模糊理论和神经网络的基础与应用.pdf
模糊理论和神经网络的基础资料，相关知识说得较明白易懂。模糊理论和神经网络的基础与应用(仅供交流学习使用,请勿用于商业交易,否则后果自负)中国计算机学会学术著作丛书模糊理论和神经网络的基础与应用Introduction to Fuzzy Theory andNeural Networks and Their Application赵振宇徐用恐著清华大学出版社广西科学技术出版社模糊理论和神经网络的基础与应用(仅供交流学习使用,请勿用于商业交易,否则后果自负)(京)新登字158号(桂)新登字06号内容简介模糊理论和神经网弊是近年来得到迅速发展的嘶兴学料,它们的应用和影响己经遍及人工智能算机科学自动控制、专家系统信息科学、 CAD/CAN医疗诊断、经济等部门和领域本书系统驰论述了模糊理论和神经网络的基本理论、方法,从统一的工程角度综合分析了两大学科的最新成果,研究动向以及两者交叉部分中的前沿研究并介绍了高技术的应用实例。全书非14章,分三大都分第一部分为模糊理论的基础、建模方法和实际应用第二部升为神经网将的基本理论罔络学习方法和典型实倒第三部分讨论了模棚系统和神经网络系统的异同、融合和相互转换方法,本书还提供了大暈劑颞,以便读者自己模伤实践加深理解。本书可供白动控制计算机、信号信息处理、电路与系统、系綻工程等专业的高校师生利科技人虽遄用版权所有,醐印必究。本书封面貼有消华大学出版社激光防伪标签,无标签者不得销嘗肉书在版編目(CIP數据模糊理论和神经网络的基础与应用=Ⅰ NTRODUCTION TO FUZZY THEORY ANDNEURAL NETWORKS AND THEIR APPLI CATTON/赵振宇,徐用懋著.一北京:清华大学出版社,1995.19〔中国计算机学会学术者作丛书IsHN7-302-02061-2I.模r.①赵…闪徐…】,①模糊数学-应用-计算机网络②神经网络应川计算机网终Ⅳ.TP393中国版本图书馆CIP数据核字(95)第23616号出版者:清华大学出版社(北京清华大学校内,邮编100084)西科学技术出版社(厂西南宁河堤路14号,邮编530021印刷者:北京市清华园印刷厂发行者:新华书店总店北京科披发行所开本:787×1092116印张;13.75字数:324千字版次:i996年6月第1版199日年6月第1次印刷号:IN7-302-020612/TP·958印数:001-4000定价:16.00元模糊理论和神经网络的基础与应用(仅供交流学习使用,请勿用于商业交易,否则后果自负)清华大学出版社广西科学抆术出版社计算机学术著作出版基金评审委员会主任委员张效祥副主任委员周远清汪成为委员王鼎兴杨芙清李三立施伯乐徐家福夏培肃董韫美张兴强徐培忠模糊理论和神经网络的基础与应用(仅供交流学习使用,请勿用于商业交易,否则后果自负)出版说明近午来随岩微电子和计算相技术渗透到各个技术领域,人类正在步入一个技术迅插发展的新时期。这个新时期的主要标志是计算机和信息处理的广泛应用。计算机在改造传统产业实现管理自动化促进新兴产业的发展等方面都起着重要作用,它在现代化建设中的战略地位愈来盒明显。算机科学与其它学科的交叉又产生了许多新学科推功着科学技术向更广阔的领域发展,正在对人类社会产生深远的影响科学技术是第一生产力。计算机科学技术是我国高科技领域的一个重要方面。为了推动我国计算机科学及产业的发展,促进学术交流,使科研慮果尽快转化为生产力华大学出版杜与广西科学技术出版社联合设立了“计算机学术著作基金”,旨在支持和员科技人员,提写高水平的学术著作,以反映和推广我国在这一领域的最新成果计算机学术著作出版基金资助出版的著作范国包括:有重要理论价值或重要应用价值的学术专著计算机学科前沿探索的论著推动计算机拔水及产业发的专著;与计算机有关的交叉学科的论蓍有较大应用价值的工具书世界名著的优透翻译作品。凡经作者本人申请,计算机学术著作出版基金评审委员会评牢通过的著作,将由该基金资助出版,出版社将努力徹好出版工作基金还支持两社列选的国家高科技葷点图书和国家教委重獻图书规划中计算机学科领域的学术著作的出版为了做好选题工作出版社特邀请“中国计算机学会”“中国中文信息学会”帮助做好组织有关学术普作丛书的列选工作。热诚希望得到厂大计算机界同仁的支持和帮助清华大学出版社计算机学术著作出版基金办公室西科学技术出版社1992年4月模糊理论和神经网络的基础与应用(仅供交流学习使用,请勿用于商业交易,否则后果自负)丛书序亩计算机是当代发展最为迅猛的科学技术其应用几乎已深入到人类社会活动和生活的一切领域大大提高了社会生产力引起了经济结构社会结构和生活方式的深刻变化和变革,是最为活跃的生产力之一。计算机本嘉在国际范围内已成为年产值达250亿美元的巨大产业国际争异常剧烈,预计到本世纪末将发展为世界第一大产业。计算帆科技具有极大的综合性质,与众多科学技术相交叉而反过来又渗入更多的科学技术,促进它们的发展。计算机科技内容十分丰富学科分支生长尤为迅速,日新月异,层出不穷。因此在我国计算机科技尚比较落后的情况下加强计算机科技的传播实为当务之急。中国计算机学会一直把出版图书刊物作为学术动的重要内容之一。我国计算机专家学者通过科学实践做出了大量成果积累了丰富经验与学识。他们有撰写著作的大积极性,但相当时期以来计算机学术著作出于印数不多,出版往往退到不少困难,专业性越强有深度的著作出版难度越大最近清华大学出版杜与西科学枝术出版社为促进我国计算机科学技术及产业的发椎动计算机科技著作的出版工作,特设立“计算机学术著作出版基金”,以支持我国计算机科技工作者撰写高水平的学术著作并将资助出版的著作列为中国计算机学会的学术荷作从书我们十分盒视这件事,并三把它列为学会本屈理事会的工作要点之一。我们希望这一系划丛书能对传播学术成果,交流学术愿想促进科转化为生产力起到良好作月能对我国计算积科技发展具有有益的导向意义,也希望我国广大学会会员和计算机和技工作者括海外工作和学习的神州学人们能积极投稿,出好这一系列丛书。中国计算机学会1992年4月20日模糊理论和神经网络的基础与应用(仅供交流学习使用,请勿用于商业交易,否则后果自负)Introduction to Fuzzy Theory, Neural Networks sand Their Applicationsby Zhen-Yu Zhao and Yong-Mao XuThe fields of fuzzy sets and neural networks have made rapid progress in recentyears, This book gives a comprehensive presentation on recent developments in boththeory and applications, Special emphasis is placed on basic concepts, system designnalysis and development methods of fuzzy systems and neural network systemsThis hook consists of three majar parts. The first two parts present the fundamen-tals and real world applications of fuzzy sets theory and ueural nel works, respectivelyThe last part addresses various state-of-the-art techniques o combine fuzzy logic withneural networks eliminating the disadvantages of each of these technologies while effec-tively combining their advantageshis book can be used as the text for an advanced course on fuzzy theory and neuraletworks. It is also a valuable reference to all researchers and engi eers interested inthese subjects模糊理论和神经网络的基础与应用(仅供交流学习使用,请勿用于商业交易,否则后果自负)序非高兴得知赵振宇博士和除月懋教投巴完成他们的合著《棋糊理论利神兰网络的基础与应用》近年来模糊理论和神经网络提供了行之有效的方法来解决在特定环境以及采用定性描述方式的多冒的设计中的各种间题这本节从模糊埋论利神网络的基出发,综合分析和归纳了两领域的研究成果,并附有大量的应用实例赵博士和徐教授对棋糊系统和神经网络研究较深,这次他们对此专题的合著正合时宜。此外,赵博土还利用他精通语和英讦的特长,充分收纳了这两大领域的最新发展和动向。二十余年前,L, A. Zadeh教提出的模棚集合哩论已在工程的众多领域中得到广泛深入的研究。对于实际操作人员,即没有精确的数据和过程模型他也能操作和控制复杂的过程。而模糊理论正是将掘作人员的操作经骏鞍换成可以在计算机上运行的掉制算法以便实现模糊控制樸糊控制已泛应用于水质控制她铁操作汽车减震和牵引以及摄泉机聚焦等系统中。人工神经网络是由大量并行分布、有机相联的神经元构成的计算机构,对这种计算机构的研究受启于生物神纸系统的学习能力和并行机制。近年米,对神经网络方面的研究受到愈来愈密切的关注,特别在人工智能、心理学、工程学和物理学等学科中显得空前的活跃。另外,应用神经网络技术的商业产品亦愈来愈多,典型的例子如:语言识别系统爆炸检测器和飞机座位订票系统等绒合模糊理论、神经网络以及其它智能算法(如人上邀传斧法)的研究和应用将有卡常广阔的前景。一个明显的例子就是结合神网络的学习能力来训练基于模糊规则的系统。此书在这方面已有深刻的反映。作者正从统一的角度综合闯述了惯糊理论和抻经网络的重大课题和应用。我相信,此书对行志于模糊理论和神纸网络研究的读者是有裨益Masayos hi tomizuka美圈加州怕党莱大学机械系教授模糊理论和神经网络的基础与应用(仅供交流学习使用,请勿用于商业交易,否则后果自负)FOREWORDI am very pleased that Dr. Zhen-Yu Zhao and Professor Yong-Mao Xu have completed theit book," Introduction to Fuzy Theory, Neural Networks, and Their Appli-cations. In recent years, the fuzzy theory and neural networks have demonstrated theiryaludc for providing solutiont ta problems in unccrtain and imprecise environments a3well as to those with multi-design objectives, which may be stated in a qualitative man-ner. This book starts with Fundamentals of fuzzy theory and neural networks, developsthe ideas for comprehensive coverage of the two sub jects and presents their applications. Having rich rcscarch experienec in fuzzy systcms and neural nerworks, Dr. Zharand Professor Xu make an ideal team to write a book on these subjects. D. Zhao hastaken an advantage of his mastery of two ianguages, Japanese and English. Many recentimporcant developmerts in fuzzy thcory and neural networks havc bcen rcportcd in thesctwo languagesThe theory of fuzzy set&, established by Professor L, A. Zadeh about 20 years agohas been extensively studied in varicus fields of engineering. It is well known that hu-man beings have an ability to operate and control complicated processes without havingprecise data and plant models, Fuzzy theary has been shown to translate such knowldge of human beings into computer implementable control algorithms which are ronmonly called"fuzzy control. "Fuzzy control has been used in many practical applicalionssuch as water quality control, subway operation systems, automotive suspension andraction control and camcorder fotusing and stabilizationArtificial neural networks are computing architectures that consist of massiveparallel interconnections of simple neural proCessors. The study of such architectureshas becn inspired by thc learning abilities and parallelism of biological nervous syatemsIn recent years, neura! networks have received considerable Attention and are now beingactively explored in the fields of artificial intelligence psychology engineering andphysics. Neural networks have been applied to many conmercial products such asspeech recognition systems, explosive detectors and airline seat allocation systerms.Ambitned use af fuzzy theory neural networks, as well as other computational in-telligence algorithms such as genetic algotithms, has heen recognized as being promising, An obvious example is the training of fuzzy rule-based systems ly using the learm
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过程控制锅炉汽包水位模糊PID控制的LabVIEW仿真
锅炉汽包水位模糊PID控制的LabVIEW仿真ScientificResearchSystem Simulation Technology Application (Volume 13)Table 1. Rule list of fuzzy control of Kp据、结果显示。当运行程序时,只有前面板出现在计表1.K模糊控制规则表算机的屏幕上,作为虚拟仪器和用户的接口。与其他E仿真语言相比,除了能在 Labview软件中方便地使ECNB NM NS ZO PS PM PB用PID工具包进行模糊PID控制器设计外,在仿真过NB PBPB PMPM PS Z0 ZO程中还能实现对仿真参数的动态修改,只要按照要求NMPB PM PSPS ZO NS在前面板上写入相应的控制参数,便可以进行参数动Ns PPs ZO态修改,相应的更新结果可由前面板以多种方式显小ZO PM PM PS ZO NS NM N出来并可以数据文件形式保存。使仿真过程变得更加PSPSPS ZO NSNS NMNM灵活、便捷。本文所用的前面板如图4所示。PM PS ZO NS NM NⅥNMNBPB ZO ZO NMNM NM NBNB4基于LabⅤIEW的模糊PID控制系统设计美国NI( National Instruments)公司的LabⅤILW口回6,A·逦是基于数据流的图形化编程语言G的开发环境,是仪器控制与数据采集的编程平台,能快速构建实现交互控制系统的图形用户界面,并且它与测量、自动化硬 Figure3. Flow chart of drum water level control system件紧密的结合,具冇完善的数据采集、信号分析和信图3.汽包水位控制系统仿真流程图息显示的解决方案。 LabVIEW中的PD工具包(PIDToolkit提供∫一个完整的模糊控制设计系统,包括:汽包水裨制实验·模糊逻辑控制器设计子程序( Fuzzy Logic Con-roller Design):提供一个友好的图形用户界面(GUI),可以直观地设计和修改模糊控制器的水过低圣汽流量Fe的艰属函数、规则库、推理规则和去模糊方法等等。●」售定设计的结果保存在一个以结尾的文件中,应用冷水入口当诞0程序就谴用此文件。主PTD模糊控制器子程序( Fuzzy Controller.ⅵ):作为程在■a2序的个功能模块(函数),用于在应用程序中实现模糊控制算法。调入控制器子程序( Load Fuzzy Controller.ⅵ)E四常数56将fs文件调入应用稈序功能模块,将指定文件的Figure 4.The front panel of drum level control systemPID参数加载到应用程序的模糊控制器中。图4.汽包水位控制系统前面板框图软件设计由两部分组成,即前面板和流程图。在前面板,用输入控件( Contro)来实现参数的输入,参为了说明该控制策略相对其他控制方法的优越数的显示和程序运行的结果由输出控件( ndicator来性生,同时作了锅炉汽包水位系统常规串级PD控制的完成。流程图是完成程序功能的图形化源代码,通过仿真研究,其外回路和内国路均采用PD控制器,其对控件设置合适的参数和连线建立控制系统。采用模PID控制器的算法为糊PID控制的带前馈的串级三冲量控制系统的流程图u(t)=k,,(e+T Gedt+ la dr)如图3所示。式中:ε为设定值与探制过程返回量之间的偏差,基于 LabView开发的程序面板具有良好的人机K为比例增益,T为积分时间常数,Ta为微分时间常互动的风格,使用简单。前面板提供了丰富的图形控数,u(为控制器输出量。根据图3,设置PID控制器件,可以模拟传统仪器工作方式,在前面板上放置所的参数为K=3、T=150以及a4。两种控制方式的控需要的控件和指示器,实现仪器控制以及较直观的数制效果如图5所示。978-1-935068-81-5c2011 SirEs40o1994-2012cHinaAcademicJournalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.netScientifieSystem Simulation Technology Application( Volume 13)° Researcl从图5(a)可以看出,在无扰动情况下,采用普通差,而普通PID则在扰动过大的时候则无法做到这PID进行控制超调量约有30%,而采用模糊PID控制点。在汽包水位的控制过程中,通过在不同时刻施加则将超调量控制在10%以内,并且模糊PD控制更能不同扰动,其阶跃响应图显示岀模糊PD控制都要优有效地减少上升时间与调节时间;在初始状态有扰动于普通的PID控制,对锅炉汽包所存在的“虚假水位的情况下如图5(b)和5(c),模糊PID均比普通PID控控制得更好,达到更令人满意的效果。因此,采用模制具有更小的超调量及更短的调节时间;在第一次稳糊Pυ控制策略比常规P控制策略具有较好的调节定后施加两种扰动时如图5(d所示,模糊PID相比普品质以及较强的鲁棒性和抗干扰能力,而且能在对象通PID不仅响应快,超调小,更有效地消除了稳态误模型失配的情况下表现出较强的适应能力。设定值直世D(a)无扰动(b)加入10%蒸汽扰动(c)加入20给水扰动(d第一次稳定后施加两种扰动Figure 5. Curve: Unit step response of different disturbance图5.不同扰动下的单位阶跃响应曲线5结束语Steam Generator[],Journal of System Simulation, 2004, 16(10)P450-453.提出了使用 Labview构建模糊控制器进行锅炉刘红军,韩璞,工东风,锅炉汽包水位系统 DMC-PID串级控制仿真研究[,系统仿真学报,204,16(10),P450-453汽包八位控制的仿真研究,通过比较两种控制方式,[41 XU Chun-mci, ZHANG Haol, YANG Ping, Nonlincar pid-Pcascade control for boiler drum level [J]. East China Electric可以看出对于锅炉汽包水位,采用模糊PID控制在上Power:2009,37(5),P838~84升时间、超调量、调节时间等控制性能都要优于普通凃春梅,张浩,杨平汽包水位串级二冲量非线性PID控制系统[,华东电力,2009,37(5):838~84PⅠD控制。基于 LabVIew语言采用流程图形式开发的51Chul-lIwan Jung, et al. A real-time self-tuning fuzzy controller应用程序,具有良好的人机交互界面,形象直观的控through scaling factor adjustment for the steam generator of NPl574:53-60制界面,更强的数据处理功能及简便实用的参数显示(6] SONG Zhi-gang; YU Qi-xiang; WANG Yi-ming;ctl, Devclop功能。比使用其他仿真语言(如Maab/ Simulink工具ment of fuzzy controller for parameters adaptation of PID con-troller based on L abvIEW[1, Machinery Design manufacture箱)更容易实现各个模块之间传递数据,仿真过程还2003(4):P11~12.能动态修改仿真参数并实时更新,可以更好地配置控宋智罡,郁其祥,王益明等,基于 LabVIew的PID参数自适应模糊控制器设计山J,机械设计与制造,2003(4:11~12制器参数以达到最优,大大缩短没计周期,提高开发[7] Jin Yihui, Process Control [m, Beijing: TSinghua universily效率,具有较大的工程实用价值。press. 1988金以慧,过程控制[M,北京:清华大学出版社,1998[8 ZHAO Baochun, LUO Zon-gan, LIu Xianghua, Design andReferences(参考文献simulation of fuzzy logic controller based on LabVIEW], Control Engineering of China, 2006, 13(S1 ): 49-52[1] CHEN Hong-wei, XU Zhen-yu, YANG Bo, et al, Analysis of the赵宝纯,骆宗安,刘相华,基于LabⅤIEW的模糊控’器设计Influential Factors to Boiler Drum Level [], Power System En与仿真[,控制工程,2006,13:4952neering,2007,23(02):32-33[9] JiN Zhiqiang, Biao Qiliang, A method of design of PID controller陈鸿伟,许振宇,杨博,等锅炉汽包水位影响因素分析[电based on I abvIEW[], Control Automation, 2005, 21(6): 1-2站系统工程,2007,23(02):32-33金志强,包启亮,一种基于LabⅤIEW的PID控制器设计的[2 ZHOU Jia, CAO Xiao-ling, LIU Yong-wen, Controlling Strategy方法[,微计算机信息,2005,21(6):1-2Analysis of Drum Level in Boiler [J]. Boiler Technology, 2005, [10] National Instrument, Lab VIEW simulation moduler user manual36(03):5~10.IM, Austin: National Instruments, 2004周佳,曹小玲,刘永文,锅炉汽包水位控制策略的现状分炘[11 LI Guo-yng, A New Fu∠ y PID Controller[ J Journal of Sys-「J,锅炒技术,2005,36(03),P5-10tem simulation,2003,15(10):1492-1496[3 IIU Hongjun, HAN Pul, WANG Dongfeng, Simulation Research李国勇,一和新型的模糊PID控制器[J,系统仿頁学报,of DMC-PID Cascade for Water Level System of a Drum boile2003,15(10),P1492-1496978-1-935068-81-502011 Scares.o1994-2012ChinaAcademicJournalelEctronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.ner
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