自动化智能控制大作业

《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，智能控制系统有哪些类型以及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: 智能控制系统的类型:①基于信息论的分级递阶智能控制②以模糊系统理论为基础的模糊逻辑控制③基于脑模型的神经网络控制④基于知识工程的专家控制⑤基于规则的仿人智能控制⑥各种方法的综合集成智能控制系统的探索和开展:①离散事件和连续时间混杂系统的分析与设计；②基于故障诊断的系统组态理论和容错控制方法；③基于实时信息学习的规则自动生成与修改方法；④基于模糊逻辑和神经网络以及软计算的智能控制方法；⑤基于推理的系统优化方法；⑥在一定结构模式条件下，系统有关性质（如稳定性等）的分析方法等。

1.2.比较智能控制与传统控制的特点？答：智能控制与传统控制的特点。

传统控制：经典反馈控制和现代理论控制。

它们的主要特征是基于精确的系统数学模型的控制。

适于解决线性、时不变等相对简单的控制问题。

智能控制：以上问题用智能的方法同样可以解决。

智能控制是对传统控制理论的发展，传统控制是智能控制的一个组成部分，在这个意义下，两者可以统一在智能控制的框架下。

1.3.简述模糊集合的基本定义以及与隶属函数之间的相互关系。

答：模糊集合：模糊集合是用从0 到1 之间连续变化的值描述某元素属于特定集合的程度，是描述和处理概念模糊或界限不清事物的数学工具。

相互关系：表示隶属度函数的模糊集合必须是凸模糊集合；模糊集合是由其隶属函数刻画的1.4.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？答：基本结构图：（1) 模糊化接口：模糊化接口就是通过在控制器的输入、输出论域上定义语言变量，来将精确的输入、输出值转换为模糊的语言值。

(2) 规则库：由数据库和语言（模糊）控制规则库组成。

数据库为语言控制规则的论域离散化和隶属函数提供必要的定义。

语言控制规则标记控制目标和领域专家的控制策略。

(3) 模糊推理：是模糊控制系统的核心。

根据模糊输入和模糊控制规则，获得模糊输出。

(4) 清晰化接口：由模糊推理得到的模糊输出值，只有其转化为精确控制量，才能施加于对象。

实行这种转化的方法叫做清晰化/去模糊化/模糊判决1.5.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 根据专家经验或过程控制知识生成控制规则 ② 根据过程的模糊模型生成控制规则 ③ 根据学习算法获取控制规则 注意问题：① 规则数量合理 ② 规则要具有一致性 ③ 完备性要好1.6.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，并简述其主要思想？答：函数关系： 各层函数之间是一个映射关系，这个映射是一个高度非线性的映射，网络从n 维欧式空间到m 维欧式空间的映射。

函数式：第1层（输入层）：(1)(1)i i i Out In x == i=1,2,…,n第2层（隐层）：(2)(1)(1)(2)(2)1,()n j ij i j j j i In w Out Out In θφ==-=∑ j=1,2,…,l 第3层（输出层）：(2)(1)11()l nk jk ij i j j i y w w x φθ===-∑∑主要思想：通过一定的算法调整网络的权值，使网络的实际输出尽可能接近期望的输出。

基本结构图：1.7.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？答：基本特性：具有很强的学习能力和自适应能力，能够充分逼近任意复杂的非线性系统，能够学习和适应严重不确定系统的动态特性。

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的作用④在于其他智能控制方法和优化算法相融合中，为期提供对象模型，优化参数，推理模型及故障诊断等1.8.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？答：主要构成：递阶智能控制系统是由三个基本控制级构成的，其级联交互结构如图所示。

组织级代表控制系统的主导思想，并由人工智能起控制作用；协调级为一中间结构。

它作为组织级与执行级的界面把组织信息发送至执行级。

协调级的目标是把控制问题的实际公式与最有希望的完全的协调规划联系起来，此规划由组织级建立，并将实时执行所需要的工作任务；执行级是递阶智能控制的最底层，要求具有较高的精度但较低的智能；它按控制论进行控制，对相关过程执行适当的控制作用。

1.9.简述专家系统与专家控制的区别。

答：传统控制方法在处理复杂化和不确定性问题方面能力很低；智能控制在处理复杂性、不确定性方面能力较高。

智能控制系统的核心任务是控制具有复杂性和不确定性的系统，而控制的最有效途径就是采用仿人智能控制决策。

传统控制是基于被控对象精确模型的控制方式；智能控制的核心是基于知识进行智能决策，采用灵活机动的决策方式迫使控制朝着期望的目标逼近。

1.10.简述专家系统的基本构成。

答：专家系统通常是由中间数据库、推理机、解释机构、知识获取机构和知识库5个部分构成。

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：0.40.60.30.80.50.90.10.70.6R ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦，0.80.30.70.20.40.50.00.80.1S ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦，0.40.50.80.20.60.20.60.00.30.90.10.7Q ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦0.40.20.60.70.30.30.40.70.30.80.80.50.60.90.50.80.60.90.1 1.00.70.20.60.9 1.00.70.9R S ∨∨∨⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⋃=∨∨∨=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥∨∨∨⎣⎦⎣⎦0.60.20.40.70.70.30.20.40.30.20.80.50.60.10.50.20.80.10.9 1.00.30.20.40.90.90.20.4R S ∧∧∧⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⋂=∧∧∧=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥∧∧∧⎣⎦⎣⎦0.20.40.30.60.50.20.80.40.40.40.3()0.20.80.10.40.80.4 1.0=0.40.80.40.80.90.20.40.70.10.90.30.60.50.40.8R 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[][]10.60.30.10A ==黑，[][]00.10.40.71B ==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：解：由于“很”是强化语气算子，因此[]211110.910.360123451000.30.810.5000.30.50.5000.30.810.1000.10.10.100000000000000.50.91111234500.50.911C C A B A A A C ==-=-⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎣⎦⎣⎦⎣⎦=++++⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⨯=⨯=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦'=-=++++⎡⎤⎢⎥⎢⎥'⎢⎥⨯=⎢⎥⎢⎥⎢⎣⎦不很白很白白[]000000.50.50.50.360110.910.3600.90.90.90.360110.910.360110.910.360000.30.810.50.50.50.50.50.90.90.90.360.1110.910.360110.910.360R ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⨯=⎢⎥⎢⎥⎥⎢⎥⎣⎦⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦故模糊关系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：[][][][]=10.4=0.10.71=0.30.510.10.710.10.40.40.10.710.10.40.40.10.10.10.10.70.30.50.710.30.51=0.30.510.10.10.10.10.40.30.40.0.4A B C D A B D DT D R DT C μμμ⎡⎤=⨯=⎢⎥⎣⎦⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⨯=⨯=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦，，将写成列矢量，即关系矩阵40.30.40.4⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦2.4. 设有论域{}12345X Y ==，X ，Y 上的模糊子集“大”、“小”、“较小”分别表示为：00.10.40.71[]12345=++++大 10.70.40.10[]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：已知[10.70.400][000.40.71][10.60.40.20]x y x μμμ===（小）（大）（较小），由Mamdani 推理法得模糊关系矩阵：min000.40.71000.40.71000.40.40.40000000000R ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦[][]min 000.40.71000.40.7110.60.40.20000.40.71000.40.40.40000000000y y R μμ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥===⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦（较大）（较小）000.40.71++++12345y μ=（较大）2.5.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 。

解：[][][]=10.40.1=0.80.50.2=0.50.60.70.80.50.20000.40.40.20.50.60.60.10.10.10.50.60.70.80.50.20000.8=()0.40.40.20.50.60.60.10.10.10.50.60.7A B C A B A C R D A C μμμ⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⨯=⨯=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⋃⨯=⋃=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦，，，关系矩阵[][]1230.50.20.50.60.60.50.60.70.80.50.20.210.40.50.60.60.50.60.60.50.60.70.50.60.6D A R v v v ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎡⎤⎢⎥'===⎢⎥⎢⎥⎣⎦++即D=2.6. 求模糊集合123450.50.610.70.3A u u u u u =++++的α截集()0.1,0.5,1ααα===。