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多變量模糊系統(tǒng)建模及控制理論分析

2016-06-04 13:06周高強(qiáng)路瀟瀚任國(guó)軍
關(guān)鍵詞:分析

周高強(qiáng)+路瀟瀚+任國(guó)軍

摘 要:本文對(duì)多變量模糊系統(tǒng)建模及控制理論進(jìn)行了分析,對(duì)其中存在的問題作了探討和闡述。同時(shí)也對(duì)其研究的新進(jìn)展做了簡(jiǎn)要的介紹,其中包含有目前最新穎的多變量模糊系統(tǒng)的建模和分辨,以及兩種多變量模糊系統(tǒng)建模與控制的新型控制器。最后對(duì)其發(fā)展的前景和趨勢(shì)作了簡(jiǎn)要的分析和闡述。

關(guān)鍵詞:多變量;模糊系統(tǒng)建模;控制理論;分析

中圖分類號(hào): TP1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): 1673-1069(2016)14-171-2

0 引言

在現(xiàn)實(shí)世界中有龐大的多變量模糊系統(tǒng)存在,這個(gè)系統(tǒng)其參數(shù)以及結(jié)構(gòu)都具有多變性。盡管目前的多變量模糊系統(tǒng)的建模以及控制理論已經(jīng)有了很大的提升和完善,但還是存在一些問題和缺陷,因?yàn)槟壳暗亩嘧兞磕:到y(tǒng)建模與控制的方法缺乏有效性和簡(jiǎn)便性,且在計(jì)算的過程中缺乏高效簡(jiǎn)捷的方法,因而使得大部分的多變量模糊系統(tǒng)模型缺乏實(shí)際效用,且只能應(yīng)用于變量單一的系統(tǒng)中。盡管后來有人也研究出了一些比較簡(jiǎn)易的模型和快捷的計(jì)算方法,但是這也使得其準(zhǔn)確性大大降低,另外現(xiàn)有的模型還不能直接分析其動(dòng)態(tài)的特性。因此研究和分析多變量模糊系統(tǒng)的建模與控制理論,為建立適用的模型提供更好的理論基礎(chǔ)和依據(jù)就變得尤為重要。

1 多變量模糊系統(tǒng)中存在的問題

目前的多變量模糊系統(tǒng)的建模與控制仍然處于初級(jí)的發(fā)展階段,這時(shí)已經(jīng)形成了較為標(biāo)準(zhǔn)的模糊控制結(jié)構(gòu),也有一定的控制規(guī)則,但還存在一些難以克服的問題和缺陷。首先是目前系統(tǒng)控制的規(guī)則主要還是以理論以及操作經(jīng)驗(yàn)為主,但是在其完善和拓展上還存在較大的困難。其次就是這時(shí)所依賴的控制器盡管是在多變量模糊系統(tǒng)建模以及控制理論的基礎(chǔ)上研發(fā)出來的,但是其對(duì)于模糊系統(tǒng)中的各個(gè)維數(shù)的關(guān)系以及指數(shù)的增長(zhǎng)趨勢(shì)都不能進(jìn)行實(shí)際意義上的控制,因此也缺乏實(shí)際意義。然后就是控制器的組成結(jié)構(gòu)以及運(yùn)算方式都非常復(fù)雜,很難滿足實(shí)際應(yīng)用的智能體系。最后就是系統(tǒng)的分析存在較大的難度。而目前所使用的模糊系統(tǒng)的建模與控制的理論大都只適合于單一的系統(tǒng),因此為了更好滿足工程實(shí)踐以及多變量模糊系統(tǒng)發(fā)展的要求,就必須對(duì)其建模與控制理論進(jìn)行研究和分析,從而促進(jìn)多變量模糊系統(tǒng)的功能完善以及進(jìn)一步的發(fā)展。常規(guī)模糊控制器結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 多變量模糊系統(tǒng)中的新穎模型

2.1 穴映射模型

為了有效的彌補(bǔ)目前多變量模糊系統(tǒng)模型的不足,專家們?cè)趹?yīng)用變量論域以及模糊系統(tǒng)分散化的前提條件下,提出了穴映射的相關(guān)概念,即模糊穴以及穴空間,同時(shí)還建立了兩種表示穴映射內(nèi)部關(guān)系的模型,即推理模型和矩陣模型,另外還給出了辨識(shí)的方法以及計(jì)算的方法。當(dāng)描述系統(tǒng)的穴映射內(nèi)部的關(guān)系時(shí),可以用矩陣R來進(jìn)行表達(dá),這樣就可以獲得一個(gè)矩陣的模型。這個(gè)模型的優(yōu)點(diǎn)就是不管系統(tǒng)中的變量多與否,其都能應(yīng)用上述的模型來進(jìn)行描述和表示,即可以用一個(gè)二維的矩陣或者是并行的穴映射的矢量來進(jìn)行表示,這就使得多變量模糊系統(tǒng)建模趨向簡(jiǎn)易化,也為防止維數(shù)爆炸提供了重要的解決途徑。

2.2 動(dòng)態(tài)方程模型

目前的多變量模糊系統(tǒng)在建模的過程中大部分只考慮了系統(tǒng)的外部因素,因此可以說這種多變量模糊系統(tǒng)的模型只是一種函數(shù)模擬器,因此很難獲得其內(nèi)部的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)用以設(shè)計(jì)控制器。而為了分析多變量模糊系統(tǒng)的復(fù)雜性,并對(duì)其進(jìn)行有效的控制,專家們建立了一種新穎的動(dòng)態(tài)方程模型,用來反映系統(tǒng)的各類響應(yīng),并達(dá)到獲取內(nèi)部控制數(shù)據(jù)的目的。這種動(dòng)態(tài)的模型是依靠觀測(cè)的狀態(tài)來設(shè)置一個(gè)局部反應(yīng)系統(tǒng),用以反映內(nèi)部的行為,并運(yùn)用特征矢量建立相應(yīng)的矢量關(guān)系,從而達(dá)到與外部行為相互呼應(yīng)的效果。這種模型能夠極大的簡(jiǎn)化分析的過程和環(huán)節(jié),但是其計(jì)算出的結(jié)果卻比較保守。

2.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

在多變量模糊系統(tǒng)建模的方法中,其主要是依靠理論知識(shí)和操作經(jīng)驗(yàn)來加以完成。但是如果理論知識(shí)不充分或者是多變量的系統(tǒng)太過復(fù)雜,就會(huì)導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)很難被辨識(shí)出來,因此為了有效的解決這一問題,專家們就研究出了一種新型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,從而為多變量模糊系統(tǒng)建模提供了一種新途徑。這種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的活躍度比較高,并且能夠與模糊邏輯有效的綜合起來,并為以模糊邏輯為發(fā)展基礎(chǔ)的智能模糊系統(tǒng)打下了良好的理論基礎(chǔ)。

2.4 遞階結(jié)構(gòu)模型

對(duì)于多變量模糊系統(tǒng)來說,建模必須按照一定的層次結(jié)構(gòu)來進(jìn)行,因此在建模的過程中必須遵從一定的遞階結(jié)構(gòu)。而遞階結(jié)構(gòu)模型的出現(xiàn),有效的保證了模型的完整的層次結(jié)構(gòu),并且其辨識(shí)方法也更為先進(jìn)。這種模型辨識(shí)的方法就是運(yùn)用遞階控制的均衡聯(lián)系法來進(jìn)行辨識(shí),從而有效的促進(jìn)了各個(gè)子系統(tǒng)之間能夠達(dá)到良好的平衡狀態(tài)。

3 多變量模糊系統(tǒng)控制理論

3.1 直接控制

在多變量模糊系統(tǒng)的控制理論中,首先就是直接控制。這種控制理論不需要了解和分析控制對(duì)象的的特點(diǎn)以及特性,同時(shí)對(duì)于促進(jìn)產(chǎn)業(yè)化的提升具有重要的作用和意義。但是其也存在一定的缺陷,即設(shè)計(jì)出的控制器不能盡快滿足控制對(duì)象的需求和特性,同時(shí)其還要考慮到變量系統(tǒng)的敏感性和耦合性。因此在運(yùn)用的過程中,首先要學(xué)習(xí)優(yōu)化計(jì)算和結(jié)構(gòu)理論,以及學(xué)會(huì)推理運(yùn)算的基礎(chǔ)方式和理論。

3.2 間接控制

多變量模糊系統(tǒng)的間接控制中,先要為控制的對(duì)象進(jìn)行建模,建模的依據(jù)就是模糊邏輯體系,然后在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出一個(gè)符合理想標(biāo)準(zhǔn)的控制器。這種間接控制器能夠?yàn)槎嘧兞磕:到y(tǒng)建模提供更合理的信息,其次就是能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行深入的分析,同時(shí)還能使控制理論得到進(jìn)一步的完善和提升。但是其也存在一些不足,即存在不確定性,并且也缺乏一定的有效性。間接控制的方法如圖2所示。

4 總結(jié)

綜上所述,盡管目前人們對(duì)于多變量模糊系統(tǒng)的建模以及控制理論有了進(jìn)一步的分析和認(rèn)識(shí),但是還沒有達(dá)到完善優(yōu)化的目的,因此未來研究任務(wù)還非常艱巨。因此未來多變量模糊系統(tǒng)建模與控制的研究方向?yàn)椋杭哟髮?duì)多變量模糊系統(tǒng)建模的深入分析;設(shè)計(jì)一套完整的適應(yīng)多變量模糊系統(tǒng)發(fā)展的控制理論。只有不斷進(jìn)行研究和分析,才能保證多變量模糊系統(tǒng)建模與控制的過程能夠得到有效的發(fā)展和提升。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 羅運(yùn)輝.非線性多變量熱工過程多模型控制及其應(yīng)用研究[D].山東大學(xué),2011.

[2] 任耀慶.多變量模糊邏輯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用[D].中南大學(xué),2013.

[3] 任貴杰.單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的建模與控制優(yōu)化研究[D].北京交通大學(xué),2011.

[4] 趙曌.基于PLS方法的建模以及控制器設(shè)計(jì)[D].浙江大學(xué),2012.

[5] 張碧琰.多變量非線性系統(tǒng)的逆方法解耦控制研究[D].東北大學(xué),2010.

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