模糊控制和智能控制理论与应用PDF电子书下载

目录 1

绪论 1

第一篇 模糊数学基础 1

第一章 模糊集合及其运算 1

§1.1 经典集合及其运算 1

1.1.1 集合的概念及定义 1

1.1.2 集合的直积 2

1.1.3 映射与关系 3

1.1.4 集合的运算性质 3

1.1.5 集合的表示及特征函数 4

§1.2 模糊集合及其运算 5

1.2.1 模糊子集的定义及表示 5

1.2.2 模糊子集的运算 8

§1.3 模糊集合与经典集合的联系 12

1.3.1 截集 12

1.3.2 分解定理 12

1.3.3 扩张原则 14

§1.4 隶属函数 14

1.4.1 隶属函数的确定方法 14

1.4.2 常用的隶属函数 18

第二章 模糊矩阵与模糊关系 30

§2.1 模糊矩阵 30

2.1.1 模糊矩阵的定义及其运算 30

2.1.2 模糊矩阵的截矩阵 32

2.1.3 模糊矩阵的合成 33

2.1.4 模糊矩阵的转置 34

§2.2 模糊关系 35

2.2.1 模糊关系的定义 35

2.2.2 模糊关系的运算 36

2.2.3 模糊关系的性质 37

2.2.4 模糊等价关系 38

§2.3 模糊关系的合成 39

2.3.1 模糊关系合成的定义 39

2.3.2 模糊关系合成运算性质 40

§2.4 模糊向量 42

2.4.1 模糊向量 42

2.4.2 模糊向量的笛卡尔乘积 42

2.4.3 模糊向量的内积与外积 43

§3.1 模糊逻辑 45

3.1.1 命题与二值逻辑 45

第三章 模糊逻辑与模糊语言 45

3.1.2 模糊命题与模糊逻辑 47

3.1.3 De-Morgan代数 48

3.1.4 模糊逻辑公式 49

3.1.5 模糊逻辑函数及其分解 50

§3.2 模糊逻辑电路 54

3.2.1 连续值开关网络 54

3.2.2 模糊逻辑门电路 56

3.2.3 模糊函数的电路实现 59

3.3.1 自然语言和形式语言 63

§3.3 模糊语言 63

3.3.2 集合描述的语言系统 64

3.3.3 模糊语言算子 65

3.3.4 语言值及其四则运算 67

3.3.5 模糊语言变量 69

§3.4 模糊推理 70

3.4.1 判断与推理 70

3.4.2 模糊推理句 72

3.4.3 模糊推理 73

3.4.4 模糊条件语句及其推理规则 74

§4.1 模糊控制的基本思想 78

第二篇 模糊自动控制理论 78

第四章 模糊自动控制原理 78

§4.2 模糊控制系统的组成 80

§4.3 模糊控制的基本原理 81

4.3.1 一步模糊控制算法 81

4.3.2 模糊自动控制原理 82

第五章 模糊控制器设计的基本方法 89

§5.1 模糊控制器的结构设计 89

5.1.1 人-机系统中的信息量 89

5.1.2 模糊控制器的输入输出变量 90

5.2.1 选择描述输入和输出变量的词集 91

§5.2 模糊控制规则的设计 91

5.2.2 定义各模糊变量的模糊子集 92

5.2.3 建立模糊控制器的控制规则 95

§5.3 精确量与模糊量的相互转换 97

5.3.1 模糊化方法 97

5.3.2 模糊量到精确量的转换方法 98

§5.4 论域、量化因子及比例因子的选择 100

5.4.1 论域及基本论域 100

5.4.2 量化因子及比例因子 100

5.4.3 量化因子及比例因子的选择 101

5.5.1 模糊控制算法与查询表 102

§5.5 模糊控制算法的实现 102

5.5.2 模糊控制算法程序框图 103

§5.6 采样时间的选择 104

第六章 模糊控制规则的自调整与自寻优 106

§6.1 简单的模糊控制器 106

6.1.1 模糊控制器的结构 106

6.1.2 模糊控制规则 106

6.1.3 确定模糊变量的赋值表 108

6.1.4 建立模糊控制表 109

6.1.5 简单模糊控制器的控制特性 110

§6.2 控制规则可调整的模糊控制器 113

6.2.1 控制规则的解析描述 113

6.2.2 带有调整因子的控制规则 114

6.2.3 调整因子对控制性能的影响 115

§6.3 模糊控制规则的自寻优 115

6.3.1 带有两个调整因子的控制规则 116

6.3.2 带有多个调整因子的控制规则 117

6.3.3 模糊控制规则的自寻优 117

§6.4 带有自调整因子的模糊控制器 119

6.4.2 控制性能对比研究 120

6.4.1 模糊量化控制规则 120

§6.5 改善模糊控制器性能的途径 121

6.5.1 Fuzzy-PID复合控制 121

6.5.2 三维模糊控制器 121

6.5.3　Smith-Fuzzy控制器 123

第七章 模糊系统辨识与模糊预测 125

§7.1 模糊系统辨识 125

7.1.1 模糊模型的概念 125

7.1.2 模糊模型的品质指标 126

7.1.3 模糊模型的建立方法 127

7.2.1 建立输入输出空间U和Y 129

§7.2 模糊模型的建模举例 129

7.2.2 确定模型的结构 130

7.2.3 确定模糊控制规则 131

§7.3 自适应模糊预测模型 132

§7.4 “模糊控制”模型预报 134

7.4.1 “模糊控制”模型预报的方法 134

7.4.2 “模糊控制”模型预报的算法 136

7.4.3 输出信息的综合 138

§7.5 降水量模糊模型预报 138

7.5.1 确定预报因子 139

7.5.2 输入输出信息的集合描述 139

7.5.3 模糊模型的建立 143

7.5.4 模糊关系矩阵的计算 145

7.5.5 预报输出的计算 146

7.5.6 预报决策 147

第八章 自适应模糊控制原理 149

§8.1 自适应模糊控制器的结构 149

8.1.1 概述 149

8.1.2 自适应模糊控制器的结构 150

§8.2 自适应模糊控制器的原理 150

8.2.1 性能测量 151

8.2.2 控制量的校正 152

8.2.3 控制规则的修正 153

8.2.4 控制表的获得 154

§8.3 模型参考自适应模糊控制系统 155

8.3.1 MRAS系统 155

8.3.2 MRAS系统的模糊算法 155

§8.4 仿真研究 158

8.4.1 自组织模糊控制器的仿真 158

8.4.2 模型参考自适应模糊控制系统的仿真 160

第九章　模糊控制的理论分析初步 163

§9.1　模糊控制算法的结构研究 163

9.2.1　输入输出特性 164

§9.2　模糊控制器的多值继电器模型 164

9.2.2　模糊控制器的分析 166

§9.3　模糊控制器的代数模型 167

9.3.1　代数模型 167

9.3.2　稳定性分析 168

§9.4　模糊控制器的语言模型 170

9.4.1　语言系统与语言模型 170

9.4.2 　语言稳定状态分析 172

9.4.3　语言动态特性分析 173

9.4.4　控制环节的语言分析 174

9.5.1　方块脉冲函数及其性质 177

§9.5　模糊控制系统分析与设计的方块脉冲函数法 177

9.5.2　模糊集运算的方块脉冲函数描述 179

9.5.3　用方块脉冲函数分析模糊控制系统 180

9.5.4　用方块脉冲函数法设计模糊控制器 183

第三篇 人工智能和智能控制理论 185

第十章　人工智能与自动控制 185

§10.1　人工智能 185

10.1.1　智能与人工智能 185

10.1.2　电脑与人工智能 186

10.2.1　人工智能学科的范畴、层次 188

§10.2　人工智能的基本问题 188

§10.3　人工智能的研究领域 189

10.3.1　专家系统 189

10.3.2　自然语言理解 189

10.2.2　人工智能的基本问题 189

10.3.3　自然语言生成 190

10.3.4　自动定理证明 190

10.3.5　自动程序设计 190

10.3.6　问题求解 190

10.3.10　决策支持系统 191

100.3.11 博奕 191

10.3.7　模式识别与物景分析 191

10.3.9　智能检索系统（知识库系统） 191

10.3.8　机器人和机器人学 191

§10.4 从人工智能到智能控制 192

10.4.1 人工智能与自动化 192

10.4.2　从自动化到智能化 192

10.4.3　从自动控制到智能控制 193

§11.1　专家系统概述 194

11.1.1 什么是专家系统 194

第十一章 智能控制系统的理论基础——专家系统与知识工程 194

11.1.2　建立专家系统的目的和意义 195

§11.2　专家系统的结构 196

11.2.1　一般专家系统的结构 196

11.2.2　理想化的专家系统结构 199

§11.3　知识的表示 200

11.3.1　知识表示的重要性 200

11.3.2　逻辑表示法 201

11.3.3　语义网络表示法 202

11.3.5　框架表示法 204

11.3.4　产生式表示法 204

11.3.6　过程表示法 205

§11.4　知识的获取 205

11.4.1　知识获取的途径 206

11.4.2　知识获取的步骤 206

§11.5　不精确推理 208

11.5.1　不精确推理的一般描述 208

11.5.2　不精确推理的方法 209

§11.6　产生式系统 217

11.6.1　产生式系统的结构及特点 217

11.6.3　产生式系统的应用 218

11.6.2　产生式系统的分类 218

§11.7　智能学习系统 219

11.7.1　学习系统 219

11.7.2　机器学习 220

11.7.3　智能学习系统 221

§11.8　人-机智能结合系统 223

11.8.1　人的智能模型 223

11.8.2　人-机智能结合的必要条件 223

11.8.3　人-机交互作用………………………… 225

11.8.4　计算机的智能结构 225

12.1.1 智能控制的形成和发展 227

第十二章　智能控制与智能控制系统 227

§12.1　智能控制的发展概况 227

12.1.2　智能控制的研究途径 228

§12.2　从PID控制到智能控制 229

12.2.1　常规PlD控制 229

12.2.2　常规PID控制的剖析 231

12.2.3　从PID控制得到的启发 231

§12.3　智能控制的基本概念 232

12.3.1　什么是智能控制 232

12.4.1　大系统控制的基本形式 234

12.3.2　智能控制的几种类型………………………………………………（233 ）§12.4　多级递阶智能控制 234

12.4.2　递阶控制的一般原理 236

12.4.3　多级递阶智能控制 237

12.4.4　机器人递阶智能控制系统的结构 238

12.4.5　人-机交互的多级递阶智能控制 238

§12.5　专家控制系统与专家控制器 241

12.5.1　专家控制系统 242

12.5.2　实时过程控制专家系统 244

12.5.3　专家控制器 245

12.6.1　仿人智能控制的基本思想 247

§12.6　仿人智能控制 247

12.6.2　仿人智能控制行为的特征变量 248

12.6.3　仿人智能控制器的结构 250

12.6.4　仿人智能控制的多种模式 251

§12.7 自寻优模糊智能控制系统 260

12.7.1 自寻优控制系统的概念 260

12.7.2　自寻优模糊智能控制 261

12.7.3 自寻优模糊智能控温系统 263

§12.8　学习控制系统 264

12.8.1　学习控制的基本概念 264

12.8.2　学习控制律 264

12.8.3　学习控制的收敛性 266

12.8.4　学习控制的实验研究 270

§12.9　自学习控制系统 276

12.9.1 自学习控制系统的结构 277

12.9.2　基于规则的自学习控制系统 277

12.9.3　基于规则的自学习模糊控制算法 279

§12.10　基于神经元网络的控制系统 283

12.10.1　神经元模型 283

12.10.2 神经元网络模型 285

12.10.4　神经元网络专家系统 287

12.10.3　神经网络的特点 287

12.10.5　基于神经网络的控制系统故障诊断 289

12.10.6　基于神经网络的机器人控制 291

§12.11 智能控制系统的稳定性分析 293

12.11.1　李雅普诺夫意义下的稳定性 293

12.11.2　李雅普诺夫稳定性理论 295

12.11.3　绝对稳定性理论 296

12.11.4　智能控制系统的稳定性分析 301

§12.12　智能控制程序设计语言 304

12.12.1　程序设计语言概述 304

12.12.2 　LISP语言 305

12.12.3 PROLOG语言 308

第四篇 模糊控制和智能控制的工程应用 312

第十三章　模糊控制器的工程应用 312

§13.1　蒸汽机的模糊控制系统  312

13.1.1 概述 312

13.1.2　模糊控制器的结构 313

13.1.3　模糊变量的论域及其隶属函数 313

13.1.4　控制规则 315

13.1.6　小结 317

13.1.5　模糊控制的结果 317

§13.2　机器人的模糊控制 318

13.2.1　概述 318

13.2.2　模糊指令与模糊算法 318

13.2.3　模糊指令的解释 320

13.2.4　机器人的模糊控制 320

13.2.5　机器人的控制过程 324

§13.3　飞机倾斜运动的模糊控制 324

13.3.1　系统的运动方程 324

13.3.2　系统的状态方程及其最优控制 326

13.3.3　系统的模糊控制 326

13.4.1　概述 329

§13.4　模糊控制在退火炉燃烧过程控制中的应用 329

13.4.2　模糊控制系统的组成 330

13.4.3　模糊控制器和模糊自寻优控制器 331

13.4.4　应用效果与结论 333

§13.5　气炼机的自适应模糊控制系统 335

13.5.1　概述 335

13.5.2 自动气炼机的结构及其工艺流程 335

13.5.3　气炼机控制系统的硬件设计 335

13.5.4　气炼机控制系统的软件设计 337

13.5.5 自动气炼机的模糊控制器 338

13.5.6 自动气炼机透烧、预烧延时的自适应模糊控制 339

13.5.7　小结 342

§13.6　电弧冶炼炉的模糊控制 342

13.6.1　概述 342

13.6.2　模糊聚类分析 343

13.6.3　模糊控制规则 345

13.6.4　控制系统的组成 346

13.6.5　小结 347

§14.1　智能控制在造纸过程中的应用 348

14.1.1　概述 348

第十四章　智能控制的工程应用 348

14.1.2　造纸过程分析及其控制 349

14.1.3　造纸过程的专家智能控制 350

14.1.4　实际运行结果 354

14.1.5　小结 356

§14.2　仿人智能温度控制器 356

14.2.1　概述 356

14.2.2　整机简介 357

14.2.3　仿人智能控制算法 357

14.2.4　性能对比及结论 359

14.3.1　概述 360

§14.3　光导纤维拉丝过程的张力专家智能控制器 360

14.3.2　专家智能控制器的设计 361

14.3.3　小结 363

§14.4　塑料瓦楞板同步剪切的智能控制 363

14.4.1　问题的提出 363

14.4.2　工业智能控制器 364

14.4.3　MIC-1智能控制器的设计 365

14.4.4　MIC-1智能控制器的开发和应用 368

14.4.5　小结 368

习题与思考题 370

参考文献 375