智能控制大作业

《智能控制》大作业1、简答题：1.1.根据目前智能控制系统的研究和发展，智能控制系统主要有哪些方面的工作可做进一步的探索和开展？答：1）开展智能控制理论与应用研究。

2）充分运用神经生理学、心理学、认识科学和人工智能等学科的基本理论，深入研究人类解决问题时表现出来的经验、技巧、策略，建立切实可行的智能控制的体系结构。

3）把所有的知识工程、模糊系统、信息论，进化论、神经网络理论和技术与传统的控制理论相结合，充分利用现有的控制理论，研究适合于当前的计算机资源条件的智能控制策略和系统。

4)研究人——机交互式的智能控制系统和学习系统，以不断提高智能控制系统的智能水平。

5）研究适合智能系统的并行处理机、信号处理器、智能传感器和智能开发工具软件，以解决智能控制系统在实际应用中的问题，使智能控制得到更广泛的应用。

1.2.画出模糊控制系统的基本结构图，并简述模糊控制器各组成部分所表示的意思？模糊控制单元由规则库、模糊化接口、模糊推理和清晰化接口4个功能模块组成，模糊控制单元首先将输入信息，模糊化，然后经模糊推理规则，给出模糊输出，再将模糊指令化，控制操作变量。

1、规则库（rule base）：由若干条控制规则组成，这些控制规则根据人类控制专家的经验总结得出，按照IF …is …AND …is …THEN …is…的形式表达。

2、模糊推理：以模糊集合论为基础描述工具，对以一般集合论为基础描述工具的数理逻辑进行扩展，从而建立了模糊推理理论。

根据模糊输入和规则库中蕴涵的输入输出关系，通过第二章描述的模糊推理方法得到模糊控制器的输出模糊值。

模糊推理是模糊控制器的核心，它具有模拟人的基于模糊概念的推理能力。

该推理过程是基于模糊逻辑中的蕴含关系及推理规则来进行的。

3、模糊化接口（Fuzzification）：这部分的作用是将输入的精确量转化成模糊化量。

其中输入量包括外界的参考输入，系统的输出或状态等。

清晰化（解模糊接口）4、清晰化接口：清晰化的作用是将模糊推理得到的控制量（模糊量）变换为实际用于控制的清晰量。

它包含以下两部分内容：（1）将模糊控制量经清晰化变换变成表示在论域范围的清晰量。

（2）将表示在论域范围的清晰量经尺度变换变成实际的控制量。

1.3.画出感知器的基本结构模型，并简述其算法过程。

算法过程：将阈值θ并入W 中，令Wn+1=-θ，X 向量也相应地增加一个分量xn+1=1，则（1）给定初始值赋给W i (0)各一个较小的随机非零值，W i (t)为t 时刻 第i 时刻第i 个输入的权（1≤i≤n ）,Wn+1(t)为t 时刻的阀值。

（2）输入一样本X=(x 1,x 2...x n ,1)和它的希望输出d计算实际输出:修正权W ：Wi(t+1)=Wi(t)+η[d-Y(t)]xi, i=1,2,…,n+1 ； (5)转到(2)直到W 对一切样本均稳定不变为止。

1.4．画出三层BP 神经网络的基本结构图，并试写出各层之间的输入输出函数关系？∑+==1n 1i i i )x W f(y ∑+==1n 1i i i )(t)x W f(Y(t)各层之间输入输出函数关系： 第1层：输入层将输入引入网络第二层（隐层）：第三层：(输出层):1.5.神经网络系统具有哪些基本特性，以及神经网络在控制系统中具有哪些作用？1）非线性映射逼近能力。

非线性关系是自然界的普遍特性。

大脑的智慧就是一种非线性现象。

人工神经元处于激活或抑制二种不同的状态，这种行为在数学上表现为一种非线性关系。

具有阈值的神经元构成的网络具有更好的性能，可以提高容错性和存储容量。

2）自适应性和自组织性。

ii i x In Out ==)1()1(n i ,...,2,1=lj In Out Out In j j j i ij ni j ,...,2,1)(,)2()2()1()1(1)2(=Φ=-∑==θωmk Out In Out y j jk lj k k k ,...,2,1)2()2(1)3()3(=∑====ω2）3）并行处理性。

网络的各单元可以同时进行类似的处理过程，整个网络的信息处理方式是大规模并行的，可以大大加快对信息处理的速度。

4）分布存储和容错性。

信息在神经网络内的存储按内容分布于许多神经元中，而且每个神经元存储多种信息的部分内容。

网络的每部分对信息的存储具有等势作用，部分的信息丢失仍可以使完整的信息得到恢复，因而使网络具有容错性和联想记忆功能。

5）便于集成实现和计算模拟。

神经网络在结构上是相同神经元的大规模组合，特别适合于用大规模集成电路实现。

6）非局限性一个神经网络通常由多个神经元广泛连接而成。

一个系统的整体行为不仅取决于单个神经元的特征，而且可能主要由单元之间的相互作用、相互连接所决定。

通过单元之间的大量连接模拟大脑的非局限性。

联想记忆是非局限性的典型例子。

7）非凸性一个系统的演化方向，在一定条件下将取决于某个特定的状态函数。

例如能量函数，它的极值相应于系统比较稳定的状态。

非凸性是指这种函数有多个极值，故系统具有多个较稳定的平衡态，这将导致系统演化的多样性。

神经网络利用其卓越的学习和自适应能力，在控制系统中具有的作用：1)基于精确模型的各种控制结构中充当对象的模型；2)在反馈控制系统中直接充当控制器的作用；3) 在传统控制系统中起优化计算作用；4)在与其它智能控制方法和优化算法相融合中, 为其提供对象模型、优化参数、推理模型及故障诊断等。

1.6.基于信息论的分级递阶智能控制系统主要构成有哪些，分别起什么作用？该系统由组织级、协调级和执行级组成。

组织级（Organization level）组织级是递阶智能控制系统的最高级，是智能系统的“大脑”，能模仿人的行为功能，具有相应的学习能力和高级决策能力，需要高级的信息处理。

组织监视并指导协调级的所有行为，具有最高的智能程度。

根据用户对任务的不完全描述与实际过程和环境的有关信息，组织任务，提出适当的控制模式向下层传达，以实现预定控制目标。

协调级(Coordination Level)次高级，任务：协调各控制器的控制作用与各子任务的执行。

进一步分为两层：控制管理分层和控制监督分层。

管理分层：根据下层的信息决定如何完成组织级下达的任务，以产生施加于下一层的控制指令。

监督分层：保证、维持执行级中各控制器的正常运行，并进行局部参数整定和性能优化。

是组织级和执行级之间的接口，运算精度较低，但有较高的决策能力与学习能力。

执行级（Executive Level）是最低一级，由多个硬件控制器组成。

任务：完成具体的控制任务，通常是执行一个确定的动作，直接产生控制信号，通过执行机构作用于被控对象；同时通过传感器测量环境的有关信息，并传递给上一级控制器，给高层提供相关决策依据。

1.7.模糊控制规则的生成方法通常有哪几种，且模糊控制规则的总结要注意哪些问题？答：生成方法：1）根据专家经验和过程控制知识生成规则。

2）根据过程的模糊模型生成控制规则。

3）3）根据学习算法获取控制规则。

注意的问题：1）规则数量合理。

2）2）规则要具有一致性。

3）3）完备性要好。

2、计算题：2.1. 已知三个模糊矩阵R 、S 和Q 分别如下所示，0.60.40.70.20.50.10.90.30.4R ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦，0.20.70.30.80.60.51.00.20.9S ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦，0.60.50.20.80.40.80.4 1.00.70.10.90.3Q ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦试求R S ⋃，R S ⋂，()R S Q ⋃ ，以及()R S Q ⋂ 。

解：由题知因为 0.40.60.30.80.50.90.10.70.6R ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦所以 0.40.70.30.80.60.90.10.70.9R S ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦ 0.20.40.30.20.50.10.90.20.4R S ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦又 0.60.70.70.80.60.51.00.30.9R S ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦ 0.80.30.70.20.40.500.80.1S ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦0.60.30.70.20.40.100.30.1R S ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦因此 ()0.70.70.70.70.60.60.50.80.70.50.90.8R S ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦ 。

Q = 又0.40.50.80.20.60.20.600.30.90.10.7Q ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦ 所以 ()0.40.70.60.70.40.20.40.20.30.20.30.1R S ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦ 。

Q =2.2.设有论域{}12345X Y ==，A 是论域X 上的模糊集，B 是论域Y 上的模糊集，且[][]10.50.100A ==黑，[][]000.30.81B ==白，求‚如果x 黑则y 白，否则C 不很白‛的模糊关系R 。

（其中：‘很’为强化语气算子2λ=） 解：2.3. 已知输入模糊量分别为 1.00.412A a a =+，0.10.7 1.0123B b b b =++，而输出模糊量为0.30.5 1.0123C c c c =++，求模糊语句‚若A 且B ，则C ‛所蕴含的关系R 。

解：由题意可得：若A 且B ，则CR=([1.0 0.4]T [0.1 0.7 1.0])T [0.3 0.5 1.0][]0.15.03.04.04.01.00.17.01.0T⎥⎦⎤⎢⎣⎡= ],004.011[=C .004.011004.0111.01.04.09.09.05.05.04.05.05.018.03.000)()(⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡==∙C A B A R T T⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=4.04.03.04.04.03.01.01.01.00.15.03.04.05.03.01.01.01.02.4. 设有论域{}12345X Y ==，X ，Y 上的模糊子集‚大‛、‚小‛、‚较小‛分别表示为：000.40.71[]12345=++++大 10.70.400[]12345=++++小10.60.40.20[]12345=++++较小设“若x 小则y 大”，当x 较小时，试确定y 的大小。

解：由题0000000000=0.40.40.4000.70.70.4001.00.70.400R ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⨯⎡⎤⎡⎤⎣⎦⎣⎦⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦大小 则y =R ⎡⎤⎣⎦较小。

[]000000000010.60.40.200.40.40.4000.70.70.4001.00.70.400⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦。

[]=0.40.40.40.202.5.设有论域{}123U a a a =，{}123V b b b =，{}123W c c c =，已知：10.40.1123A a a a =++0.80.50.2123B b b b =++0.50.60.7123C c c c =++设“若A 则B ，否则C ”，求输入为*0.210.4123A a a a =++时的输出D 。