SLAM经典入门教程

SLAM经典入门教程
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Simultaneous Localization and

Mapping (SLAM)

Lecture 01

Introduction

SLAM Objective

?Place a robot in an unknown location in an unknown environment and have the robot incrementally build a map of this environment while

simultaneously using this map to compute vehicle location ?SLAM began with seminal paper by R. Smith, M. Self, and P.

Cheeseman in 1990

? A solution to SLAM has been seen as the “Holy Grail”

–Would enable robots to operate in an environment without a priori knowledge of obstacle locations

?Research over the last decade has shown that a solution is possible!!

The Localization Problem

Defined

? A map m of landmark locations is known a priori

?Take measurements of landmark location z k (i.e. distance and bearing) ?Determine vehicle location x k based on z k

–Need filter if sensor is noisy!

?x k: location of vehicle at time k

?u k: a control vector applied at k-1 to

drive the vehicle from x k-1 to x k

?z k: observation of a landmark taken

at time k

?X k: history of states {x

, x2, x3, …, x k} ?

1

U k: history of control inputs {u

, u2,

1

u3, …, u k}

?m: set of all landmarks

The Mapping Problem

Defined

?The vehicle locations X k are provided

?Take measurement of landmark location z k (i.e. distance and bearing) ?Build map m based on on z k

–Need filter if sensor is noisy!

?X k: history of states {x

, x2, x3, …, x k}

1

?z k: observation of a landmark taken at

time k

?m i: true location of the i th landmark

?m: set of all landmarks

Simultaneous Localization and Mapping

Defined

?From knowledge of observations Z k

k

–Determine vehicle locations X

–Build map m of landmark locations

?x k: location of vehicle at time k

?u k: a control vector applied at k-1 to

drive the vehicle from x k-1 to x k

?m i: true location of i th landmark

?z k: observation of a landmark taken

at time k

?X k: history of states {x

, x2, x3, …, x k} ?

1

U k: history of control inputs {u

, u2,

1

u3, …, u k}

?m: set of all landmarks

?Z k: history of all observations {z

, z2,

1

…, z k} H. Durrant-Whyte, D. Rye, E. Nebot, “Localisatio n of

Automatic Guided Vehicles”, ISRR 1995

Simultaneous Localization and Mapping Characteristics

?Localization and mapping are coupled problems

–Two quantities are to be inferred from a single measurement

? A solution can only be obtained if the localization and mapping processes are considered together

H. Durrant-Whyte, D. Rye, E. Nebot, “Localisation of Automatic Guided Vehicles”,

Robotics Research: The 7th International Symposium (ISRR 1995)

SLAM Fundamentals Setting

? A vehicle with a known kinematic model moving through an

environment containing a population of landmarks (process model)?The vehicle is equipped with a sensor that can take measurements of the relative location between any individual landmark and the

vehicle itself (observation model)

SLAM Fundamentals

Process Model

?For better understanding, a linear model of the vehicle is assumed

?If the state of the vehicle is given as x v(k) then the vehicle model is

1) (k F k x k u k w k

x

v

1)()()(1)(

v v v v where

–F v(k) is the state transition matrix

–u v(k) is a vector of control inputs

–w v(k) is a vector of uncorrelated process noise errors with zero mean and

covariance Q v(k)

?The state transition equation for the i th landmark is

p(1)()

k p k p

i

i i SLAM considers all landmarks stationary!

SLAM Fundamentals Process Model

?The augmented state vector containing both the state of the vehicle and the state of all landmark locations is

x

T T T

x(k)

v (k)p...p

1N

T

?The state transition model for the complete system is now

1)

u k w k v

x(k 1)F(k)00(k )(1)

(

x

v v v

v

p0I0p00

1

11

p p p

11

p000I p00

N N N p

p p

N N

where

–I

is the dim(p i) x dim(p i) identity matrix –0pi is the dim(p i)

pi

null vector

SLAM Fundamentals Observation Model

?Assuming the observation to be linear, the observation model for the

i th landmark is given as

)

z(k)H x(k)v(k

i

i where

–v i(k) is a vector of uncorrelated observation errors with zero mean and variance R i(k)

–H i is the observation matrix that relates the sensor output z i(k) to the state vector x(k) when observing the i th landmark and is written as

,00,,00

H

i H H

v p

i

–Re-expressing the observation model

)

z(k)H p H x(k)v(k

p i

v v i

Estimation Process Objective

?The state of our discrete-time process x k needs to be estimated based on our measurement z k

?This is the exact definition of the Kalman filter!!

Kalman Filter

?Recursively computes estimates of state x(k) which is evolving

according to the process and observation models

?The filter proceeds in three stages

–Prediction

–Observation

–Update

Estimation Process

Prediction

x?(k)?After initializing the filter (i.e. setting values for and P(k)), a prediction is generated for

–The a priori state estimate

x

?(k1|k)F(k)x?(k|k)u(k)

–The a priori observation relative to the i th landmark

)

i

i

z?(k1|k)H(k)x?(k1|k

–The a priori state covariance (e.g. a measure of how uncertain the states

computed by the process model are)

P T

(k1|k)F(k)P(k|k)F(k)Q(k)

Estimation Process

Observation

?Following the prediction, an observation z i(k+1) of the i th landmark is

made using the observation model

?An innovation and innovation covariance matrix are calculated

–Innovation is the discrepancy between the actual measurement z k and the

z?

predicted measurement

k

)

i

i i

v(k1)z(k1)z?(k1|k

(k H k P k k H k R k1)

S

i

第六章 模糊控制系统

第六章模糊控制系统 教学内容 首先讲解用于控制的模糊集合和模糊逻辑的基本知识;然后讨论模糊逻辑控制器的类型、结构、设计和特性;最后举例说明FLC的应用。 教学重点 模糊控制的数学基础,模糊逻辑控制器的类型、结构、设计和特性。 教学难点 对定义的准确把握和理解,模糊逻辑控制器的类型、结构、设计和特性。 教学方法 通过对数学基础的牢固掌握,对模糊控制进行深入的理解,课堂教授为主。 教学要求 掌握用于控制的模糊集合和模糊逻辑的基本知识;模糊逻辑控制器的类型、结构、设计和特性 6.1 模糊控制基础 教学内容模糊集合、模糊逻辑定义及运算;模糊逻辑推理一般方法;模糊判决方法。 教学重点模糊集合、模糊逻辑定义及运算;模糊逻辑推理一般方法;模糊判决方法。 教学难点对抽象公式的理解、熟练运算;模糊逻辑推理一般方法。 教学方法课堂教授为主,课后作业巩固。 教学要求掌握模糊集合、模糊逻辑定义及运算;模糊逻辑推理一般方法;能够熟练使用模糊判决方法。 6.1.1 模糊集合、模糊逻辑及其运算 设为某些对象的集合,称为论域,可以是连续的或离散的;表示的元素,记作={}。 定义6.1模糊集合(fuzzy sets) 论域到[0,1]区间的任一映射,即: →[0,1],都确定的一个模糊子集;称为的隶属函数(membership function)或隶属度(grade of membership)。也就是说,表示属于模糊子集F的程度或等级。在论域中,可把模糊子集表示为元素与其隶属函数的序偶集合,记为: 若U为连续,则模糊集F可记作: 若U为离散,则模糊集F可记作:

定义6.2模糊支集、交叉点及模糊单点如果模糊集是论域U中所有满足的元素u构成的集合,则称该集合为模糊集F的支集。当u满足,则称此模糊集为模糊单点。 定义6.3模糊集的运算设A和B为论域U中的两个模糊集,其隶属函数分别为和,则对于所有,存在下列运算: (1) A与B的并(逻辑或) (2) A与B的交(逻辑与) (3) A的补(逻辑非) 定义6.4直积(笛卡儿乘积,代数积) 若分别为论域中的模糊集合,则这些集合的直积是乘积空间中一个模糊集合,其隶属函数为: 定义6.5模糊关系若U,V是两个非空模糊集合,则其直积U×V中的一个模糊子集R称为从U到V的模糊关系,可表示为: 定义6.6复合关系若R和S分别为U×V和V×W中的模糊关系,则R和S的复合是一个从U到W的模糊关系,记为: 定义6.7正态模糊集、凸模糊集和模糊数 定义6.8语言变量 定义6.9常规集合的许多运算特性对模糊集合也同样成立。设模糊集合A、B、C∈U,则其并、交和补运算满足下列基本规律: (1) 幂等律 (2) 交换律 (3) 结合律 (4) 分配律

模糊控制仿真

智能控制实验报告模糊控制器的仿真

一.实验目的 1.了解模糊控制的原理 2.学习Matlab模糊逻辑工具箱的使用 3.使用工具箱进行模糊控制器的仿真 二.实验设备 1.计算机 2.Matlab软件 3.window 7操作系统 三.实验原理 模糊逻辑控制又称模糊控制,是以模糊集合论,模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一类计算机控制策略,模糊控制是一种非线性控制。图1-1是模糊控制系统基本结构,由图可知模糊控制器由模糊化,知识库,模糊推理和清晰化(或去模糊化)四个功能模块组成。 针对模糊控制器每个输入,输出,各自定义一个语言变量。因为对控制输出的判断,往往不仅根据误差的变化,而且还根据误差的变化率来进行综合评判。所以在模糊控制器的设计中,通常取系统的误差值e和误差变化率ec为模糊控制器的两个输入,则在e的论域上定义语言变量“误差E”,在ec的论域上定义语言变量“误差变化EC”;在控制量u的论域上定义语言变量“控制量U”。 通过检测获取被控制量的精确值,然后将此量与给定值比较得到误差信号e,对误差取微分得到误差变化率ec,再经过模糊化处理把分明集输入量转换为模糊集输入量,模糊输入变量根据预先设定的模糊规则,通过模糊逻辑推理获得模糊控制输出量,该模糊输出变量再经过去模糊化处理转换为分明集控制输出量。 四.实验步骤 1、在MATLAB主窗口中单击工具栏中的Simulink快捷图标,弹出“Simulink Library Browser”窗口,单击Create a new model快捷图标,弹出模拟编辑窗口,用Matlab中的Simulink 工具箱,组成一个模糊控制系统,如图所示: 2、在MATLAB命令窗口输入fuzzy,并按回车键,弹出如下的FIS Editer界面,即模糊推理系统编辑器。

模糊系统理论

模糊系统理论 一、主要内容 概念:广义的模糊系统理论是指推广通常的系统理论得到的,以模糊集合的形式表示系统所含的模糊性并能处理这些模糊性的模糊理论。 主要包括模糊数学理论、模糊系统、模糊决策和模糊逻辑等方面的内容。 狭义的模糊系统理论就是指模糊系统,包括模糊控制,模糊信号处理,通信及可能性理论不确定性的度量等。如图所示[3]: (1)模糊数学,它用模糊集合取代经典集合从而扩展了经典数学中的概念; (2)模糊逻辑与人工智能,它引入了经典逻辑学中的近似推理,且在模糊信息和近似推理的基础上开发了专家系统; (3)模糊系统,它包含了信号处理和通信中的模糊控制和模糊方法; (4)不确定性和信息,它用于分析各种不确定性; (5)模糊决策,它用软约束来考虑优化问题。 当然,这五个分支并不是完全独立的,他们之间有紧密的联系。例如,模糊控制就会用到模糊数学和模糊逻辑中的概念。

从实际应用的观点来看,模糊理论的应用大部分集中在模糊系统上,尤其集中在模糊控制上。也有一些模糊专家系统应用于医疗诊断和决策支持。由于模糊理论从理论和实践的角度看仍然是新生事物,所以我们期望,随着模糊领域的成熟,将会出现更多可靠的实际应用。 二、产生与发展 模糊系统理论是在美国加州大学LA.Zadeh教授于1965年创立的模糊集合理论的数学基础上发展起来的,主要包括模糊集合理论、模糊逻辑、模糊推理和模糊控制等方面的内容[10]。 早在20世纪20年代,就有学者开始思考和研究如何描述客观世界中普遍存在的模糊现象。1923年,著名的哲学家和数学家B.Russell在其有关“含模糊性”的论文中就认为所有的自然语言均是模糊的,如“年轻的”和“年老的”都不是很清晰的或准确的概念。它们没有明确的内涵和外延,实际上是模糊的概念。然而,在一个特定的环境中,人们用这些概念来描述某个具体对象时却又能让人们心领神会,很少引起误解和歧义。 与B.Russell同时代的逻辑学家和哲学家人Kasiewicz发现经典的:值逻辑只是理想世界的模型,而不是现实世界的模型,因为它在对待诸如“某人个子比较高”这一客观命题时不知所措。他在1920年创立了多值逻辑,为建立正式的模糊模型走出了关键的第一步。但是,多值逻辑本质不仍是精确逻辑,它只是二值逻辑的简单推广[9]。 1937年,英国学者M.Nack也曾对“含模糊性”的问题进行过深入研究,并提出了“轮廓‘致”的新概念。这实际上是后来的“隶属度函数”这一重要概念的思想萌芽。遗憾的是,他在描述某一概念的“真实接近程度”时,错用了“用法的接近程度”,最终与模糊集合擦肩而过,失之交臂。应该说他已经走到了真理的边缘,可谓模糊系统理论的鼻祖。 1965年,Zadell在其“FuzzySets”论文中首次提出了表达事物模糊性的重要概念——隶属度函数,从而突破7,19世纪末德国数学家G.Contor创立的经典集合理论的局限性。借助于隶属度函数可以表达一个模糊概念从“完全不属于”到“完全隶属于”的过渡,从而能对所有的模糊概念进行定量表示。隶属度函数的提出奠定丁模糊系统理论的数学基础。

模糊控制的理论基础

第二章:模糊控制的理论基础 第一节:引言 模糊控制的发展 传统控制方法:数学模型。 模糊控制逻辑:使计算机具有智能和活性的一种新颖的智能控制方法。 模糊控制以模糊集合论为数学基础。 模糊控制系统的应用对于那些测量数据不准确,要处理的数据量过大以致无法判断它们的兼容性以及一些复杂可变的被控对象等场合是有益的。 模糊控制器的设计依赖于操作者的经验。 模糊控制器参数或控制输出的调整是从过程函数的逻辑模型产生的规则来进行的。 改善模糊控制器性能的有效方法是优化模糊控制规则。 模糊控制的特点: 一、无需知道被控对象的数学模型 二、是一种反应人类智慧思维的智能控制 三、易被人们所接受 四、推理过程采用“不精确推理” 五、构造容易 六、存在的问题: 1、要揭示模糊控制器的实质和工作原理,解决稳定性和鲁棒性理论问题,从理 论分析和数学推导的角度揭示和证明模糊控制系统的鲁棒性优于传统控制策略; 2、信息简单的模糊处理将导致系统的控制精度降低和动态品质变差; 3、模糊控制的设计尚缺乏系统性,无法定义控制目标。 “模糊控制的定义” 定义:模糊控制器的输出是通过观察过程的状态和一些如何控制过程的规则的推理得到的。基于三个概念:测量信息的模糊化,推理机制,输出模糊集的精确化;

测量信息的模糊化:实测物理量转换为在该语言变量相应论域内的不同语言值的模糊子集;推理机制:使用数据库和规则库,根据当前的系统状态信息决定模糊控制的输出子集;模糊集的精确化:将推理过程得到的模糊控制量转化为一个清晰,确定的输出控制量的过程。 “模糊控制技术的相关技术” 模糊控制器的核心处理单元:1.传统单片机;2.模糊单片机处理芯片;3.可编程门阵列芯片。 模糊信息与精确转换技术:AD,DA,转换技术。 模糊控制的软技术:系统的仿真软件。 综述:模糊控制是一种更人性化的方法,用模糊逻辑处理和分析现实世界的问题,其结果往往更符合人的要求。 第二节:模糊集合论基础 “模糊集合的概念” 经典集合论所表达概念的内涵和外延都必须是明确的。 集合既可以是连续的也可以是离散的。 集合表示方法:1、列举法;2、定义法;3、归纳法;4、特征函数法;5、集合运算; 思维中每一个概念都有一定的内涵和外延,概念的内涵是指一个概念所包含的区别于其他概念的全体本质属性,概念的外延指符合某概念的对象的全体。从集合论的角度看,内涵就是集合的定义,外延就是集合的所有元素。 与传统的经典集合对事物只用“1”,“0”简单地表示“属于”或“不属于”分类不同,模糊集合是把它扩展成用0~1之间连续变化值来描述元素的属于程度。这个0~1之间连续变化值称作“隶属度”。模糊集合中的特征函数就称作隶属度函数。 模糊集合的定义实际上是将经典集合论中的特征函数表示扩展都用隶属度函数表示。

对模糊逻辑的几点哲学思考

对模糊逻辑的几点哲学思考 对模糊逻辑的几点哲学思考 一、模糊逻辑的研究对象 欲弄清模糊逻辑的研究对象首先必须得清楚逻辑的研究对象,因为模糊逻辑只不 过是在经典逻辑的基础之上发展起来的一门分支学科。只要搞清楚了逻辑的研究对象,那么模糊逻辑的研究对象也就容易理解了。那么到底什么是逻辑的研究对象呢?对这个问题有着各式各样的回答。“关于逻辑的对象,从大的方面说,可以分为以下几种观点:(1)逻辑是研究思维的;(2)逻辑是研究客观世界的;(3)逻辑是研究语言的;(4)逻辑是 研究推理形式的有效性的。”这是国内著名的逻辑学学者陈波所作出的归纳。在书中陈 波对以上四种观点进行了一一的剖析,指出了各种观点的优劣所在,最后他提出了自 己的看法,他认为逻辑的研究对象是推理形式的有效性。这一观点在张清宇主编的 《逻辑哲学九章》中李小五撰写的第一章《什么是逻辑》也得到了认可。通俗地说就是:逻辑研究的对象就是推理的正确性。更严格(更带学术性)地说就是:逻辑研究的 对象就是推理形式的有效性。 逻辑研究的对象就是推理形式的有效性这一观点得到了大多数学者和专家的认可,我本人对这一观点也无异议。弄清楚了逻辑的研究对象进而就可以进入我所要谈论的 问题了,模糊逻辑的研究对象又是什么呢?在这里,我想从如下几个方面来加以讨论:(1)模糊逻辑的产生背景。人类对自然界的认识大致可以划分为两类,一类是精确的现象,它可以用精确的语言来加以描述。例如,2+2=4;贵阳市是贵州省的省会;茅 台酒是中国的国酒,等等。可以看出这一类现象它们都具有精确的定义和性质。但是,在现实世界中还有一类难以被精确的描述和定义的现象。例如,花溪是个风景优美的 地方(究竟何为风景优美呢?):他的父亲是个高个子(多高为高个子呢?);张老师是个中 年人(中年人被定义为多少岁呢?),等等。诸如此类的现象数不胜数,与“精确现象”相 对应我们称之为“模糊现象”。为了用严谨的科学手段去研究模糊现象、分析模糊性质,模糊数学应运而生。而模糊逻辑就是在模糊数学的基础之上派生出来的分支学科之一。 (2)模糊逻辑的研究对象。前面已经提及逻辑的研究对象是推理形式的有效性,而具体 到模糊逻辑来说,它的研究对象就是模糊推理的有效性。那么什么又是模糊推理呢?模

模糊控制的数学基础-2(3-1至3-15)模糊关系、逻辑及运算

举例 eg 1 y=sinx, x ∈(-∞,+∞),y ∈[-1,+1],由于[-1,+1]是y 轴的一个子集,故这个映射是x 到y 内的映射,是属于“非全射”。 eg 2 y=x 2, x ∈(-∞,+∞), y ∈(0,+∞)。这是由x 到y 内的映射,也属于“非全 射”。 eg 3 y=x 3, x ∈(-∞,+∞), y ∈(-∞,+∞)。这个映射是由x 射到y 轴上的映射,属于“全射”。并且也是“单射”,同时也是“一一映射”。 Ch 3 Fuzzy 控制理论的预备知识 §3-1 Fuzzy 关系与Fuzzy 关系图 一 Fuzzy 关系~R 第二章讲过,所谓关系R ,实际上是A 和B 两集合的直积A ×B 的一个子集。现在把它扩展到Fuzzy 集合中来,可定义如下: 所谓A 和B 两集合的直积 A × B =﹛(a ,b)|a ∈A ,b ∈B ﹜ 中的一个模糊关系~ R ,是指以A ×B 为论域的一个Fuzzy 子集,其序偶(a ,b)的隶属度为 ~R μ (a ,b),可见~ R 是二元Fuzzy 关系。 3-1 Nose :当A=B 时,我们称之为“A 面上的Fuzzy 关系”R 。 eg . 要求列出集合A=﹛1,5,7,9,20﹜“序偶”上的“前元比后元大得多”的关系~ R 。 解:直积空间R =A ×A 中有25个“序偶”,其中 R 1=﹛(20,1),(20,9),(20,7),(20,5),(9,7),(9,5),(9,1),(7,5),(7,1),(5,1)﹜ 是满足“前元比后元大”的子集。 ~0.50.70.810.10.30.950.10.90.85 (5,1)(7,1)(9,1)(20,1)(7,5)(9,5)(20,5)(9,7)(20,7)(20,9)R =+++++++++ 上式中分子的值即是按人的判断结果给出的相应满足“前元比后元大得多”的程度,还有一种求法是利用适当的隶属函数来确定。 ~2 1,201(,)()0,R y x x y x y y x μ?

模糊控制(2)

1模糊控制 1.1 概述 基于解析模型的控制方法有着较长的发展历史,经过许多学者的不懈努力已经建立了一套完善的理论体系,并且非常成功地解决了许多问题。但是,当人们将这种控制方法应用于具有非线性动力学特征的复杂系统时,受到了严峻的挑战。特别是,面对无法精确解析建模的物理对象和信息不足的病态过程,基于解析模型的控制理论更显得束手无策。这就迫使人们去探索新的控制方法和途径去解决这类问题,在这样一个背景下诞生了基于模糊逻辑的控制方法,并且今天它已成为最活跃和最为有效的一种智能控制技术。 一些学者对人类处理复杂对象的行为进行了长期的观察,进而发现人们控制一个对象的过程与基于解析模型的控制机理完全不同,即不是首先建立被控对象的数学模型,然后根据这一模型去精确地计算出系统所需要的控制量,而是完全在模糊概念的基础上利用模糊的量完成对系统的合理控制。让我们简单地回顾一下:一个优秀的杂技演员在表演走钢丝时事如何保持他身体的平衡呢?当他的身体向一个方向倾斜时,他是通过身体的重心去感觉其倾斜程度,然后根据倾斜程度产生一个相反的力去恢复平衡的过程,我们可以意识到一个重要的事实:杂技演员是无法准确地感知出身体的倾斜角为多大,并且也无法精确地计算出恢复平衡的力要多大,但是他确实能够有效地保持身体的平衡。显然,杂技演员走钢丝的这种平衡能力是很难用解析的方式来描述的。相反,这种能力是来源于杂技演员多年的训练经验和积累的专业知识。 为了有效地描述这种经验和知识,一些从事智能技术的专家一直在探索表达经验和知识的有效方法,在这其中,以查德(Zadeh)教授1965年提出基于模糊集合论的模糊逻辑(Fuzzy Logic),是一种表达具有不确定性经验和知识的有效工具。1974年马达尼(Mamdani)教授在他的博士论文中首次论述了如何将模糊逻辑应用于过程控制,从而开创了模糊控制的先河。 1.2模糊逻辑的基本概念 既然模糊控制的基础是模糊逻辑,那么什么是模糊逻辑呢?模糊逻辑可以说是一种逻辑的形式化。这种形式化的逻辑是以一种严密的数学框架来处理人类那些具有模糊特征的概念,如:很多、很少、热与冷。模糊逻辑通常是利用模糊集合论来描述。什么是模糊集合呢?在以布尔逻辑(二值逻辑)为基础的传统集合论中,一个特定的研究对象对于一个给定集合来说只有两种可能,即:或者属于这个集合的成员或者不属于。与布尔逻辑相反,在模糊集合论中一个特定的研究对象在一个给定的集合中具有一个隶属度,而这个隶属度是介于0(完全不属于这个集合)与1(完全属于这个集合)的函数值。显然,模糊逻辑能以一种更接近自然地方式来处理人类那些具有模糊特征的概念。例如:按照布尔逻辑像“张三是搞个子”的这样一条语句(或等价于“张三属于高个子人的集合”)仅是“对”(TURE)与“错”(FALSE)这两种结果之一。相反,模糊逻辑将通过“张三是高个子”这条语句将给“张三”在高个子人这个集合中赋予一个隶属度,如:0.7。类似布尔逻辑对其值所定义操作算子,模糊逻辑也定义了这些算子,如:与(AND),或(OR)和非(NOT),来对隶属度值进行操作。 在基于模糊逻辑的模糊控制中,一个重要概念是语言变量(Linguistic Variable).一个语言变量的重要特征是这种变量的值用一个或多个词或句子来表达而不是用一个数字来表达。例如:在“李四年轻”的这样的一条语句中,我们说“年龄”这个语言变量对“李四”而言具有一个语言值(Linguistic Value)“年轻”。这个例子说明,对于利用语言变量表达的语句来说不像严格的数字语句那样“精确”。这正是语言变量和模糊逻辑之间关系的关键。像“李

湘潭大学模糊控制2005秋试题答案

一、(10分)简要解释下列概念 [每小题2分] 1 语言变量 2 模糊逻辑 3 模糊等价关系 4 T-S 模糊模型 5自适应模糊控制 答: 1.语言变量是指用自然语言中的词来表示变量,如正大、正中、正小等,通常可以表示为五元体(X,X (T ),U,G,M ) 2.研究模糊命题的逻辑称为模糊逻辑。 3.把具有自反性、对称性和传递性的模糊关系,称为模糊等价关系。 4.模糊模型是指描述系统特性的一组模糊条件语句,T-S 模糊模型的语句形式为: 1122:,,i i i i i i i m m R ifx A x A x A ===L %%% %% then 01122i i m m y p p x p x p x =++++L 5.自适应模糊控制是在普通模糊控制器加入了一个自适应环节,用以改善和提高其性能,这种控制器具有控制和学习功能,分别是通过两个反馈实现的。 二、(10分)填空 [每空1分] 1. 模糊控制通过引入模糊_逻辑变量__及其它们之间构成的___模糊关系_, 进行_模糊推理_,从而使微机控制进入那些基于_传统控制___无法控制的禁区,以便对复杂非线性对象实现__精确有效__的控制。 2. 二值逻辑的运算法则是_布尔代数_,它可表示为({0,1},∧,∨,C ); 而模糊逻辑的运算法则是模糊代数,它可表示为([0,1],∧,∨,C )。 它们的主要区别在于后者不再满足补余律。 三、(10分)在论域{}123,45,,,U x x x x x =上定义两个模糊集合分别为 123450.2/0.5/1/0.5/0.2/A x x x x x =++++% 23450.3/0.6/0.8/1/B x x x x =+++% 求:0.5,,,c A B A B A B U I %%%%%% 答:

翻译(模糊逻辑控制系统:模糊逻辑控制——部分Ⅰ)

模糊逻辑控制系统:模糊逻辑控制——部分Ⅰ Chuen chien lee 摘要---在过去的几年中,模糊控制已成为在模糊集理论领域中应用最多,最有效的方法之一,尤其是在工业生产过程领域。传统的控制方法,因为缺乏定量数据的输入输出关系。并不适合。模糊控制基于模糊逻辑,这是比传统的逻辑系统更接近人的思维和自然语言的逻辑系统。基于模糊逻辑的模糊逻辑控制器(FLC)为自动控制理论提供了一个基于专家知识转换语言的控制理论,研究描述了构造一个FLC一般方法,评估其性能描述,和指出其需要进一步研究的问题。特别是,论文还讨论了模糊化和去模糊化方法,阐述了数据来源和模糊控制规则,模糊蕴涵的定义和分析了模糊推理机制。 Ⅰ简介 在 过去的几年中,模糊控制已成为在模糊集理论领域中应用最多,最有效的方法之 一[141],研究模糊控制的先驱Mamdani与他的同事的 [63]-- [66],[50]最先是 由Zadeh的基于模糊集的语言教读法和系统分析[142] [143] [145] [146] 的开创性论文开始的。现代模糊控制应用很多,水中的质量控制[127] [35],列车自动运行系统[135] [136] [139],自动集装箱起重机操作系统[137]—[139],电梯控制[23],核反应堆控制[4] [51],汽车变速器控制[40],模糊逻辑控制器的硬件系统[130][131],模糊的记忆装置[107] [108] [120][128][129][133],并且模糊计算机[132]实现了有效利用模糊控制在复杂和模糊不清领域的方法,即使一个没有任何基础动力学只是的熟练工人都可以控制。 近年来,模糊控制的文献迅速增长,这使得很难对现有的各种各样的应用程序提出一个全面的理论依据。从历史上看,在模糊控制的发展中的重要里程碑,可以归纳为表Ⅰ。这是应该强调的,但是,这里程碑式的选择是一个主观的因素。 从这个角度看,模糊逻辑控制器的重要组成部分是一组用模糊蕴涵的双重概念和组推理规则编写的语言控制规则。在本质上,FLC提供了一种可以转换基于专家只是的语言控制策略到自动控制策略的算法,经验表明,FLC运算的结果优于那些通过传统算法的结果,特别的,当控制过程对于传统的定量技术分析太过复杂或者当可用的数据来源定性解,不正确或不确定,FLC的方法就显得非常有用。因此,模糊逻辑控制器可以被看做是传统的精确数学与类人类决靠近的一大步。 然而,现如今,对于FLC的还没有系统化设计的方法。在本文中,我们提出了对FLC 方法的调查和指出了问题,这个需要进一步的调查,我们的研究包括模糊化和去模糊化策略,数据的来源和模糊控制规则,模糊蕴涵的定义和分析模糊推理机制。 本文分为两部分,FLC结构参数的分析为第Ⅰ部分,此外,第一部分分为五个章节。有关模糊集合概念的简短摘要和模糊逻辑在第Ⅱ章,关于FLC的主要思想在第Ⅲ章中描述,第Ⅳ章介绍了模糊化策略,在第Ⅴ章,我们讨论了FLC数据库的建设,第Ⅵ章中的规则库解释了模糊控制规则的来源和规则修改技术。 第Ⅱ部分由四章组成,第一章介绍了FLC的决策逻辑的基本方法,几个议题被研究,包括模糊蕴涵的定义,组合运算符,句子连接词“and” 和” also “的解释,和模糊推断机制。第二章讨论了去模糊化策略,许多FLC典型应用程序,从实验室到工业过程控制,在第三章中简要说明,最后,我们描述了一些尚未解决的问题及讨论了这一领域未来的挑战。

模糊控制原理

模糊控制原理 https://www.360docs.net/doc/e78745197.html,/article/article/art579.htm 亦此亦彼的模糊逻辑 美国西佛罗里达大学的詹姆斯教授曾举过一个鲜明的例子。假如你不幸在沙漠迷了路,而且几天没喝过水,这时你见到两瓶水,其中一瓶贴有标签:“纯净水概率是0.91”,另一瓶标着“纯净水的程度是0.91”。你选哪一瓶呢?相信会是后者。因为后者的水虽然不太干净,但肯定没毒,这里的0.91表现的是水的纯净程度而非“是不是纯净水”,而前者则表明有19%的可能不是纯净水。再比如“人到中年”,就是一个模糊事件,人们对“中年”的理解并不是精确的一个 岁数。 从上边的例子,可以看到模糊逻辑不是二者逻辑——非此即彼的推理,它也不是传统意义的多值逻辑,而是在承认事物隶属真值中间过渡性的同时,还认为事物在形态和类属方面具有亦此亦彼性、模棱两可性——模糊性。正因如此,模糊计算可以处理不精确的模糊输入信息,可以有效降低感官灵敏度和精确度的要求,而且所需要存储空间少,能够抓住信息处理的主要矛盾,保证信息处理的实时性、 多功能性和满意性。 美国加州大学L.A.Zadeh博士于1965年发表了关于模糊集的论文,首次提出了表达事物模糊性的重要概念——隶属函数。这篇论文把元素对集的隶属度从原来的非0即1推广到可以取区间【0,1】的任何值,这样用隶属度定量地描述

论域中元素符合论域概念的程度,就实现了对普通集合的扩展,从而可以用隶属函数表示模糊集。模糊集理论构成了模糊计算系统的基础,人们在此基础上把人工智能中关于知识表示和推理的方法引入进来,或者说把模糊集理论用到知识工程中去就形成了模糊逻辑和模糊推理;为了克服这些模糊系统知识获取的不足及学习能力低下的缺点,又把神经计算加入到这些模糊系统中,形成了模糊神经系统。这些研究都成为人工智能研究的热点,因为它们表现出了许多领域专家才具有的能力。同时,这些模糊系统在计算形式上一般都以数值计算为主,也通常被 人们归为软计算、智能计算的范畴。 模糊计算的实战应用 模糊计算在应用上可是一点都不含糊,其应用范围非常广泛,它在家电产品中的应用已被人们所接受,例如,模糊洗衣机、模糊冰箱、模糊相机等。另外,在专家系统、智能控制等许多系统中,模糊计算也都大显身手。究其原因,就在于它的工作方式与人类的认知过程是极为相似的。在这里,笔者结合自己的研究实践,以一个建筑结构选型的专家系统为例,说明模糊推理系统是如何模仿领域专家的思维进行工作的,其中所用到的步骤、计算过程在其他模糊系统中也具有典型的 代表性。 FIS的系统构成与工作原理

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