本書著重介紹模糊控制的基本概念、基本原理和基本方法。主要內(nèi)容包括模糊控制的數(shù)學(xué)和邏輯學(xué)基礎(chǔ)、模糊控制器的設(shè)計、模糊控制系統(tǒng)的仿真以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在模糊控制中的應(yīng)用。
本書內(nèi)容深入淺出、循序漸進、敘述簡明、精練實用,可以作為控制科學(xué)和技術(shù)類專業(yè)本科及研究生學(xué)習(xí)模糊控制的教材,也可供與此相關(guān)的科研人員和從事控制工程的技術(shù)人員閱讀和參考。
本書優(yōu)點如下:1.基本概念清楚。本書既考慮了大學(xué)本科模糊控制的教學(xué)要求,也照顧到廣大科技工作者自學(xué)的實際需要,盡量介紹模糊控制的基本概念、基本原理和基本方法。2.中心內(nèi)容明確。在組織模糊集合數(shù)學(xué)理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)容時,均以模糊控制為中心,按照它們和模糊控制的關(guān)系及需要組織和介紹必須的基礎(chǔ)理論。3.緊密聯(lián)系實際。本書集多年講授模糊控制的教學(xué)經(jīng)驗,從實例引出模糊控制,然后圍繞這個中心展開討論,對實際例子進行仿真。通過實例把基本概念、基本原理和基本方法串聯(lián)在一起,有利于讀者學(xué)習(xí)掌握和實際應(yīng)用。4.從系統(tǒng)高度上把握。本書從系統(tǒng)工程的角度展開編寫。同時為了彌補學(xué)習(xí)過程中缺乏實踐的缺陷,書內(nèi)介紹了MATLAB計算機仿真的基本內(nèi)容和方法,對一些控制實例進行了計算機仿真,為實踐中進行模糊控制系統(tǒng)的計算機設(shè)計打下良好基礎(chǔ)。5.簡明易懂。本書是在多年進行模糊控制教學(xué)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上編寫的,敘述簡練,概念清晰,中心明確,層次分明,便于自學(xué)。
自動控制理論經(jīng)歷了經(jīng)典控制和現(xiàn)代控制兩個重大發(fā)展階段,已經(jīng)相當(dāng)完善。然而,對于許多復(fù)雜龐大的被控對象及其外界環(huán)境,有時難以建立有效的數(shù)學(xué)模型,因而無法采用常規(guī)的控制理論做定量分析計算和進行控制,這時就要借助于新興的智能控制。智能控制是人工智能、控制論和運籌學(xué)相互交叉滲透形成的新興學(xué)科,它具有定量和定性相結(jié)合的分析方法,融合了人類特有的推理、學(xué)習(xí)和聯(lián)想等智能。模糊控制是智能控制中適用面寬廣、比較活躍且容易普及的一個分支。
人類在感知世界、獲取知識、思維推理、相互交流及決策和實施控制等諸多的實踐環(huán)節(jié)中,對知識的表述往往帶有模糊性的特點,這使得其中所包含的信息容量有時比清晰性的更大,內(nèi)涵更豐富,也更符合客觀世界。1965年美國的控制論專家LAZadeh教授創(chuàng)立了模糊集合論,從而為描述、研究和處理模糊性事物提供了一種新的數(shù)學(xué)工具。模糊控制就是利用模糊集合理論,把人的模糊控制策略轉(zhuǎn)化為計算機所能接受的控制算法,進而實施控制的一種理論和技術(shù)。它能夠模擬人的思維方式,因而對一些無法構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的系統(tǒng)可以進行有效的描述和控制,除了用于工業(yè),也適用于社會學(xué)、經(jīng)濟學(xué)、環(huán)境學(xué)、生物學(xué)及醫(yī)學(xué)等各類復(fù)雜系統(tǒng)。
由于模糊控制應(yīng)用廣泛、便于普及,不僅許多高等學(xué)校開設(shè)了模糊控制課程,而且不少工程技術(shù)人員也渴望了解和學(xué)習(xí)這方面的知識。集作者多年從事模糊信息處理模糊控制方面的科研和教學(xué)經(jīng)驗,編寫了這本模糊控制方面的入門書。本書在選材、安排上均遵從入門和實用的原則,著重介紹模糊控制的基本概念、基本原理和基本方法。本著重視實用性和可操作性的工程教育思想,內(nèi)容選取和敘述形式不追求理論的高深和數(shù)學(xué)推導(dǎo)的嚴(yán)謹,在學(xué)術(shù)性和實用性發(fā)生沖突時,學(xué)術(shù)性服從實用性。
本書主要內(nèi)容包括模糊控制的數(shù)學(xué)和邏輯學(xué)基礎(chǔ)、模糊控制器的設(shè)計、模糊控制系統(tǒng)的仿真及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在模糊控制中的應(yīng)用。
在介紹模糊控制的理論時,按照模糊控制的需要介紹必要的基礎(chǔ)理論和基本知識,而不是把模糊控制僅僅看作模糊理論的一種應(yīng)用,片面追求模糊理論的系統(tǒng)性和完整性,致使讀者在模糊數(shù)學(xué)和模糊邏輯的演算上花費很多精力。
在介紹模糊規(guī)則的生成方法時,不僅介紹了根據(jù)操作經(jīng)驗建立規(guī)則的常用方法,而且通過實例介紹了從系統(tǒng)的輸入、輸出數(shù)據(jù)中獲取模糊規(guī)則的方法。
在介紹模糊控制器時,集中介紹了適用范圍較廣的兩種類型模糊控制器:Mamdani型和Sugeno型。前一種模糊控制器的輸入量和輸出量都是模糊子集,輸出量需要經(jīng)過清晰化才能用于執(zhí)行機構(gòu);而后一種模糊控制器的輸入量是模糊子集,輸出量為精確量,可以直接用于推動執(zhí)行機構(gòu)。
考慮到科技工作者學(xué)習(xí)模糊控制理論時需要實踐的需求,把模糊控制理論和計算機仿真進行了有機融合,較詳細地介紹了MATLAB仿真技術(shù)及其在模糊控制方面的應(yīng)用。通過仿真練習(xí),彌補了學(xué)習(xí)理論過程中難以實踐的缺陷,加深對模糊控制的理解,也使在解決實際問題時有所借鑒,為進一步深入學(xué)習(xí)和應(yīng)用模糊控制理論打下良好的基礎(chǔ)。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是智能控制的一個重要分支,本書簡要介紹了它在模糊控制中的應(yīng)用,著重舉例介紹了MATLAB中自適應(yīng)神經(jīng)模糊系統(tǒng)的使用方法。
本書配有教學(xué)課件,可發(fā)郵件至cbswce@jg.bjtu.edu.cn索取。
吳嫦娥編輯對本書的出版起了極大的推動作用,在此深表謝意!
由于模糊控制領(lǐng)域的理論目前尚不成熟,還存在許多未解難題,雖然作者在模糊領(lǐng)域有十余年的科研教學(xué)經(jīng)驗,但畢竟水平有限,懇請廣大讀者不吝賜教!
第1章引言
1.1自動控制理論的發(fā)展歷程
1.2智能控制概況
1.2.1智能控制的發(fā)展簡況
1.2.2智能控制的幾個重要分支
1.3模糊控制
1.3.1模糊控制解決的問題
1.3.2模糊控制的發(fā)展簡史
1.3.3模糊控制的特點及展望
思考與練習(xí)題
第2章模糊控制的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)
2.1模糊集合
2.1.1經(jīng)典集合
2.1.2模糊集合
2.2隸屬函數(shù)
2.2.1確定隸屬函數(shù)的基本方法
2.2.2常用隸屬函數(shù)
2.3模糊集合的運算
2.3.1模糊集合的基本運算
2.3.2模糊集合的基本運算規(guī)律
2.3.3模糊集合運算的其他定義
2.4模糊關(guān)系及其運算
2.4.1經(jīng)典關(guān)系
2.4.2模糊關(guān)系
2.4.3模糊關(guān)系的運算
2.4.4模糊關(guān)系的合成
2.5模糊向清晰的轉(zhuǎn)換
2.5.1模糊集合的截集
2.5.2模糊關(guān)系矩陣的截矩陣
2.5.3模糊集合轉(zhuǎn)化為數(shù)值的常用方法
思考與練習(xí)題
第3章模糊控制的邏輯學(xué)基礎(chǔ)
3.1二值邏輯簡介
3.1.1判斷
3.1.2推理
3.2自然語言的模糊集合表示
3.2.1一些自然詞語的F集合表示
3.2.2模糊算子
3.3模糊邏輯和近似推理
3.3.1模糊命題
3.3.2常用的兩種基本模糊條件語句
3.3.3近似推理及其合成法則
3.4TS型模糊推理
3.4.1雙輸入、單輸出系統(tǒng)的TS型模糊推理
3.4.2MISO系統(tǒng)的TS模糊推理
思考與練習(xí)題
第4章模糊控制器的設(shè)計
4.1模糊控制系統(tǒng)的基本組成
4.1.1從傳統(tǒng)控制系統(tǒng)到模糊控制系統(tǒng)
4.1.2模糊控制器的結(jié)構(gòu)
4.2Mamdani型模糊控制器的設(shè)計
4.2.1Mamdani型模糊控制器的基本組成
4.2.2量化因子和比例因子
4.2.3模糊化和清晰化
4.2.4模糊控制規(guī)則
4.2.5模糊自動洗衣機的設(shè)計
4.3TS型模糊控制器的設(shè)計
4.3.1TS型模糊模型
4.3.2TS型模糊系統(tǒng)設(shè)計要點
4.4F控制器和PID控制器的結(jié)合
4.4.1FPID復(fù)合控制器基本原理
4.4.2FPID復(fù)合控制器的其他形式
4.4.3用模糊控制器調(diào)節(jié)PID控制器的參數(shù)
思考與練習(xí)題
第5章模糊控制系統(tǒng)的MATLAB仿真
5.1Simulink仿真入門
5.1.1MATLAB中的仿真模塊庫
5.1.2仿真模型圖的構(gòu)建
5.1.3動態(tài)系統(tǒng)的Simulink仿真
5.2模糊推理系統(tǒng)的設(shè)計與仿真
5.2.1模糊推理系統(tǒng)的圖形用戶界面簡介
5.2.2模糊推理系統(tǒng)編輯器
5.2.3隸屬函數(shù)編輯器
5.2.4模糊規(guī)則編輯器
5.2.5模糊規(guī)則觀測窗
5.2.6FIS輸出量曲面觀測窗
5.2.7用GUI設(shè)計Mamdani型模糊系統(tǒng)舉例
5.2.8用GUI設(shè)計Sugeno型模糊系統(tǒng)舉例
5.3模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真
5.3.1FIS與Simulink的連接
5.3.2構(gòu)建模糊控制系統(tǒng)的仿真模型圖
5.3.3通過仿真對系統(tǒng)進行分析
思考與練習(xí)題
第6章神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在模糊控制中的應(yīng)用
6.1神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理
6.1.1神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷史
6.1.2神經(jīng)元的生理結(jié)構(gòu)
6.1.3神經(jīng)元的數(shù)學(xué)模型
6.1.4人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型
6.1.5神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的學(xué)習(xí)方法
6.1.6BP型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理簡介
6.2神經(jīng)模糊控制
6.3用自適應(yīng)神經(jīng)模糊系統(tǒng)建立FIS
6.3.1ANFIS圖形用戶界面簡介
6.3.2用Anfis建立FIS的步驟
6.3.3用Anfis建立FIS舉例
思考與練習(xí)題
參考文獻