可拓控制的物元模型及其控制算法

　2000年6月系统工程理论与实践第6期　文章编号:100026788(2000)0620126205

可拓控制的物元模型及其控制算法

阳　林,吴黎明,黄爱华

(广东工业大学五山校区机电工程二系,广东广州510643)

摘要:　可拓控制是新近发展起来的智能控制的前沿研究课题,从理论到应用都有许多方面值得进

一步研究和探讨Λ本文从可拓学的基本特色出发,提出了可拓控制的物元模型,并提出了初步的控制

算法Λ

关键词:　可拓控制;物元模型;可拓算法

α

T he M atter E lem en t M odel and

A lgo rithm of Ex ten si on Con tro l

YAN G L in　W U L i2m ing　HU AN G A i2hua

(Guangdong U n iversity of T echno logy,Guangzhou510643)

Abstract　Ex ten si on con tro l is a new ly developed in telligen t con tro l m ethod in the ad2

vanced research field.T here are m any aspects w o rth to be fu rther studied and dis2

cu ssed.In th is paper,the m atter elem en t model of ex ten si on con tro l and its algo rithm

are estab lished based on the ex ten si on theo ry.

Keywords　ex ten si on con tro l;m atter elem en t model;ex ten si on algo rithm

1　引言

如何对那些无法用数学模型来精确描述的控制对象或过程进行精确的控制,一直是人们研究的重要课题Λ传统控制方法未能从根本上完全解决控制问题,在实际应用中遇到许多难以逾越的障碍,因而以模拟人的控制行为为出发点的智能控制方法成为当代控制理论与应用的主要发展方向Λ传统控制方法有P I D控制、变结构控制、自适应控制等Λ模糊控制、神经网络控制、专家控制、拟人智能控制等智能控制方法的发展为解决这类控制问题提供了有效的工具Λ可拓控制方法的提出又为此增加了新的手段Λ可拓控制是新近发展起来的智能控制的前沿研究课题,它将可拓集合理论引入智能控制的研究领域而最早由王行愚等提出的一种新型的智能控制方法Λ

可拓学,开始于研究不相容问题的转化与解决的规律Λ文献[1]的发表标志着这门新学科的诞生,文献[2]的发表标志着可拓学走过了它的初创阶段,文献[3]的发表意味着可拓学学科进入了最后的完成阶段,目前可拓学的研究工作已经进入应用领域Λ可拓学中可拓集合论的提出,为研究智能控制又提供了一种重要的工具Λ可拓集合论是对经典(Can to r)集合论、模糊(Fuzzy)集合论的进一步开拓,因此可望以可拓集合论为基础的可拓控制更有优越性,它有可能突破现有智能控制方法的局限,解决其它智能控制难以解决和解决得不够好的控制问题Λ

国内较早进行可拓控制研究的有华东理工大学、清华大学等,并且已有一些关于可拓控制的研究成果Λ如华东理工大学王行愚等最早提出了可拓控制的基本思想、结构和原理,该项研究得到了国家自然科

α收稿日期:1998212214

资助项目:广东省博士启动基金(974179)

学基金的资助[4];李健、胡琛等提出了可拓控制器的构成方法并进行了仿真研究;清华大学潘东和金以慧提出了双层结构自学习可拓控制器,并进行了仿真分析[5]Λ国内的这些研究建立了可拓控制的基本理论和方法,研究的结果表明可拓控制具有良好的发展潜力Λ

目前国内正在进行可拓控制研究的还有山东工业大学、浙江工业大学、广东工业大学等Λ国外如美国、日本和台湾等也极为关注可拓控制的研究Λ

另一方面,由于可拓控制本身正处于发展的过程中,已有的一些概念和提法都有值得进一步探讨的地方,如可拓控制的本质,物元及物元变换在可拓控制中的应用,关联函数的建立方法,等等Λ本文将在可拓控制的这些方面进行研究和探讨Λ作者相信,尽管可拓控制的研究现在仍处于初始阶段,成果不多,但随着可拓控制研究的不断深入,它将为人们解决复杂控制系统中的难题,提供更新更好的工具Λ

2　可拓控制的物元模型

可拓控制的基本概念、结构和原理最早是由王行愚等提出,基本思想是利用可拓集合从信息转化的角度来处理控制问题,基本概念有:

特征量　描述系统状态的典型变量称为特征量,用C 表示Ζ

特征状态　由特征量描述的系统状态称为特征状态,用S 表示,S =(C 1,C 2,…,C n )Ζ

特征状态关联度　以控制指标所决定的系统特征状态的取值范围为经典域X ,以选定操纵变量下的系统可调节的特征状态的取值范围为节域X p ,建立关于系统特征状态S 的可拓集合X ,则系统调节过程中的任一状态与可拓集合X

的关系用实数K X (S )表示,称为特征状态关联度,其值域为(-∞,+∞)Ζ并有:

a )当K X

(S )>0,表示特征状态S 符合控制要求的程度;b )当K X

(S )<-1,表示在所采用的操纵变量下,无法通过改变操纵变量的值而使特征状态转变到符合控制要求的范围,此时需要变换控制变量或操纵变量:

c )当-1

(S )<0,表示在所采用的操纵变量下,可以通过改变操纵变量的值而使特征状态转变到符合控制要求的范围Ζ

特征模式　由特征量表示的系统运动状态的典型模式称为特征模式,表示为:

5i =f i (c 1,c 2,…,c n )　i =1,2,…,r

其中5i 表示第i 个特征模式,f i 表示关于5i 的模式划分,r 为特征模式个数Ζ

测度模式　根据特征状态关联度划分的模式称为测度模式,表示为:

M 1={S K X

(S )>0};M

2={S -1

2i ={S Αi -1

可以看出,可拓控制是利用了可拓集合论中关联度的概念作为控制信息转化的标志,即K X

(S )=0和K X

(S )=-1分别指示出特征状态符合与不符合控制要求,以及可转变与不可转变为符合控制要求的分界Ζ可拓控制系统的结构如图1所示Ζ

1)数据库:存放来自被控过程的给定参数,过程输出值及处理的中间数据等;各种经验参数,如经典域、可拓域范围,特征模式划分及测度模式划分等经验参数Ζ

2)知识库:存放专家领域知识和被控过程的先验知识等Ζ

3)特征模式识别:通过传感元件或观测器从被控系统中提取刻画系统动态特征的特征信息,并经过处理归入某一特征模式Ζ

4)特征状态关联度计算:类似模糊控制中计算隶属度,须先建立关联函数,通过系统当前状态值利用关联函数可以算出相应的关联度Ζ

5)测度模式识别:利用算出的系统当前特征状态关联度,将系统状态归入某一模式,为可拓控制决策721第6期可拓控制的物元模型及其控制算法