智能控制试卷及答案4套
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智能控制职业技能复习题# 智能控制职业技能复习题## 一、单选题1. 智能控制系统中,PID控制器的主要作用是()。
A. 增加系统稳定性B. 减少系统响应时间C. 提高系统精度D. 降低系统成本2. 在智能控制领域,模糊控制是一种基于()的控制方法。
A. 精确数学模型B. 模糊逻辑C. 神经网络D. 遗传算法3. 自适应控制系统能够根据系统内部或外部环境的变化,自动调整()。
A. 控制参数B. 控制目标C. 控制算法D. 控制硬件4. 在智能控制系统设计中,鲁棒性是指系统在面对()时仍能保持性能的能力。
A. 系统故障B. 参数变化C. 外部干扰D. 所有以上选项5. 神经网络在智能控制中的应用主要是为了实现()。
A. 快速计算B. 模式识别C. 自我学习D. 复杂决策## 二、多选题1. 智能控制系统的特点包括()。
A. 自学习能力B. 环境适应性C. 高度自动化D. 精确控制2. 智能控制技术可以应用于以下哪些领域()。
A. 工业自动化B. 智能家居C. 无人驾驶汽车D. 医疗设备3. 在智能控制中,遗传算法可以用于()。
A. 参数优化B. 控制策略设计C. 故障诊断D. 系统建模4. 智能控制中的模糊逻辑可以解决的问题包括()。
A. 不确定性问题B. 模糊性问题C. 复杂性问题D. 线性问题5. 智能控制的发展趋势包括()。
A. 集成化B. 网络化C. 智能化D. 个性化## 三、判断题1. 智能控制系统与传统控制系统相比,具有更高的灵活性和适应性。
()2. 神经网络在智能控制中只能用于模式识别,不能用于控制算法的实现。
()3. 智能控制系统的鲁棒性是指系统在面对外部干扰时能够保持稳定运行的能力。
()4. 自适应控制系统不需要人工干预,可以自动调整控制参数。
()5. 模糊控制在处理模糊概念和不精确信息时具有优势。
()## 四、简答题1. 简述智能控制系统与传统控制系统的主要区别。
2. 解释什么是模糊控制,并举例说明其应用场景。
智能控制试卷及答案一、试卷一、选择题(每题2分,共20分)1. 下列哪项不是智能控制的主要类型?A. 人工智能控制B. 模糊控制C. 神经网络控制D. 逻辑控制2. 以下哪种控制方法适用于处理具有不确定性、非线性和时变性等特点的复杂系统?A. PID控制B. 模糊控制C. 串级控制D. 比例控制3. 神经网络控制的核心思想是利用神经网络实现控制规律的映射,以下哪种神经网络模型适用于动态系统的控制?A. BP神经网络B. RBF神经网络C. 感知器D. Hopfield神经网络4. 模糊控制中,模糊逻辑推理的核心部分是?A. 模糊集合B. 模糊规则C. 模糊推理D. 解模糊5. 以下哪种方法不属于智能控制系统的建模方法?A. 基于模型的建模B. 基于数据的建模C. 基于知识的建模D. 基于经验的建模二、填空题(每题2分,共20分)6. 智能控制的理论基础包括________、________和________。
7. 模糊控制的基本环节包括________、________、________和________。
8. 神经网络控制的主要特点有________、________、________和________。
9. 智能控制系统的主要性能指标包括________、________、________和________。
10. 智能控制技术在工业生产、________、________和________等领域有广泛应用。
三、判断题(每题2分,共10分)11. 模糊控制适用于处理具有确定性、线性和时不变性等特点的复杂系统。
()12. 神经网络控制具有较强的自学习和自适应能力。
()13. 智能控制系统不需要考虑系统的稳定性和鲁棒性。
()14. 智能控制技术在无人驾驶、智能家居等领域具有广泛应用前景。
()15. 模糊控制的核心思想是利用模糊逻辑进行推理和决策。
()四、简答题(每题10分,共30分)16. 简述模糊控制的基本原理。
《智能控制技术》考试试题(备注:请将本试卷粘贴在答题本内页)一、概念题(每小题5分,共20分)(1)人工神经网络人工神经网络的研究是人工智能、认知科学、神经生理学、非线性动力学等学科的交叉热点。
2.模糊推理知道了语言控制规则中蕴含的模糊关系后,就可以根据模糊关系和输入情况,来确定输出的情况,这就叫“模糊推理”。
3.专家系统专家系统是一个具有大量专门知识与经验的程序系统,它应用人工智能技术,根据某个领域或多个人类专家提供的知识和经验进行推理和判断,模拟人类专家的决策过程,以解决那些需要专家决定的复制问题。
4.递阶控制对递阶结构的大系统所采用的控制方式。
二、简答题(每小题10分,共40分)1.简述智能控制的发展过程,并说明智能控制的特点。
从20世纪60年代至今,智能控制的发展过程通常被划分3个阶段:萌芽期、形成期和发展期。
智能控制具有以下基本特点:1)应能为复杂系统进行有效的全局控制,并具有较强的容错能力。
2)定性策划和定量控制相结合的多模态组合控制。
3)从系统的功能和整体优化的角度来分析和综合系统,以实现预定的目标,并具有自组织能力。
4)同时具有以知识表示的非数学广义模型和以数学表示的数学模型的混合控制过程,系统在信息处理上,既有数学运算,又有逻辑和知识推理。
2.智能控制学科有哪几种结构理论?这些理论的内容是什么?二元结构理论傅京孙曾对几个与自学习控制(learning control)有关的领域进行了研究。
为强调系统的问题求解和决策能力,他用“智能控制系统”来包括这些领域。
他指出“智能控制系统描述自动控制系统与人工智能的交接作用”。
我们可以用式(1.3)和(1.6)以与图1.3来表示这种交接作用,并把它称为二元交集结构。
1.4.2 三元结构理论萨里迪斯于1977年提出另一种智能控制结构,它把傅京孙的智能控制扩展为三元结构,即把智能控制看作为人工智能、自动控制和运筹学的交接,如图1.4所示。
萨里迪斯认为,构成二元交集结构的两元互相支配,无助于智能控制的有效和成功应用。
智能控制与自动化试题智能控制与自动化是现代科学技术的重要分支,涵盖了机器学习、人工智能、自动化控制等多个领域。
以下是一些关于智能控制与自动化的试题,供大家参考。
一、选择题1. 智能控制与自动化的定义是什么?A. 使用人工智能技术进行控制与自动化B. 独立于人工干预的控制与自动化C. 应用了智能算法的控制与自动化D. 利用机器学习进行控制与自动化2. 以下哪一项不属于智能控制与自动化的应用领域?A. 工业自动化B. 交通运输C. 医疗健康D. 媒体与传媒3. 智能控制与自动化中,常用的传感器有哪些?A. 温度传感器、湿度传感器B. 摄像头、雷达C. 光电传感器、压力传感器D. GPS传感器、声音传感器4. 在智能控制与自动化系统中,什么是反馈控制?A. 控制器通过测量输出信号反馈给输入信号B. 控制器通过测量输入信号反馈给输出信号C. 控制器通过测量环境信息反馈给输入信号D. 控制器通过测量输出信号反馈给环境信息二、填空题1. 智能控制与自动化主要利用________技术来优化系统的控制效果。
2. 智能控制与自动化的目标是实现________并提高系统的________。
3. 自动化是一种________控制方式,能够减少人的干预。
4. 智能控制与自动化领域重要的研究方法包括________、________和________等。
三、简答题1. 什么是PID控制器?其工作原理是怎样的?2. 请简要说明智能控制与自动化在工业生产中的应用。
3. 机器学习在智能控制与自动化中有何作用?四、论述题请以智能控制与自动化为题,撰写一篇短文,内容包括以下几个方面:1. 智能控制与自动化的定义和基本原理;2. 智能控制与自动化在日常生活和工业生产中的应用;3. 智能控制与自动化领域的挑战和发展方向。
以上试题旨在帮助大家了解智能控制与自动化的基本概念和应用,希望能够对相关领域的学习和研究有所帮助。
通过对试题的理解和回答,可以提升对智能控制与自动化的认知水平。
智能控制技术考试题及答案《智能控制技术》考试试题A《智能控制》课程考试试题A参考答案一、填空题(1) OPEN (2) 最有希望 (3) 置换 (4) 互补文字 (5) 知识库(6) 推理机 (7) 硬件 (8) 软件 (9) 智能 (10) 傅京孙(11) 萨里迪斯 (12) 蔡自兴 (13) 组织级 (14) 协调级(15) 执行级 (16) 递阶控制系统 (17) 专家控制系统(18) 模糊控制系统 (19) 神经控制系统 (20) 学习控制系统二、选择题1、D2、A3、C4、B5、D6、B7、A8、D9、A 10、D三、问答题1、答:传统控制理论在应用中面临的难题包括:(1) 传统控制系统的设计与分析是建立在精确的系统数学模型基础上的,而实际系统由于存在复杂性、非线性、时变性、不确定性和不完全性等,一般无法获得精确的数学模型。
(2) 研究这类系统时,必须提出并遵循一些比较苛刻的假设,而这些假设在应用中往往与实际不相吻合。
(3) 对于某些复杂的和包含不确定性的对象,根本无法以传统数学模型来表示,即无法解决建模问题。
(4) 为了提高性能,传统控制系统可能变得很复杂,从而增加了设备的初投资和维修费用,降低系统的可靠性。
传统控制理论在应用中面临的难题的解决,不仅需要发展控制理论与方法,而且需要开发与应用计算机科学与工程的最新成果。
人工智能的产生和发展正在为自动控制系统的智能化提供有力支持。
人工智能影响了许多具有不同背景的学科,它的发展已促进自动控制向着更高的水平──智能控制发展。
智能控制具有下列特点:(1) 同时具有以知识表示的非数学广义模型和以数学模型(含计算智能模型与算法)表示的混合控制过程,也往往是那些含有复杂性、不完全性、模糊性或不确定性以及不存在已知算法的过程,并以知识进行推理,以启发式策略和智能算法来引导求解过程。
(2) 智能控制的核心在高层控制,即组织级。
高层控制的任务在于对实际环境或过程进行组织,即决策和规划,实现广义问题求解。
《智能控制》题集一、选择题(共10小题,每小题3分)1.智能控制是基于哪种理论发展起来的一种新型控制方法?()A. 经典控制理论B. 现代控制理论C. 人工智能与自动控制理论相结合D. 模糊数学理论答案:C解析:智能控制是人工智能与自动控制理论相结合的产物,它利用人工智能的方法和技术,对复杂的非线性系统进行控制,具有自学习、自组织和自适应的能力。
2.下列哪项不属于智能控制的主要特点?()A. 能够处理复杂的非线性系统B. 依赖于精确的数学模型C. 具有自学习和自适应能力D. 能够实现多目标优化控制答案:B解析:智能控制的一个显著特点是能够处理复杂的非线性系统,并且不依赖于精确的数学模型,而是通过学习和适应来实现控制目标。
3.模糊控制是智能控制的一个重要分支,其核心思想是什么?()A. 利用模糊逻辑进行推理和控制B. 精确计算控制量C. 依赖于系统的精确数学模型D. 仅适用于线性系统答案:A解析:模糊控制的核心思想是利用模糊逻辑进行推理和控制,它允许使用模糊的语言变量和模糊规则来描述系统的行为和控制策略,从而实现对复杂系统的有效控制。
4.神经网络控制在智能控制中扮演什么角色?()A. 仅仅是一种数据处理方法B. 能够模拟人脑的学习和记忆功能C. 仅适用于静态系统D. 无法处理非线性问题答案:B解析:神经网络控制在智能控制中扮演着重要角色,它能够模拟人脑的学习和记忆功能,通过训练和学习来适应系统的变化,实现对非线性系统的有效控制。
5.专家系统在智能控制中的主要作用是什么?()A. 提供精确的数学模型B. 模拟人类专家的决策过程C. 仅用于故障诊断D. 无法处理不确定性问题答案:B解析:专家系统在智能控制中的主要作用是模拟人类专家的决策过程,通过知识库和推理机制解决复杂控制问题,提供精确的控制策略和调整建议。
6.遗传算法在智能控制中常用于哪方面的优化?()A. 控制参数优化B. 系统模型建立C. 数据处理D. 故障诊断答案:A解析:遗传算法在智能控制中常用于控制参数的优化,通过模拟自然选择和遗传机制,对控制参数进行编码、选择、交叉和变异等操作,不断迭代优化,直到找到最优解或近似最优解。
智能控制系统考试题库考试类型概念题:3’*5论述题:6’*4计算题:10’+11’设计题:20’*2一:概念题:1.智能控制;模糊控制;专家控制;神经网络定义2.写出模糊控制器的四个主要组成部分名称3.递阶智能系统的智能程度分布一般要遵循什么原则?4.何谓神经网络的泛化能力?5.写出遗传算法的三个基本操作6.写出自组织神经网络的三个基本过程7.写出四种专家系统的知识表示方法8.写出遗传算法中两种编码方法二:论述题1.为什么模糊输出向量要进行解模糊计算?2.简述隶属度函数建立的一般准则3.简述BP算法中误差信号反向传播过程4.简述模糊控制器的各组成部分功能5.简述遗传算法进化过程中两种“早熟”现象6.简述三种提高网络泛化能力的措施7.写出专家系统组成中知识赛,数据库和推理机的功能8.简述隶属度函数建立的一般准则9.简述专家系统各组成部分的功能10.为什么模糊推理得到的结果要进行解模糊处理?写出常见的两种解模糊方法11.简述适应度函数在遗传算法中的作用12.递阶智能控制系统的主要结构特点有哪些?13.信息特征,获取方式,分层方式有哪些?14.详细描述数据融合的流程和方法15.详细描述递阶智能控制系统的优化算法模型16.比较模糊集合和普通集合的异同17.简述模糊控制系统的组成与工作原理18.试举例说明传统集合中叉积序偶的顺序是不能颠倒的19.结合自身理解浅谈模糊数学与模糊集合的概念20.举例说明模糊数学隶属函数的概念21.简述人工神经网络定义及特征22.生物神经元由哪几部分组成?每一部分的作用是什么?他有哪些特征?23.简述BP算法的神经网络结构及学习算法24.简述遗传算法的特点及关键问题三:计算题1. 假设子女和父母相似度如下图表A ,父母与祖父,祖母的相似度如下表B ,利用最大-最小合成法求子女和祖父母相似度。
A 表格B 表格2. 当输入样本为【X1,X2】时,写出下面网络输出y 的表达式。
其中隐层神经元激励函数为Sigmoid 函数,输出层神经元激励函数为f (x ),输出层神经元和隐层神经元之间的权重如图所示,隐层神经元和输出层神经元之间的权重如入所示。
《智能控制》考试试题试题1:针对某工业过程被控对象:0.520()(101)(21)s G s e s s -=++,试分别设计常规PID 算法控制器、模糊控制器、模糊自适应PID 控制器,计算模糊控制的决策表,并进行如下仿真研究及分析:1. 比较当被控对象参数变化、结构变化时,四者的性能;2. 研究改善Fuzzy 控制器动、静态性能的方法。
解:常规PID 、模糊控制、Fuzzy 自适应PID 控制、混合型FuzzyPID 控制器设计 错误!未找到引用源。
. 常规PID 调节器PID 控制器也就是比例、积分、微分控制器,是一种最基本的控制方式。
它是根据给定值()r t 与实际输出值()y t 构成控制偏差()e t ,从而针对控制偏差进行比例、积分、微分调节的一种方法,其连续形式为:01()()[()()]t p d i de t u t K e t e t dt T T dt=++⎰ (1.1) 式中,p K 为比例系数,i T 为积分时间常数,d T 为微分时间常数。
PID 控制器三个校正环节中p K ,i T 和d T 这三个参数直接影响控制效果的好坏,所以要取得较好的控制效果,就必须合理地选择控制器的参数。
Ziegler 和Nichols 提出的临界比例度法是一种非常著名的工程整定方法。
通过实验由经验公式得到控制器的近似最优整定参数,用来确定被控对象的动态特性的两个参数:临界增益u K 和临界振荡周期u T 。
用临界比例度法整定PID 参数如下:表1.1 临界比例度法参数整定公式51015202530354000.20.40.60.811.21.41.61.8Time(s)y (t )051015202530354000.511.5Time(s)y (t )PID 0.6u K 0.5u T 0.125u T据以上分析,通过多次整定,当 1.168p K =时系统出现等幅振荡,从而临界增益 1.168u K =,再从等幅振荡曲线中近似的测量出临界振荡周期 5.384u T =,最后再根据表1.1中的PID 参数整定公式求出:0.701, 2.692,0.673p i d K T T ===,从而求得:比例系数0.701p K =,积分系数/0.260i p i K K T ==,微分系数0.472d p d K K T ==。
智能控制技术期末考试试题# 智能控制技术期末考试试题## 一、选择题(每题2分,共20分)1. 智能控制系统的基本特征不包括以下哪一项?A. 自学习能力B. 鲁棒性C. 单一控制策略D. 适应性2. 模糊控制理论的提出者是:A. 瓦迪姆·瓦迪莫维奇·诺维科夫B. 罗纳德·费舍尔C. 洛特菲·A·扎德D. 阿尔伯特·爱因斯坦3. 下列哪项不是智能控制技术的应用领域?A. 机器人技术B. 航空航天C. 传统农业D. 智能制造4. 神经网络在智能控制中的主要作用是:A. 增强系统稳定性B. 实现模式识别C. 减少系统成本D. 提高系统响应速度5. 遗传算法在智能控制中的应用主要用于:A. 优化控制参数B. 实现自适应控制C. 增强系统的鲁棒性D. 进行模式识别## 二、简答题(每题10分,共20分)1. 简述智能控制技术与传统控制技术的主要区别。
2. 解释模糊控制的基本原理,并举例说明其在实际中的应用。
## 三、计算题(每题15分,共30分)1. 假设有一个简单的模糊控制器,其输入变量为温度(T)和湿度(H),输出变量为风扇速度(F)。
给出以下模糊规则:- 如果T是高且H是低,则F是高。
- 如果T是中且H是中,则F是中。
- 如果T是低且H是高,则F是低。
- 请根据上述规则,给出一个模糊控制表,并计算当T=28℃,H=70%时的风扇速度。
2. 考虑一个简单的神经网络,输入层有3个神经元,隐藏层有4个神经元,输出层有1个神经元。
已知输入向量为\[ x = [0.5, 0.2, 0.7] \],隐藏层和输出层的权重矩阵分别为:\[ W_h = \begin{bmatrix} 0.1 & 0.3 & 0.2 \\ 0.4 & 0.1 &0.6 \\ 0.5 & 0.7 & 0.8 \\ 0.9 & 0.5 & 0.3 \end{bmatrix} \]\[ W_o = \begin{bmatrix} 0.2 & 0.4 & 0.1 & 0.3\end{bmatrix} \]假设隐藏层和输出层的激活函数都是Sigmoid函数,计算输出值。
第 1 页 共 25 页智能控制 课程试题A合分人: 复查人:一、填空题(每空 1 分,共 20分)1.智能控制系统的基本类型有 、 、 、 、 和 。
2.智能控制具有2个不同于常规控制的本质特点: 和 。
3.一个理想的智能控制系统应具备的性能是 、 、 、 、 等。
4. 人工神经网络常见的输出变换函数有: 和 。
5. 人工神经网络的学习规则有: 、 和 。
6. 在人工智能领域里知识表示可以分为 和 两类。
二、简答题:(每题 5 分,共 30 分)1. 智能控制系统应具有的特点是什么?2. 智能控制系统的结构一般有哪几部分组成,它们之间存在什么关系?4.神经元计算与人工智能传统计算有什么不同?5.人工神经元网络的拓扑结构主要有哪几种?6.简述专家系统与传统程序的区别。
三、作图题:(每图 4 分,共 20 分)1. 画出以下应用场合下适当的隶属函数: (a )我们绝对相信4π附近的e(t)是“正小”,只有当e(t)足够远离4π时,我们才失去e(t)是“正小”的信心; (b )我们相信2π附近的e(t)是“正大”,而对于远离2π的e(t)我们很快失去信心; (c )随着e(t)从4π向左移动,我们很快失去信心,而随着e(t)从4π向右移动,我们较慢失去信心。
2. 画出以下两种情况的隶属函数:(a )精确集合 {}82A x x ππ=≤≤的隶属函数;(b )写出单一模糊(singleton fuzzification )隶属函数的数学表达形式,并画出隶属函数图。
四、计算题:(每题 10 分,共 20 分)1. 一个模糊系统的输入和输出的隶属函数如图1所示。
试计算以下条件和规则的隶属函数: (a )规则1:If error is zero and chang-in-error is zero Then force is zero 。
均使用最小化操作表示蕴含(using minimum opertor);(b )规则2:If error is zero and chang-in-error is possmall Then force is negsmall 。
均使用乘积操作表示蕴含(using product opertor);2. 设论域12345{,,,,}U u u u u u =,且123450.20.40.910.5A u u u u u =++++ 13450.10.710.3B u u u u =+++ 试求,,C A B A B A ⋃⋂(补集),C B (补集)五、试论述对BP 网络算法的改进。
(共 10 分)).)第 4 页 共 25 页智能控制 课程试题 B合分人:复查人:一、填空题(每空 1 分,共 20分)1.智能控制的研究对象具备的特点有: 、 和 。
2.智能控制系统的主要类型有: 、 、 、 、 和 。
3.确定隶属函数的方法大致有 、 和 。
4. 国内外学者提出了许多面向对象的神经网络控制结构和方法,从大类上看,较具代表性的有以下几种: 、 和 。
5. 在一个神经网络中,常常根据处理单元的不同处理功能,将处理单元分成有以下三种: 、 和 。
6. 专家系统具有三个重要的特征是: 、 和 。
二、简答题:(每题 5 分,共 30 分)1. 智能控制有哪些应用领域?试举例说明其工作原理。
2. 试说明智能控制的三元结构,并画出展示它们之间关系的示意图。
3. 模糊逻辑与随机事件的联系与区别。
4. 给出典型的神经元模型。
5. BP 基本算法的优缺点。
6. 专家系统的基本组成。
三、作图题:(每图 4 分,共 20 分)1. 画出以下应用场合下适当的隶属函数: (a )随着e(t)从3π向左移动,我们很快失去信心,而随着e(t)从3π向右移动,我们较慢失去信心。
(b )我们相信2π附近的e(t)是“正大”,而对于远离2π的e(t)我们很快失去信心; (c )我们绝对相信23π附近的e(t)是“正小”,只有当e(t)足够远离23π时,我们才失去e(t)是“正小”的信心;2. 画出以下两种情况的隶属函数:(a )精确集合 {}52A x x ππ=≤≤的隶属函数;(b )写出单一模糊(singleton fuzzification )隶属函数的数学表达形式,并画出隶属函数图。
四、计算题:(每题 10 分,共 20 分)1. 一个模糊系统的输入和输出的隶属函数如图1所示。
试计算以下条件和规则的隶属函数: (a )规则1:If error is zero and chang-in-error is negsmall Then force is possmall 。
均使用最小化操作表示蕴含(using minimum opertor);(b )规则2:If error is zero and chang-in-error is possmall Then force is negsmall 。
均使用乘积操作表示蕴含(using product opertor);2. 设论域12345{,,,,}U u u u u u =,且123450.40.30.910.5A u u u u u =++++ 13450.10.710.3B u u u u =+++ 试求,,C A B A B A ⋃⋂(补集),C B (补集)五、试论述建立专家系统的步骤。
(共 10 分)).)第 7 页 共 25 页智能控制 课程试题C合分人: 复查人:一、填空题(每空 1 分,共 20分)1.智能控制是一门新兴的 学科,它具有非常广泛的应用领域,例如 、 、 、 和 。
2.传统控制包括 和 。
3.一个理想的智能控制系统应具备的性能是 、 、 、 、 等。
4.学习系统的四个基本组成部分是 、 、 、 。
5.专家系统的基本组成部分是 、 、 。
二、简答题:(每题 5 分,共 30 分)7. 智能控制系统的结构一般有哪几部分组成,它们之间存在什么关系?8. 智能控制系统有哪些类型,各自的特点是什么?9. 比较智能控制与传统控制的特点。
4.根据外部环境所提供的知识信息与学习模块之间的相互作用方式,机器学习可以划分为哪几种方式?5.建造专家控制系统大体需要哪五个步骤?6.为了把专家系统技术应用于直接专家控制系统,在专家系统设计上必须遵循的原则是什么?三、作图题:(每图 4 分,共 20 分)1. 画出以下应用场合下适当的隶属函数: (a )我们绝对相信4π附近的e(t)是“正小”,只有当e(t)足够远离4π时,我们才失去e(t)是“正小”的信心; (b )我们相信2π附近的e(t)是“正大”,而对于远离2π的e(t)我们很快失去信心; (c )随着e(t)从4π向左移动,我们很快失去信心,而随着e(t)从4π向右移动,我们较慢失去信心。
2. 画出以下两种情况的隶属函数:(a )精确集合 {}82A x x ππ=≤≤的隶属函数;(b )写出单一模糊(singleton fuzzification )隶属函数的数学表达形式,并画出隶属函数图。
四、计算题:(每题 10 分,共 20 分)1. 一个模糊系统的输入和输出的隶属函数如图1所示。
试计算以下条件和规则的隶属函数: (a )规则1:If error is zero and chang-in-error is zero Then force is zero 。
均使用最小化操作表示蕴含(using minimum opertor);(b )规则2:If error is zero and chang-in-error is possmall Then force is negsmall 。
均使用乘积操作表示蕴含(using product opertor);2. 设论域12345{,,,,}U u u u u u =,且123450.20.40.910.5A u u u u u =++++ 13450.10.710.3B u u u u =+++ 试求,,C A B A B A ⋃⋂(补集),C B (补集)五、画出静态多层前向人工神经网络(BP 网络)的结构图,并简述BP 神经网络的工作过程( 10 分)。
).)第 10 页 共 25 页智能控制 课程试题D合分人: 复查人:一、填空题(每空 1 分,共 20分)1.智能控制是一门新兴的 学科,它具有非常广泛的应用领域,例如 、 、 、 和 。
2.智能控制系统的主要类型有:、 、 、 、 和 。
3.一个理想的智能控制系统应具备的性智能能是 、 、 等。
4.在设计知识表达方法时,必须从表达方法的 、 、 这四个方面全面加以均衡考虑。
5.在一个神经网络中,常常根据处理单元的不同处理功能,将处理单元分成输入单元、输出单元和 三类。
二、简答题:(每题 5 分,共 30 分) 10. 智能控制系统的结构一般有哪几部分组成,它们之间存在什么关系?11. 试说明智能控制的三元结构,并画出展示它们之间关系的示意图。
12. 比较智能控制与传统控制的特点。
5. 神经网络的学习方法有哪些?6. 按照专家系统所求解问题的性质,可分为哪几种类型?三、作图题:(每图 4 分,共 20 分)1. 画出以下应用场合下适当的隶属函数: (a )我们绝对相信2π附近的e(t)是“正小”,只有当e(t)足够远离2π时,我们才失去e(t)是“正小”的信心; (b )我们相信3π附近的e(t)是“正大”,而对于远离3π的e(t)我们很快失去信心; (c )随着e(t)从4π向左移动,我们很快失去信心,而随着e(t)从4π向右移动,我们较慢失去信心。
2. 画出以下两种情况的隶属函数:(a )精确集合 {}42A x x ππ=≤≤的隶属函数;(b )写出单一模糊(singleton fuzzification )隶属函数的数学表达形式,并画出隶属函数图。
四、计算题:(每题 10 分,共 20 分)1. 一个模糊系统的输入和输出的隶属函数如图1所示。
试计算以下条件和规则的隶属函数: (a )规则1:If error is zero and chang-in-error is zero Then force is zero 。
均使用最小化操作表示蕴含(using minimum opertor);(b )规则2:If error is zero and chang-in-error is possmall Then force is negsmall 。
均使用乘积操作表示蕴含(using product opertor);2. 设论域12345{,,,,}U u u u u u =,且123450.40.30.910.5A u u u u u =++++ 13450.10.710.3B u u u u =+++ 试求,,C A B A B A ⋃⋂(补集),C B (补集)五、试述专家控制系统的工作原理(共 10 分)).)Fuzzy control of a ball-balancing systemⅠ. IntroductionThe ball-balancing system consists of a cart with an arc made of two parallel pipes on which a steel ball rolls. The cart moves on a pair of tracks horizontally mounted on a heavy support (Fig. 1). The control objective is to balance the ball on the top of the arc and at the same time place the cart in a desired position. It is educational, because the laboratory rig is sufficiently slow for visual inspection of different control strategies and the mathematical model is sufficiently complex to be challenging. It is a classical pendulum problem, like the ones used as a benchmark problem for fuzzy and neural net controllers, as sales material for fuzzy design tools.Initially, the cart is in the middle of the track and the ball is on the left side of the curved arc. A controller pulls the cart left to get the ball up near the middle, then the controller adjusts the cart position very carefully, without loosing the ball.Fuzzy control provides a format methodology for representing, manipulating and implementing a human’s heuristic knowledge about how to control a system [1-3]. Here, the fuzzy control design method will be used to control the ball-balancing system.Fig. 1 Ball-balancing laboratory rigⅡ. Design objectivea). Learning the operating principle of the ball-balancing system;b). Mastering the fuzzy control principle and design procedure;c). Enhancing the programming power using matlab.Ⅲ. Design requirementsa). Balancing the ball on the top of the arc and at the same time place the cart in a desired position.b). Comparing the control result of the linear controller with that of the fuzzy controllerand thinking about the advantage of fuzzy control to conventional control.Ⅳ. Design principle① Model description of the ball-balancing systemIntroduce the state vector x of state variables (y represents cart position and(0.22)rad ϕϕ≤ represents ball angular deviation)1234x yx y x x ϕϕ====The nonlinear state-space equations [5] are given as follows:12xx = 32233433222332243432233()(()(sin cos )sin cos )(cos )()()()((sin )()()()()(sin (sin )())(cos )()()()((sin )()()(m R r r R mr x x x mgr x x xrM x m R r I R r M m rm x R r r M m I R r m R r x x x rm x R r r rM x m R r I R r M m rm x R r r M m r -+-++=+++++++++++++++++++++22233)()(cos )()()()((sin )())()R mr I FrM x m R r I R r r M m rm x R r r M m ++++++++342243334223332233((cos sin )sin )(cos )()()(sin )()()cos()(cos )()()(sin )()()xx R rrm x x x mgr x M m x rM x m R r I R r rm x R r r M m mr x M m F rM x m R r I R r rm x R r r M m =+-++=+++++++-++++++ Where 0.5R m = represents cart radius of the arc, 3.1M kg = is the cart weight, F represents cart driving force, 10.0275r m = is the ball radius, 0.025r m = is the ball rollingradius, 0.675m kg = is the ball weight, 30.02410I -=⨯ is the ball moment of inertia and 29.81g ms -=represents gravity.The model can be linearised around the origin. The approximations to the trigonometric functions are introduced as follows22cos 1,sin ,cos 1,sin 0ϕϕϕϕϕand the linear state-space model can be obtained as followsx Ax Bu y Cx=+=Matrices ,,A B C are simply and given as follows1000000001000a A c⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦ 00b B d ⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦10000010C ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦with 222m r g a MI mI mr M =-++, 22mr Ib MI mI mr M+=++22()()()mr g M m c R r MI mI mr M +=+++ 22()()mr d R r MI mI mr M =-+++ The actual values of the constants are (,,,)( 1.34,0.301,14.3,0.386)a b c d =--.② Fuzzy controller designThere are specific components characterstic of a fuzzy controller to support a design procedure. In the block diagram in Fig. 2, the fuzzy controller has four main components. The following explains the block diagram.Fuzzy controllerFig. 2 Fuzzy controller architecturea.FuzzificationThe first component is fuzzification, which converts each piece of input data to degrees of membership by a lookup in one of several membership functions. The fuzzification block thus matches the input data with the conditions of the rules to determine how well the condition of each rule matches that particular input instance.b.Rule baseThe rule base contains a fuzzy logic quantification of the expert’s linguistic description of how to achieve good control.c. Inference engineFor each rule, the inference engine looks up the membership values in the condition of the rule.Aggregation The aggregation operation is used when calculating the degree of fulfillment or firing strength of the condition of a rule. Aggregation is equivalent to fuzzification, when there is only one input to the controller. Aggreagtion is sometimes also called fufilment of the rule or firing strength.Activation The activation of a rule is the deduction of the conclusion, possibly reduced by its firing strength. A rule can be weighted by a priori by a weighting factor, which is its degree of confidence.The degree of confidence is determined by the designer, or a learning program trying to adapt the rules to some input-output relationship.Accumulation All activated conclusions are accumulated using the max operation.d. DefuzzificationThe resulting fuzzy set must be converted to a number that can be sent to the processes as a control signal. This operation is called defuzzification.The output sets can be singletons, but they can also be linear combinations of the inputs, or even a function of the inputs. The T-S fuzzy model was proposed by Takagi and Sugeno in an effort todevelop a systematic approach to generating fuzzy rules from a given input-output data set [4]. Its rule structure has the following form:1122011122:,,,,i i i i i i i i i im m m m R if x is A x is A x is A then y P P P x P x P x =+++++Where i j A is a fuzzy set , j x is the j th - input, m is the number of inputs , i y is the output specified by the rule iR ,i j P is the truth value parameter. Using fuzzy inference based uponproduct-sum-gravity at a given input , 12[,,,]T m x x x x = ,the final output of the fuzzy model ,(1,2,,)n y i n = is inferred by taking the weighted average of i y11mi iii nii yy ωω===∑∑where n is the number of fuzzy rules, the weight, iω implies the overall truth value of thei th - rule calculated based on the degrees of membership values:1()i jmij A i x ωμ==∏③ Computer s imulationThe simulation results can be obtained by the designed program using matlab . Initial conditions can be changed and controller gains can be adjusted. Then the desired results can be obtained.Ⅴ. Design procedurea). The model of the ball-balancing system has been given; b). Fuzzy controller design;Fuzzy control design essentially amounts to (1) choosing the fuzzy controller inputs and outputs (2) choosing the preprocessing that is needed for the controller inputs and possibly postprocessing that is needed for the outputs, and (3) designing each of the four components of the fuzzy controller shown in Fig. 2.c). Computer simulation.References[1]. K. M. Passino and S. Yurkovich(1997). Fuzzy control, 1st edn, Addision Wesley Longman,Colifornia.[2]. Cai Zixing. Intelligent Control: Principles, Techniques and Applications. Singapore-NewJersey: World Scientific Publishers, Dec. 1997.[3]. Pedrycz, W.(1993). Fuzzy control and fuzzy systems, second edn, Wiley and Sons, New York.[4]. Takagi, T. and Sugno, M. (1985). Fuzzy identification of systems and its applications tomodeling and control, IEEE Trans. Systems, Man & Cybernetics 15(1): 116-132.Speed control design for a vehicle system using fuzzy logicⅠ.IntroductionEngine and other automobile systems are increasingly controlled electronically. This has led to improved fuel economy, reduced pollution, improved driving safety and reduced manufacturing costs. However the automobile is a hostile environment: especially in the engine compartment, where high temperature, humidity, vibration, electrical interference and a fine cocktail of potentially corrosive pollutants are present. These hostile factors may cause electrical contacts to deteriorate, surface resistances to fall and sensitive electronic systems to fail in a variety of modes. Some of these failure modes will be benign, whereas others may be dangerous and cause accidents and endanger to human life.A cruise control system, or vehicle speed control system can keep a vehicle's speed constant on long runs and therefore may help prevent driver fatigue [2-5]. If the driver hands over speed control to a cruise control system, then the capability of the system to control speed to the set value is just as critical to safety as is the capability of the driver to control speed manually. So the cruise control system design is imperative and important to an automobile.Ⅱ. Design requirementsa). Designing controller using fuzzy logic;b). Making the automobile ’s speed keep constant.Ⅲ. Model description of the automobileThe dynamics of the automobile [1] are given as follows21()(()())p t A t d f t mυυ=--+ 1()(()())ft f t u t τ=-+ Whereu is the control input (0u > represents a throttle input and 0u < represents a brakeinput), 1300m kg = is the mass of the vehicle, 0.3p A =22/Ns m is its aerodynamic drag,100d N = is a constant frictional force, f is the driving/braking force, and 0.2τ=sec issaturated at 1000N ±).We can use fuzzy control method to design a cruise control system. Obviously, the fuzzy cruise control design objective is to develop a fuzzy controller that regulates a vehicle’s speed ()t υ to a driver-specified value ()d t υ.Ⅳ. Speed control design using fuzzy logicFuzzy control logic and neural networks are other examples of methodologies control engineers are examining to address the control of very complex systems. A good fuzzy control logic application is in cruise control area.1) Design of PI fuzzy controllerSuppose that we wish to be able to track a step or ramp change in the driver-specified speed value()d t υ very accurately. A “PI fuzzy controller” can be used as shown in Fig. 1. In Fig. 1, thefuzzy controller is denoted by Φ; 0,1g g and 2g are scaling gains; and ()b t is the input of the integrator.Fig. 1 Speed control system using a PI fuzzy controllerFind the differential equation that describes the closed-loop system. Let the state be123[,,][,,]T T x x x x f b υ== and find a system of three first-order ordinary differential equationsthat can be used by the Runge-Kutta method in the simulation of the closed-loop system. Φ is used to represent the controller in the differential equations.For the reference input, three different test signals can be used as follows:a: Test input 1 makes ()d t υ=18m/sec (40.3 mph) for 010t ≤≤ and ()d t υ=22 m/sec (49.2 mph) for 1030t ≤≤.b: Test input 2 makes()d t υ=18m/sec (40.3 mph) for 010t ≤≤ and ()d t υ increaseslinearly (a ramp) from 18 to 22 /sec m by 25sec t =, and then ()22d t υ= for 2530t ≤≤.c: Test input 3 makes()d t υ=22 for 0t ≤ and we use (0)x as the initial condition (thisrepresents starting the vehicle at rest and suddenly commanding a large increase speed). Use (0)[18,197.2,20]T x = for test input 1 and 2.Design the fuzzy controller Φ to get less than 2% overshoot, a rise-time between 5 and 7 sec, and a settling time of less than 8 sec (i.e., reach to within 2% of the final value within 8 sec) for the jump from 18 to 22 /sec m in “test input 1” that is defined above. Also, for the ramp input (“test input2” above) it must have less than 1 mph (0.447 /sec m ) steady-state error (i.e., at the end of the ramp part of the input have less than 1 mph error). Fully specify the controller (e.g., the membership functions, rule-base defuzzification, etc.) and simulate the closed-loop system to demonstrate that it performs properly. Provide plots of ()t υ and ()d t υ on the same axis and()u t on a different plot. For test input 3 find the rise-time, overshoot, 2% settling time, andsteady-state error for the closed-loop system for the controller that you designed to meet the specifications for test input 1 and 2. Using the Runge-Kutta method and integration step size of 0.01, the simulation results can be shown as follows. ①.Test input 1Fig. 2 Vehicle speeds and the output of fuzzy controller using test input 1②.Test input 2Fig. 3 Vehicle speeds and the output of fuzzy controller using test input 2③.Test input 3Fig. 4 Vehicle speeds and the output of fuzzy controller using test input 32) Design of PD fuzzy controllerSuppose that you are concerned with tracking a step change in ()d t υ accurately and that you use the PD fuzzy controller shown in Fig. 5. To represent the derivative, simply use a backward difference()()()e t e t h c t h--= Where h is the integration step size in your simulation (or it could be your sampling period in an implementation).Fig. 5 Speed control system using a PD fuzzy controllerDesign a PD fuzzy controller to get less than 2% overshoot, a rise-time between 7 and 10 sec. and a settling time of less than 10 sec for test input 1 defined in a). Also, for the ramp input ( test input 2 in 1)) it must have less than 1 mph steady-state error to the ramp (i.e., at the end of the ramp part of the input, have less than 1 mph error).Fully specify your controller and simulate the closed-loop system to demonstrate that it performs properly. Provide plots of ()t υ and ()d t υ on the same axis and ()u t on a differentplot. In the simulations, the Runge-Kutta method is used and an integration step size of 0.01.x=for test inputs 1 and 2 (hence we ignore the derivative input Assume that (0)[18,197.2]Tin coming up with the state equations for the closed-loop system and simply use the approximation for c(t) that is shown above so that we have a two-state system). As a final test letx=and use test input 3 defined in 1).(0)0①.Test input 1Fig. 6 Vehicle speeds and the output of fuzzy controller using test input 1②.Test input 2Fig. 7 Vehicle speeds and the output of fuzzy controller using test input 2③.Test input 3Fig. 8 Vehicle speeds and the output of fuzzy controller using test input 3Ⅴ. SummaryTo keep an automobile’s speed constant, a speed control design method using fuzzy logic is presented. PI fuzzy controller and PD fuzzy controller design schemes are given to regulate a vehicle’s speed to a driver-specified value. The simulation results show the validity and of the proposed technique.The control design procedure can be summarized as follows:①Modeling and performance objectivesBasically, the role of modeling a fuzzy control design is quite similar to its role in conventional control system design. In fuzzy control there is a more significant emphasis on the use of heuristics. Conventional feedback controller design entails constructing a controller to meet the closed-loop specifications (such as disturbance rejection properties, insensitivity to plant parameter variations, stability, overshoot, steady-state error et al), which is also applied to fuzzy control design.②Fuzzy controller designFuzzy control design essentially amounts to (1) choosing the fuzzy controller inputs and outputs (2) choosing the preprocessing that is needed for the controller inputs and possibly postprocessing that is needed for the outputs, and (3) designing the four components of the fuzzy controller: (a) The fuzzification interface simply modifies the inputs so that they can be interpreted and compared to the rules in the rule-base. (b) The “rule-base” holds the knowledge, in the form of a set of rules, of how best to control the system. (c) The inference engine evaluates which control rules are relevant at the current time and then decides what the input to the plant should be. And (d) the defuzzification interface converts the conclusions reached by the inference engine into the inputs to the plant.③Computer simulationTo prove the effectivity of the controller design and check up whether the design requirements are realized or not.References[1] K. M. Passino and S. Yurkovich(1997). Fuzzy control, 1st edn, Addision Wesley Longman, Colifornia.[2] Ward, D. 1999. Berlitz complete guide to cruising and cruise ships 2000. Princeton, New Jersey: Berlitz Publishing Company.[3] Ioannou, P.A.; Chien, C.C. "Autonomous Intelligent Cruise Control," IEEE Trans. on Vehicular Technology, 42(4) :657 – 672, 1993.[4] Mayr, R. “Intelligent cruise control for vehicles based on feedback linearization”. Proc. of American Control Conference, pp. 16-20, 1994.。