李德毅定性控制策略.pdf

《李德毅定性控制策略.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、‘™™™年‘‘月中国工程科学®ÏÖ1‘™™™第‘卷第’期¥ÎÇÉÎÅÅÒÉÎdzÃÉÅÎÃŶÏÌ1‘®Ï1’学术论文李德毅ˆ北京电子系统工程研究所Œ北京‘•••“™‰»摘要½文章提出了定性和定量之间转换的云模型的形式化表示方法Œ用来反映语言值中蕴涵的模糊性和随机性Œ给出云发生器的生成算法Œ解释多条定性推理规则同时被激活时的不确定性推理机制"利用这种智能控制方法有效地实现了单电机控制的一!二!三级倒立摆的多种不同动平衡姿态Œ显示其鲁棒性Œ并给出了详细试验结果"研究成果不仅可用于对太空飞行器以及机器人控制Œ而且对揭示定性定量转换规律和策略具有普

2、遍意义"»关键词½智能控制›云模型›定性推理›倒立摆‘定性控制策略杂技顶杆表演之所以为人们熟悉Œ不仅是其技艺精湛Œ更重要的是其物理机制与控制系统的稳定性密切相关"它深刻地揭示了自然界一种基本规律Œ即一个自然不稳定的被控对象Œ通过控制手段可使之具有良好的稳定性"这一规律已成为当今航空航天器设计的基本思想Œ即牺牲飞行器的自然稳定性来确保它的机动性"不难看出杂技演员顶杆的物理机制可简化为一个倒置的摆Œ也就是人们常称图1倒立摆系统的控制逻辑图之为的倒立摆或多级倒立摆系统"见图‘"¦ÉÇ1‘£ÏÎÔÒÏÌÂÌÏÃËÄÉÁÇÒÁÍÏÆÁÎÉÎÖÅÒÔÅÄ

3、三级倒立摆系统主要由控制对象!导轨!电ÐÅÎÄÕÌÕÍÓÙÓÔÅÍ机!皮带轮!传送带以及电气测量装置组成"控制不稳定系统Œ摆杆级数越多Œ越难稳定Œ复杂性呈对象由小车!一摆!二摆!三摆组成"一摆!二几何级数上升›作为一个装置Œ它的结构又相当简摆!三摆由轴承电位器连接Œ可以在平行导轨的铅单而且成本低廉Œ稳定效果一目了然"因此Œ非常垂平面自由转动Œ同时测量摆的相对偏角"图中的适合用来对多种不同控制理论和方式进行实验比倒立摆相当于杂技顶杆演艺中的多级杆Œ小车相当较Œ成为控制理论研究中一种理想而又典型的验证于顶杆人›小车受到的外加控制力f及相应的位装置

4、"另一方面Œ由于倒立摆系统与机器人和飞行移x相当于顶杆人在表演时的操作行为"倒立摆器等的控制有很大的相似性Œ因此倒立摆的研究还的控制作为控制界的经典难题Œ一直是研究的热具有重要的工程背景和实际意义"此项试验研究被点"其研究意义在于š作为一个被控对象Œ是一个»‘½称之为每个控制研究部门皇冠上的珍珠Œ已经高阶次!不稳定!多变量!非线性!强耦合的自然在学术界研究了“•多年"»收稿日期½‘™™™••—•‘’›修回日期‘™™™••˜•••»基金项目½国家自然科学基金资助项目ˆ–™——••‘–‰»作者简介½李德毅ˆ‘™””•‰Œ男Œ江苏泰县人Œ北京电子系

5、统工程研究所研究员Œ博士生导师”’中国工程科学第‘卷控制理论发展到今天Œ虽然控制方法多种多性Œ即云滴的凝聚程度"样Œ但建立精确的数学模型一直是基础"然而建立给定云的三个数字特征š期望值Ex!熵En数学模型本身是一件十分困难的事情Œ往往花费大和超熵HeŒ可以通过以下正态云发生器的算法生量的功夫Œ在确定严格的理想的边界条件下Œ仍然成云滴š得不到很好的动力学方程和线性化方法"观察生活ˆ‘‰产生一个期望值为Ex,方差为En的正中的现象Œ我们不难发现Œ人作为高级智能控制器态随机数x›能对许多复杂的!难以建立数学模型的系统进行很ˆ’‰产生一个期望值为En

6、,方差为He的正好的控制"一个自然不稳定的被控对象Œ通过人的态随机数Enc›直觉的!定性的控制手段Œ就可以使其具有良好的ˆ“‰计算’’稳定性"对这样一个复杂!时变!强耦合!非线性y=ÅØÐ[-(x-Ex)/’(Enc)]倒立摆系统的生物模型和控制规律Œ要想用精确数ˆ”‰令ˆx,y)为一个云滴,它是该云表示学方法来定量刻画Œ如果不是不可能Œ也是十分困的语言值在数量上的一次具体实现,其中x为定难的Œ自然语言的表述方法具有不可替代性"性概念在论域中这一次对应的数值,y为x属于这把人工智能原理应用在控制系统中Œ用语言值个语言值的程度的量度›构成规则Œ

7、形成一种直观推理的方法"这种拟人控ˆ•‰重复步骤‘到步骤”Œ直到产生满足要求制Œ不要求给出被控对象精确的数学模型Œ仅仅依数目的云滴数"据人的经验!感觉和逻辑判断Œ将人用自然语言值这样的云发生器称为正向云发生器"用它生成定性表达的控制经验Œ通过语言原子和云模型转换的云见图’"根据正态分布规则Œ™™1—”…的云滴到语言控制规则器中Œ就能解决非线性问题和不确都将落在ˆEx•“En,Ex‹“En)范围内Œ根据定性问题"因此Œ本文提出用云作为定性定量之间上述算法中的第“步计算Œ任何时候都会有š•œ有力的转换工具就具有极其重要的理论意义和应用y[‘"价值

8、"’云模型)))定性和定量之间转换的有力工具云是用语言值表示的某个定性概念与其定量表示之间的不确定性转换模型"云由许许多多云滴组成Œ每一个云滴就是这个定性概念在数量