基于MATLAB的智能控制系统的介绍与设计实例最新毕业论文

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智能控制系统

学院：信息科学与工程学院

专业：控制理论与控制工程

学号：

姓名：李倩

基于MATLAB的智能控制系统的介绍与设计实例

摘要

现代控制系统，规模越来越大，系统越来越复杂，用传统的控制理论方法己不能满控制的要求。智能控制是在经典控制理论和现代控制理论的基础上发展起来的，是控制理论、人工智能和计算机科学相结合的产物。MATLAB是现今流行的一种高性能数值计算和图形显示的科学和工程计算软件。本文首先介绍了智能控制的一些基本理论知识，在这些理论知识的基础之上通过列举倒立摆控制的具体实例，结合matlab对智能控制技术进行了深入的研究。

第一章引言

自动控制就是在没有人直接参与的条件下，利用控制器使被控对象(如机器、设备和生产过程)的某些物理量能自动地按照预定的规律变化。它是介于许多学科之间的综合应用学科，物理学、数学、力学、电子学、生物学等是该学科的重要基础。自动控制系统的实例最早出现于美国，用于工厂的生产过程控制。美国数学家维纳在20世纪40年代创立了“控制论”。伴随着计算机出现，自动控制系统的研究和使用获得了很快的发展。在控制技术发展的过程中，待求解的控制问题变得越来越复杂，控制品质要求越来越高。这就要求必须分析和设计相应越来越复杂的控制系统。智能控制系统(ICS)是复杂性急剧增加了的控制系统。它是由控制问题的复杂性急剧增加而带来的结果，其采用了当今其他学科的一些先进研究成果，其根本目的在于求解复杂的控制问题。近年来，ICS引起了人们广泛的兴趣，它体现了众多学科前沿研究的高度交叉和综合。

作为一个复杂的智能计算机控制系统，在其建立投入使用前，必要首先进行仿真实验和分析。计算机仿真(Compeer Simulation)又称计算机模拟(Computer Analogy)或计算机实验。所谓计算机仿真就是建立系统模型的仿真模型进而在计算机上对该仿真模型

进行模拟实验(仿真实验)研究的过程。计算机仿真方法即以计算机仿真为手段，通过仿真模型模拟实际系统的运动来认识其规律的一种研究方法。计算机仿真方法有时也称计算机仿真技术，这二者有时又简称计算机仿真。当今，针对不同应用领域，不同的软件公司开发了不同的设计仿真软件，如在电子电路设计中应用的PSPICE软件，用于电力系统仿真的SABER软件等很多，而作为通用的单机运行的工程计算仿真软件，当首推MATLAB。MATLAB提供了一个高性能的数值计算和图形显示的科学和工程计算软件环境。这种易于使用的MATLAB环境，是由数值分析、矩阵计算、信号处理和图形绘制等组成。在这种环境下，问题的解答的表达形式几乎和它们的数学表达式完全一样，而不像传统的编程那样繁杂。MATLAB是一种交互系统，它的基本数据单元是无须指定维数的矩阵，所以在解决数值计算问题时，使用MATLAB要比使用诸如BASIC、FORTRAN、和C等语言简便得多，大大提高了编程效率。

第二章智能控制系统的理论知识

1.智能控制系统的基本功能特点

①容错性

对复杂系统(如非线性、快时变、复杂多变量和环境扰动等)能进行有效的全局控制，并具有较强的容错能力。

⑵多模态性

定性决策和定量控制相结合的多模态组合控制。

③全局性

从系统的功能和整体优化的角度来分析和综合系统。

④混合模型和混合计算

对象是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，人的智能在控制中起着协调作用，系统在信息处理上既有数学运算，又有逻辑和知识推理。

⑤学习和联想记忆能力

对一个过程或未知环境所提供的信息，系统具有进行识别记忆、学习，并利用积累的经验进一步改善系统的性能和能力。

⑥动态自适应性

对外界环境变化及不确定性的出现，系统具有修正或重构自身结构和参数的能力。

⑦组织协调能力

对于复杂任务和分散的传感信息，系统具有自组织和协调能力，体现出系统的主动

性和灵活性。尽管最初人们认为智能控制是自动控制理论与人工智能与运筹学的结合，但事实上，智能控制是一门仍在不断丰富和发展中的具有众多学科集成特点的科学与技术。它不仅包含了AC、AI、OR、系统理论的内容，而且还从生物学、生理学、心理学、协同学及人类知识理论等学科中吸取了丰富的营养。目前，在世界范周内，智能控制和智能自动化科学与技术正在成为自动化领域中最兴旺和发展最迅速的一个分支学科，并被许多发达国家确认为面向21世纪和提高国家竞争力的核心技术。

智能控制系统(Imelligent Control System)：智能控制系统是具有某种程度自治性的控制系统。

智能控制方法(Intelligent Control Methodology)：利用旨在模拟人、动物或生物系统功能的技术或过程来为动态系统构造或实现控制、以达到预定要求的控制方法的集合。

2.智能控制系统的特征

①处理各种不确定性、定性信息和数据结构的能力。

②处理非结构化信息和数据的能力。

③对具有高度抽象性的离散符号指令作出响应的能力。

④辩识主控系统结构或构成、变化的能力。

⑤处理和利用各种不同性质的知识的能力。

⑥根据主控系统或环境变化，对自身参数或结构进行修正或重构的能力。

⑦在运行过程中学习和获取关于对象和环境新知识并利用新知识改进控制行为的能力。

⑧基于对象行为预测的控制的多目标性。

任何具备上述一种或多种能力的控制系统均被认为是智能控制系统。从这个意义上讲，经典的反馈控制、变结构控制、自校正控制及自适应控制均被认为属于智能控制的范畴，它们与通常所说的智能控制的区别在于它们仅具有较低层次的智能。而智能控制理论及应用研究的目的就是利用包括传统控制及系统理论在内的已有各种理论及技术来构造在某种程度上具备上述特征的控制系统，并最终实现具有完全自治力的系统。

3.智能控制的主要分类

①模糊逻辑控制

传统的控制问题一般是基于系统的数学模型来设计控制器，而大多数工业被控对象是具有时变、非线性等特性的复杂系统，对这样的系统进行控制，不能仅仅建立在平衡点附近的局部线性模型，需要加入一些与工业状况有关的人的控制经验。这种经验通常