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1、复旦大学硕士学位论文一种新型温度智能控制系统的设计与实现姓名：赵高峰申请学位级别：硕士专业：计算机软件与理论指导教师：胡运发20040512摘要Ab s t r a c tI n t e l l i g e n t c o n tr o l s y s t e m i s t h e a d v a n c e d d e v e l o p i n g s t a g e o f c o n tr o l t h e o ry . I t i sa l s o a n a c r o s s s c i e n c e a n d c o m b i n a t i o n o f a u
2、t o - c o n tr o l , a rt i f i c i a l i n t e l l i g e n c e a n do p e r a t i o n s r e s e a r c h . I t s a r c h i t e c t u r e a n d m e t h o d s h a v e b e e n b u i l t u p b y a b s o r b i n g t h es tr o n g p o i n t o f t h e s e s c i e n c e . I t h a v e b e e n a p p l i e d i
3、 n m a n y i n d u s t ry f i e l d s a n d g o t ag o o d p e r f o r m a n c e . T h e fr e q u e n t u s e d i n t e l l i g e n t c o n tr o l m e t h o d s i n c l u d e e x p e rt I C ,n e u r a l n e t w o r k I C , f u z z y c o n tr o l , e t c .W e h a v e c a r r i e d o u t s o m e c re
4、a t i v e r e s e a r c h a b o u t i n t e l l i g e n t c o n t r o l s y s t e m ,w h i c h w i l l b e s t a t e d in d e t a i l s a s f o l l o w i n g :1 ) W e d e s i g n a n e w t y p e o f i n t e l l i g e n t c o n t r o l s y s t e m , w h i c h i s d i ff e re n t fr o mo t h e r i n t
5、 e l l i g e n t c o n tr o l s y s t e m i n a r c h i t e c t u re . O u r s y s t e m re - d i s t r i b u t e s t h em o d u l e s a n d f u n c t i o n s b y u t i l i z i n g t h e a d v a n t a g e o f s i n g l e - c h i p a n d p e r s o n a lc o mp u t e r .2 ) B y c o m p a r i n g t h e
6、t h e o r i e s o f P I D a n d f u z z y c o n tr o l , w e d e s i g n a n e w t y p e o fP I D d e c i d e d f u z z y c o n tr o l l e r . F u rt h e r m o re , s o m e im p r o v e d m e a n s a r ea d o p t e d .3 ) A p p l y d a t a m i n i n g t e c h n o l o g y t o i n t e l l i g e n t c
7、o n tr o l s y s t e m . B a s e d o n t h ea n a l y s e o f t h i s s y s t e m a n d t h e p r o b l e m t o b e s o l v e d , w e w o r k o u t t h ec i r c u m s t a n c e r e c o 厕z i n g a n d h a r d w a r e a g i n g b y a p p l y i n g d a t a m i n i n g . T h ei n t e l l i g e n c e o f
8、 t h i s s y s t e m i s im p r o v e d b y t h i s m e a n s .4 ) I m p l e m e n t t h e i m p r o v e d s y s t e m d e s i g n e d b y u s . W e u s e t h i s s y s t e m i n a re a li n d u s t ry c o n tr o l p r o c e s s , a n d d e v e l o p s o ft w a r e t o v e r i f y t h e a p p l i c
9、a t i o n a n da d v a n c e d p e r f o r m a n c e o f o u r re s e a r c h .K e y w o r d s : l a y e r e d i n t e l l i g e n t c o n tr o l s y s t e m ,b y P I D , c l u s t e r i n g a n d e v o l v i n gf u z z y c o n tr o l l e r d e c i d e d论文独创性声明本论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。论文中除了特别加以
10、标注和致谢的地方外，不包含其他人或其它机构己经发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。作者签名日 期 二 岛 。 译 ，论文使用授权声明本人完全了解复旦大学有关保留、使用学位论文的规定，即:学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅;学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此规定。作者签名一 线帅导师签名: 剑 “ 、日期:第一章概 述1 . 概述1 . ，智能控制发展回顾1 . 1 . 1 智能控制是控制理论发展的高级阶段自 动控制理论作为一门学科， 它的产生可以 追溯
11、到1 s 世纪中叶英国的第一次技术革命。 当时为了 解决蒸气机的调速问题， 人们开始了 控制理论和技术的研究。尤其在第二次世界大战期间， 由 于军事上的需要， 又大大的 促进了 控制理论和技术的发展。 随着计算机的产生和不断发展， 更加推动控制理论和技术以前所未有的速度向前发展。控制理论的发展过程一般可以分为三个阶段:第一阶段为4 0 年代到6 0 年代，称为 “ 古典控制理论”时期。古典控制理论主要是解决单输入单输出的问题。 主要采用传递函数， 频率特性， 根轨迹为基础的频域分析方法。 所研究的系统多半是线性定常系统， 对非线性系统， 分析时采用的 相平面法一般不超过两个变量， 古典控制理论
12、能够较好的解决生产过程中的单输入单输出问题。第二阶段为6 0 至7 0 年代，称为 “ 现代控制理论”时期。这个时期，由于计算机的飞速发展， 推动了空间技术的发展。 古典控制理论中的高阶常微分方程可转化为一阶微分方程组， 用以描述系统的动态过程， 即所谓的状态空间法。 这种方法可以 解决多输入多输出的问题， 系统既可以是线性的， 定常的， 也可以是非线性的，时变的。第三阶段为7 0 年代末至今。 7 0 年代末， 控制理论向着“ 大系统理论” 和“ 智能控制” 方向发展， 前者是控制理论在广度上的开拓， 后者是控制理论在深度上的 挖掘。 “ 大系统理论” 是用控制和信息的观点， 研究各种大系统
13、的结构方案、总体设计中的分解方法和协调等问 题的技术基础理论。 而“ 智能控制” 是研究与模拟人类智能活动及其控制与信息传递过程的规律， 研制具有某些仿人智能的工程控制与信息处理系统。传统控制是经典控制和现代控制理论的总称，它们的主要特征是基于模型的控制。 也就是说， 传统控制为了 控制必须建模， 利用不精确的模型又采用某种固I第一章概 述定控制算法， 使整个控制系统至于模型框架下， 缺乏灵活性， 缺乏应变性， 因此很难胜任对复杂系统的控制。 智能控制的核心是控制决策， 采用灵活机动的决策方式迫使控制系统朝着期望的目 标逼近。 传统控制适用于解决线性， 非时变等相对简单的控制问题， 这些问题用
14、智能方法同样也可以解决。 智能控制是对传统控制理论的发展，传统控制是智能控制的一个组成部分，是智能控制的低级阶段，在这个意义上讲， 传统控制和智能控制可以统一在智能控制的框架下。 智能控制的产生来源于被控系统的高度复杂性， 高度不确定性及人们要求越来越高的控制性能。因此，智能控制是 “ 三高三性”的产物， 它的创立和发展需要对当代多种前沿学科、 多种先进技术和多种科学方法加以高度综合和利用。 因此， 智能控制无疑是控制理论发展的高级阶段。1 . 1 . 2智能控制的发展从6 0 年代起，由于空间技术、 计算机技术以 及人工智能技术的发展， 控制界的学者在研究自 组织、自 学习控制的基础上， 为
15、提高控制系统的自 学习能力， 开始注意将人工智能技术与方法应用于控制系统。 在6 0 年代初期， F . W S m i t h 采用线性判别器作为控制器的核心， 先对控制器进行学习训练， 确定线性判别函数的系数，然后既可用于控制。1 9 6 5年，著名的控制论专家 Z a d e h创立了模糊集合论， 为模糊控制的发展以及解决复杂系统的控制问题奠定了基础。 同一年， K . S .F u提出 将 人工智能中的 启发式 推理 规则用 于学习 控制系 统 。1 9 “ 年， M e n d e l 进一步在空间飞行器的学习控制系统中应用了人工智能技术， 并提出了“ 人工智能控制”的 概念z 。直
16、到1 9 6 7 年， L e o n d e s 和M e n d e l 才首先正式使用了“ 智能控制” 一词， 并把记忆和目标分解等人工智能技术用于学习控制系统， 提高了系统对不确定性问 题的处理能力。 这就是智能控制思想的萌芽。7 0 年代被看作是智能控制的形成期。 K .S .F u . G l o r i s o 和 S a r i d i s 等人从控制论角度进一步总结了人工智能技术与自 适应、自 组织、自 学习控制的关系， 并提出人工智能控制是自 动控制系统、 人工智能和运筹学三大学科的交叉， 并创立了人机交互式分级递阶智能控制的系统结构。 7 0年代中期，从模仿人的控制决策思想出发，以 模糊集合论为基础， 智能控制在规则控制方面取得了重大发展。 最著名的 有M a m d a n i 的 蒸 气机模 糊控制系统3 ， 以 及他的自 组织模糊控制器。 模糊第一章概 述控制的形成和发展， 以及与人工智能中的产生式系统， 专家系统思想的相互渗透，对智能控制理论的形成起到了十分重要的推动作用。进入8 0 年代， 由于计算机技术的迅速发展和人工智能重要领域一一专家系统技
