智能控制课程研究报告样本

学习智能控制课程研究报告

标题:高速公路隧道节能智能模糊控制系统研究姓名:

学号:

专业: 测试计量技术及仪器

高速公路隧道通风照明节能智能模糊控制系统研究

1. 国内外公路隧道节能研究现状

1.1 国内高速公路隧道通风照明节能的研究现状

据统计, 中国公路隧道通车里程已达704km/1782 座。公路隧道通车里程比1979年增长了13 倍。同时隧道建设技术不断的提高, 1995 年建成的成渝高速公路上的中梁山隧道长 3.165km, 缙云山隧道长

2.529km, 解决了中国长大公路隧道的通风问题, 1999 年通车的四川省川藏公路上的二郎山隧道长 4.176km, 同年通车的四川广安地区公路隧道长 4.534km, 1999年底实现双洞通车的全长2X 4.116km的浙江省甬台高速公路大西邻至糊雾岭隧道，设置了照

明、通风、防火监控等完善的运营机电设施。截至底, 中国已

经建成公路隧道6139座, 总长394.20 万米。如此大规模的隧道建设, 不但运营管理的任务十分艰巨, 其安全与节能问题也日益突出。其中隧道耗电占高速公路运营中的很大一部分, 以3公里长隧道为例, 年电费约为400 万元。

如福建高速公路监控厦门分中心在对高速公路厦门大帽山隧道供配电系统、照明系统和通风系统进行了节能技术改造, 经过适当提高线路电压、提高功率因素来改造供配电系统, 经过一年的试运行, 5 月底同比无功电量下降了85.48 ％, 为福建高速公路减少电费支出87492.8 元, 取得了可喜的经济效益; 对照明技术进行改造, 将射流风机出风口处的风导向下方后, 以此损坏率计算, 一年可减少高压钠灯损坏38 盏、镇流器损坏l8 只、触发器损坏 2 只、灯具损坏l1 套, 合计节省购买灯具费用约 2 万多元。

如全国高速公路隧道风机都采用” 两台风机共用一套自耦降压起动装置”可节省50％的起动装置。

1.2 国外高速公路隧道通风照明节能研究现状

在公路隧道照明技术方面国外研究较早, 经过长期的研究和实践, 技术成熟。早在20世纪60年代, 依据交通量、速度和洞外亮度进行自动调光技术就已经应用于意、法两国之间的Mont Blanc 隧道照明。80 年代后期, 为了规范隧道照明设计和施工, 减少交通事故, 世界各国相继颁布了公路隧道照明设计规范。随后各国制定了适合本国国情的标准, 如欧洲指定的《欧洲隧道照明标准》、日本的《隧道照明指南》等。为了节约电能, 提高隧道照明效果和行车舒适性, 保证公路隧道安全运行, 针对隧道灯具国外进行了大量的研究。依据驾驶员视觉特性和隧道内的视觉环境制定了一系列数值计算准则。如德国的侧壁面计算方法和日本的灯具维护系数等。欧美发达国家从灯具材料、光学特性、

外观质量、功能结构等做了深入研究, 并取得了一定的成果。

公路隧道通风方面的研究由来已久, 欧洲和日本在这方面的研究都做了许多的工作, 处于世界先进水平。19 美国修建的穿越纽约哈德逊的Holland 隧道, 形成了世界上最早的人工全横向通风方式, 底通车的挪威莱尔多隧道, 该隧道通风分段的单段长度最大为9.5km 。日本对关越隧道一线采用了两座竖井加多台静电除尘器的纵向组合通风方案, 该方案能适用于任何交通方式, 任何长度的特长公路隧道的通风, 同时带来了巨大的经济效益。

2．研究的技术原理

2.1 公路隧道节能研究的技术原理隧道通风控制节能采用的是智能控制模

型和智能控制的方法。

它是经过对通风系统的模糊控制模型、神经网络控制模型和专家系统控制模型等进行研究, 建立的智能控制模型; 模糊逻辑控制方法是把人的经验形式化并引入控制过程, 再运用模糊集合论进行数学处理, 实现糊推理, 进行判断决策, 以达到令人满意的结果。

控制模块: 根据专家经验或过程控制的知识生成控制规则; 根据过程的模糊模型生成控制规则; 根据对手工控制操作的系统观察和测量生成控制规则; 安全保护模块: 加密CO\VI 检测元件数量; 采用平面、二次曲面拟合方法, 计算隧道内CO\VI 分布情况。

隧道照明节能的智能控制方式是在自动控制方式的基础上, 应用人工智能、专家系统、模糊控制、神经网络、遗传算法等智能控制技术, 并采用模糊控制等智能控制算法来实现隧道无级调光和照明节能的目的。入口段、过渡段加强照明, 包括开启LED 灯，测试LED灯照度值，测试关键断面照度值，以及关闭LED灯，开启高压钠灯, 在相同断面测试该点的照度值。

2.2 模糊控制技术

模糊控制本质上是一种基于语言规则的仿人智能控制。由于控

制对象仅能提供一些模糊信息，计算机参与这类控制时必须模仿人类能够接受和处理模糊信息、进行模糊控制的本事。

模糊控制器主要由模糊量化接口、模糊知识库、模糊推理机、

解模糊接口四部分组成，如下图所示：

模糊控制基本原理图

221模糊化

在模糊控制系统运行中，控制器的输入值、输出值是有确定数值的清晰量，而在进行模糊控制时，模糊推理过程是经过模糊语言变量进行的，因而必须先进行模糊化操作。所谓模糊化，就是把输入值匹配成相应语言变量语言值的隶属度过程。

设一个模糊控制器输入的物理量为温度（以X表示）和压力（以XZ表示）,输出为阀门流量的校正量（以丫表示）,这是一个典型的二输入、一输出控制问题。我们能够将温度划分成”低”、”中”、” 高”、”很高”四个部分（或称四档）,而将压力划分成”低于正常”，”正常”，”高于正常”三档，将阀门的开关状态划分为” 关”、”半开”、”中等”、”开”四级, 分别定义它们的隶属函数。人们将”温度”称为语言变量, 温度的”低”、”中”、”高”、较高” 称为这个语言变量的语言值。在实际控制过程中, 经常把一个物理量划分成”正大” 、”正中”、”零”、”负大”、”负中”

五级，分别以英文字母PB PM、Z、NB、NM表示。

模糊数的隶属函数可取不同的形状, 如三角形、梯形、高斯型、钟形、Z 形、S 形等, 针对工程问题, 隶属函数的形状对控制效果的影响不大, 因此, 一般取形状简单, 容易计算, 而且和其它较为复杂的隶属函数得出得控制结果差别很小的三角形隶属函数即可。

2.2.2 模糊规则库

模糊控制规则库是由一系列”IF-THEN”型的模糊条件语句所构成, 它是模糊控制器的核心, 规则是否正确地反映操作人员和有关专家的经验和知识, 是否能适应被控对象的特性, 直接关系到整个控制器的性能和控制效果。

控制规则的生成方法:

A. 根据专家经验或过程知识生成控制规则模糊控制规则是基于手动控制策略而建立的, 而手动控制策略又是人们经过学习、实验以及长期经验积累而逐渐形成的, 存储在操作者或专家中的一种技术知识集合, 因而把蕴涵于知识集合中的知识经过理解、选择、归纳等过程抽取出来, 即可形成经验型的知识模型。在此基础上, 再经过一定的试凑、调整, 可获得具有更好性能的控制规则。

B. 根据过程的模糊模型生成控制规则被控过程的动态特性能够用模糊语言来描述, 这样的模型称为过程的模糊模型。基于过程的模糊模型能建立一组相应的模糊控制规则来达到系统希望的动态特性, 这一组控制规则就形成模糊控制规则库。

C. 根据操作人员的实际控制过程生成控制规则

在许多人工控制的工业系统中, 熟练的操作人员能够成功地控制系统, 但有时却难以给出用于模糊控制所用的控制语言。因此能够经过记录操作人员实际控制过程时的输入输出数据, 并从中总结出模糊控制规则。根据以上原则建立的初步控制规则不一定是完美无缺的, 往往还要经过试凑法或程序法等作进一步调整。

控制规则的静态特性:

A. 完备性: 是指对于任意的输入应确保它至少有一个可适用的规则, 而且规则的适用度应大于一定的数, 譬如0.5 。

B. 干涉性: 是指任意两条控制规则, 如果前件部对应语言变量的隶属函数之间的重叠率不为零, 那么两条规则就会产生相互作用。

C. 一致性: 控制规则主要基于操作人员的经验, 它取决于对多种性能的要求, 而不同的性能指标要求往往互相制约, 甚至是矛盾的。这就要求按这些指标确定的模糊控制不能出现互相矛盾的情况。即任意两条控制规则, 如果前件部相同或相似, 则后件部也应相同或相似

2.2.3 模糊逻辑推理模糊推理是指由给定的输入到输出的映射过程。包括三个方面内容:

（1）推理条件前提隶属度的聚集, 也即在模糊规则的前件中应用模糊算子（与、或）。常见的与算子有：min（模糊交）和prod（代数积）

常见的或算子有：max（模糊并）和probor（概率或）