)權(quán)另值及聯(lián)每個(gè)肢單元薪的閾手值，獻(xiàn)經(jīng)一風(fēng)系列提樣本運(yùn)數(shù)據(jù)拘的訓(xùn)游練，嚷使網(wǎng)緒絡(luò)趨纏向穩(wěn)徑定，談達(dá)到申所要特求的瞇性能鞭。203.警BP網(wǎng)絡(luò)蛇的不逃足與柔改進(jìn)（1）BP網(wǎng)絡(luò)神的不暑足①首訓(xùn)練猶次數(shù)蘇多，仰使得血學(xué)習(xí)阻效率耗低，康收斂血速度夕慢，尺需要鳳較長(zhǎng)框的訓(xùn)吊練時(shí)顯間。完全枕不能輔訓(xùn)練閃。形成進(jìn)局部錢(qián)極小小而得踩不到蓮全局刷最優(yōu)呀。網(wǎng)絡(luò)響隱含謎層的胖層數(shù)丸和神雪經(jīng)元恢?jǐn)?shù)的妨選擇尾尚無(wú)惕理論慈上的榮指導(dǎo)半，一典般根爐據(jù)經(jīng)軌驗(yàn)或殃者通迫過(guò)反叢復(fù)實(shí)披驗(yàn)確鬧定。網(wǎng)絡(luò)獵的學(xué)截習(xí)和食記憶沾具有忍不穩(wěn)俱定性寧，如游果增雪加了姨學(xué)習(xí)叛樣本蕉，訓(xùn)菊練好句的網(wǎng)興絡(luò)就辣需要塌從頭蚊開(kāi)始懷重新嗓訓(xùn)練端，對(duì)夜于以膝前的既權(quán)值怎和閾丈值是密沒(méi)有偏記憶抖的。21（2）BP網(wǎng)絡(luò)滲的改容進(jìn)①削引入紛動(dòng)量惰項(xiàng)為了港提高凝網(wǎng)絡(luò)脹的訓(xùn)獎(jiǎng)練速利度，屈在權(quán)舒值調(diào)羅整公庭式中授增加粘一動(dòng)燙量項(xiàng)旱，動(dòng)抵量項(xiàng)多反映商了以綁前積執(zhí)累的善調(diào)整老經(jīng)驗(yàn)蠻，對(duì)榆于k時(shí)刻浪的調(diào)潮整能殿起到隸阻尼徒作用絮。當(dāng)將誤差村曲面例出現(xiàn)貴驟然異起伏情時(shí)，品可減庫(kù)少振把蕩趨雷勢(shì)，然提高境訓(xùn)練描速度膏。變步孕長(zhǎng)法變步斧長(zhǎng)法學(xué)的思徒想為拔：當(dāng)孟連續(xù)滴兩次蛙迭代兼其梯薪度方印向相是同時(shí)述，表腿明下仙降太院慢，引這時(shí)阿可使票步長(zhǎng)森加倍捏；當(dāng)授連續(xù)鎖兩次跡迭代科其梯趣度方鏡向相輛反時(shí)愧，表稻明下?tīng)€降過(guò)雀頭，御這時(shí)研可使騾步長(zhǎng)技減半熟。224.網(wǎng)絡(luò)予結(jié)構(gòu)爛的設(shè)郵計(jì)（1）確健定輸輸入、享輸出里神經(jīng)亭元個(gè)哭數(shù)（2）確糟定隱蓬含層繼數(shù)和供隱含扎層神富經(jīng)元雨個(gè)數(shù)（3）初訓(xùn)始權(quán)增值的丸選?。?）學(xué)價(jià)習(xí)速財(cái)率的且選?。?）期斤望誤伯差的桑選取235.神經(jīng)間網(wǎng)絡(luò)晝的訓(xùn)似練（1）收挎集和繭整理麗樣本退數(shù)據(jù)采用BP神經(jīng)鴿網(wǎng)絡(luò)魚(yú)方法猾建模乞的首合要和繭前提枯條件憑是有粉足夠杜多典栗型性指好和染精度資高的瞧樣本挖。而尤且，滑為監(jiān)鍋控訓(xùn)可練過(guò)董程使似之不障發(fā)生臨“過(guò)孤擬合邊”和絨評(píng)價(jià)區(qū)建立東的網(wǎng)術(shù)絡(luò)模舒型的古性能隙和泛經(jīng)化能摸力，逮必須周將收壯集到鉆的數(shù)兔據(jù)隨坊機(jī)分強(qiáng)成訓(xùn)默練樣芳本、剩檢驗(yàn)河樣本癢和測(cè)蝕試樣適本3部分企。（2）神垂經(jīng)網(wǎng)扶絡(luò)訓(xùn)淘練BP網(wǎng)絡(luò)燙的訓(xùn)合練是爪應(yīng)用密誤差材反傳妖原理溫，不來(lái)斷調(diào)陪整網(wǎng)林絡(luò)權(quán)奶值，醬使網(wǎng)真絡(luò)模賽型輸茄出值昌與已僚知訓(xùn)逆練樣債本輸屬出值離之間余的誤糖差平它方和辣達(dá)到捆最小炭或小萍于某更一期最望值肝。249.謙3.同3神經(jīng)線網(wǎng)絡(luò)嶼工具拖箱及器其應(yīng)碼用1．圖挺形用少戶界歌面GU促I“Cr牽ea嚼te褲N堅(jiān)ew大D序at齡a”窗口25“Cr馳ea訴te叮N絞ew晉N確et令wo達(dá)rk院”窗口26“Im激pu燦tor搏L鞏oa旬d坑to朱N頑et居wo帶rk螺/D鋒at仰a累Ma侄na鐘ge晨r”窗口27網(wǎng)絡(luò)新初始吵值設(shè)痕定窗監(jiān)口28網(wǎng)絡(luò)洞仿真旬參數(shù)各設(shè)置簡(jiǎn)窗口29網(wǎng)絡(luò)戴訓(xùn)練鹿參數(shù)導(dǎo)設(shè)置兵窗口30訓(xùn)練成參數(shù)蝕設(shè)置勻窗口31網(wǎng)絡(luò)表自適倆應(yīng)訓(xùn)炎練參燈數(shù)設(shè)融置窗見(jiàn)口322.命令慕行工脖