模糊控制与系统
出版时间：1998
丛编项： 研究生教材
内容简介
内容提要模糊控制技术是现代工业与新产品开发的高新技术之一，在国内外受到普遍重视。本书系统地叙述模糊控制技术的原理、方法及设计技巧。同时还包含了模糊系统模糊辨识方法以及模糊专家系统。本书作为研究生的教材，也可以作为大学本科生和工程人员的科学研究参考书。片断：第1章模糊控制系统的结构1.1模糊控制系统产生的背景控制技术被广泛地应用在各种工业技术领域里，成为现代高新技术的重要手段之一。随着控制技术的发展，控制理论与方法也得到发展。除了对PID型控制器在应用前景方面的广泛研究以外，状态空间方法，随机方法，优化控制，滤子方法以及状态估计法的理论研究及应用也取得了明显的成功。经典的控制技术有一个明显的特征，即模型的结构非常精确。它是根据控制系统的物理、化学以及力学等特征，导出一些常常是复杂的模型方程。求解这些方程需要比较复杂的算法。由于数值计算与计算机技术的发展，算法复杂性已不会太大影响实际控制的精度。但是在这些模型方程中含有众多的参数需要估计，求解这些参数却缺少足够的信息量与信息特征。如果不能很好解决这些参数估计问题，再好的模型方程也是一个不太好的控制系统。目前研究的控制系统更多涉及到多变量、非线性、时变的大系统，系统的复杂性与控制技术的精确性形成了尖锐的矛盾。正如L.A.Zadeh所指出的，当系统日益复杂，人们对它的精密而有意义的描述的能力将相应地降低，以至达到精密与有意义成为两个几乎相互排斥的特征的地步。要想精密确切地描述复杂现象和系统的任何现实的物理状态，事实上是办不到的。这样就迫使人们在控制系统的精确性与有意义之间寻求某种平衡和折衷。人们又重新回到实际控制系统。比如汽车驾驶系统，一个熟练的汽车司机可以自由地控制汽车通过各种狭窄的通道，躲避各种各样的障碍物，但是应用经典的控制理论建立模型方程的方法是相当困难而且不现实的。又如自动洗衣机系统，给出了洗涤、清洗与烘干的过程与过程选择，事先由人们根据所洗衣服的的状况对过程的各个步骤进行设定。一旦设定以后，洗衣机就根据设定进行控制操作整个洗衣服的过程。再如空调器，它本身不能理解人的感觉，当温度迅速回升与迅速下降时，它不能够迅速地将室温控制到一个正常温度。它总是按照某种设定的参数运行。为了加速升温过程必须重新改变某种设定。在以上的系统中，人被理解为最成功的非线性控制器，而这种控制器的参变量则是时间变化的函数。人的经验参与控制过程的成功，激发了人们对控制原理的深入研究。这种原理是以能包含人类思维的控制方案为基础，而且反映人类经验的控制过程的知识，以及可以达到的控制目的能够利用某种形式表达出来，同时还很容易被实现。这样的控制系统既避免了那种精密、反复、有错误倾向的模型建造过程，又避免了精密地估计模型方程中各种参数的过程。在多变量、非线性、时变的大系统中，人们可以采用简单灵活的控制方式，这就是模糊控制器产生的背景。模糊控制器最重要的特征是反映人们的经验以及人们的常识推理规则，而这些经验与常识推理规则是通过语言来表达的，比如说“温度太高，温度上升的速度也很快，就要采用大幅度降温的控制策略”。对于用语言表达的这种经验必须给出一种描述的方式，而且这种经验是多种多样的。比如还可以有经验规则“温度稍低，升温的速度很快，就要采用稍微降温控制策略”。综合考虑众多的控制策略，即是一种常识推理规则。本书前言前言模糊控制技术作为现代工业与新产品开发的高新技术之一，受到国内外普遍重视。1965年，美国加州大学自动控制专家Zadeh引入了模糊集合；974年，Mamdani将模糊集合方法用到控制技术取得了成功；80年代模糊控制技术得到了普遍的应用。于是，模糊理论与应用的研究及模糊产品的开发像一股强劲的风浪席卷世界各地。模糊控制技术能够被广泛重视，根本在于它反映了人类的经验与思维原则，并且能够将人们用语言表达的知识予以量化，使模糊环境下的控制技术通过计算机实现成为可能。它排除了建立繁杂数学模型的艰难，使工业界技术人员更容易接受和实现。模糊控制技术的应用大大地超前于模糊控制理论的研究。本书是在大量应用成果的基础上，综述模糊控制技术的一般原理和方法。最核心的部分是模糊推理技术与模糊系统模型的建模技术。我于1994年在香港中文大学与梁怡教授、梁广锡博士经过近半年的科研合作，提出了包含度理论。理论上和实践上都指出，包含度理论概括了模糊推理技术。同时，它也可以用来研究不确定性模糊规则的产生方法；可以研究模糊规则的谐调性以及矛盾规则的排除；可以研究模糊系统模型的建模方法；可以研究模糊专家系统的实现方法。本书叙述严格，深入浅出，简明扼要。可以作为工程学科研究生的教科书，也可作为工程研究人员的科研参考书。张文修1997.3.8
目录
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前言
第1章 模糊控制系统的结构
1.1 模糊控制系统产生的背景
1.2 自然语言与模糊集合
1.3 模糊控制系统的基本结构
1.4 模糊控制系统的特点
1.5 模糊系统的应用与发展前景
第2章 模糊集合的概念与运算
2.1 模糊集合的运算及其性质
2.2 模糊集合的基本定理
2.3 模糊关系与模糊关系方程
2.4 模糊测度与模糊积分
2.5 模糊度与相似度
2.6 模糊集及其运算的扩充
第3章 模糊推理的基本原理
3.1 模糊推理的基本思想
3.2 模糊推理的Mamdani算法
3.3 多段模糊推理的Mamdani算法
3.4 模糊推理算法的生成方法
3.5 模糊推理的规则再现算法
3.6 模糊值推理
3.7 包含度理论
3.8 可能性推理
第4章 模糊控制器的设计
4.1 模糊控制器设计原理
4.2 模糊控制与PID控制的比较
4.3 汽车驾驶系统的模糊控制
4.4 目标跟踪系统的模糊控制
4.5 模糊控制器的完备性
4.6 模糊控制器的相容性
4.7 模糊控制器的稳健性
4.8 模糊控制器设计的进展
第5章 模糊系统模型
5.1 模糊系统模型的模糊性
5.2 模糊系统模型的辩识
5.3 模糊系统模型辨识的强力方法
5.4 模糊系统模型辨识的逼近方法
5.5 模糊系统模型辨识的代数方法
5.6 神经网络与模糊系统的等价性
5.7 模糊系统模型辨识的神经网络方法
第6章 模糊专家系统
6.1 专家系统与模糊性
6.2 模糊专家系统
6.3 相似度及其在专家系统中的应用
6.4 专家系统中证据的合成、传播与修正
6.5 关系数据库上的知识获取
6.6 蕴含度与专家系统中的不确定性推理
参考文献
