3-1 模糊逻辑控制器由哪几部分组成？各完成什么功能？
答：模糊控制系统的主要部件是模糊化过程、知识库（数据库和规则库）、推理决策和精确化计算。
1、模糊化过程
模糊化过程主要完成：测量输入变量的值，并将数字表示形式的输入量转化为通常用语言值表示的某一限定码的序数。
2、知识库
知识库包括数据库和规则库。
1）、数据库
数据库提供必要的定义，包含了语言控制规则论域的离散化、量化和正规化以及输入空间的分区、隶属度函数的定义等。
2）、规则库
规则库根据控制目的和控制策略给出了一套由语言变量描述的并由专家或自学习产生的控制规则的集合。它包括：过程状态输入变量和控制输出变量的选择，模糊控制系统的建立。
3、推理决策逻辑
推理决策逻辑是利用知识库的信息模拟人类的推理决策过程，给出适合的控制量。（它是模糊控制的核心）。
4、精确化过程
在推理得到的模糊集合中取一个能最佳代表这个模糊推理结果可能性的精确值的过程称为精确化过程。
{模糊控制器采用数字计算机。它具有三个重要功能：
1）把系统的偏差从数字量转化为模糊量（模糊化过程、数据库两块）；
2）对模糊量由给定的规则进行模糊推理（规则库、推理决策完成）；
3）把推理结果的模糊输出量转化为实际系统能够接受的精确数字量或模拟量（精确化接口）。}
3-2 模糊逻辑控制器常规设计的步骤怎样？应该注意哪些问题？
答：常规设计方法
设计步骤如下：
1、确定模糊控制器的输入、输出变量
2、确定各输入、输出变量的变化范围、量化等级和量化因子
3、在各输入和输出语言变量的量化域内定义模糊子集。
4、模糊控制规则的确定
5、求模糊控制表
3-3 已知由极大极小推理法得到输出模糊集为：0.30.810.50.1 12345
C=++++
-----
.试用重心法计算出此推理结果的精确值z。
重心法
重心法是取模糊隶属度函数的曲线与横坐标围城面积的重心为模糊推理最终输出值。
连续：0()()v V
v
V
v v dv
v v dv
μμ=
??
离散：101
()
()
m
k
v
k
k m
v
k
k v v v v μμ===
∑∑
采用离散重心法：
离散：
101
()
()
0.3(1)0.8(2)1(3)0.5(4)0.1(5)0.30.810.50.1
0.3(1)0.8(2)1(3)0.5(4)0.1(5)2.7
=-2.7407
m
k
v
k
k m
v
k
k v v v v μμ===
?-+?-+?-+?-+?-=
++++?-+?-+?-+?-+?-=
∑∑ 3-5 设在论域(){42024}e =--误差，，，，和控制电压{024,6,8}u =，，上定义的模糊子集的隶
属度函数分别如图3-21、图3-22所示。
已知模糊控制规则:
规则1：如果误差e为ZE，则u为ZE；
规则2：如果误差e为PS，则u为NS；
e=时，输出电压u=？（精确化计算采用重心法）试应用玛达尼推理法计算当输入误差0.6
回顾：
削顶推理法
整个推理过程其几何意义是分别在不同规则中用各自推理嵌件的总隶属度去切割本推理规则中后件的隶属度函数以得到输出结果。
这种推理方法步骤是
1、在推理前件中选取各个条件中最不适配的隶属度（隶属度最小的值，也就是从推理嵌件
到后件削顶进行“与”运算）；
2、对所有规则的结论部选取最大适配度的隶属度（隶属度最大的值，也就是从对所有结论
进行“并”运算）。
例2-15 对于二输入二规则的推理过程
解：
根据输入和输出变量的个数，所需规则的最大数目。
由于
规则1：如果误差e为ZE，则u为ZE；
规则2：如果误差e为PS，则u为NS；
控制规则表
解：
1） 模糊化过程
当输入误差e 为0.6，
看图1，0.6e =，正小10.625μ=；零20.375μ=
(,),(2,0),(0,1)20
1010.60.7
e e e e e e μμμ-=
--==当时
(,),(0,0),(0,2)2000
0.60.3
e e
e e e
e μμμ-=
-==当时
2） 模糊逻辑推理
根据已知模糊控制规则：
规则1： 如果误差e 为ZE ，则u 为ZE ； 规则2： 如果误差e 为PS ，则u 为NS ；
对应规则库
对应规则1：误差e 为ZE 的隶属度是0.7，那么u 为ZE 的隶属度0.7μ= 对应规则2：误差e 为PS 的隶属度是0.3，那么u 为NS 的隶属度0.3μ= 3） 精确化计算： 重心法
输出的阀门流量u 为
0.6
2.6
3.4
4.662
00.6 2.6 3.4 4.60.6 2.6 3.4 4.6600.6 2.6 3.4 4.6()()1260.30.7()222126
0.30.7()2228.06 2.42003.3306
U
u U
u u udu u u du
u u u du udu udu udu udu u u udu du du du du μ
μ
=
--++++-=--++++-=
=???????????? 阀门的确切开度为3.3306
3-1 模糊逻辑控制器由哪几部分组成？各完成什么功能？ 答：模糊控制系统的主要部件是模糊化过程、知识库（数据库和规则库）、推理决策和精确化计算。 1、模糊化过程 模糊化过程主要完成：测量输入变量的值，并将数字表示形式的输入量转化为通常用语言值表示的某一限定码的序数。 2、知识库 知识库包括数据库和规则库。 1）、数据库 数据库提供必要的定义，包含了语言控制规则论域的离散化、量化和正规化以及输入空间的分区、隶属度函数的定义等。 2）、规则库 规则库根据控制目的和控制策略给出了一套由语言变量描述的并由专家或自学习产生的控制规则的集合。它包括：过程状态输入变量和控制输出变量的选择，模糊控制系统的建立。 3、推理决策逻辑 推理决策逻辑是利用知识库的信息模拟人类的推理决策过程，给出适合的控制量。（它是模糊控制的核心）。 4、精确化过程 在推理得到的模糊集合中取一个能最佳代表这个模糊推理结果可能性的精确值的过程称为精确化过程。
{模糊控制器采用数字计算机。它具有三个重要功能： 1）把系统的偏差从数字量转化为模糊量（模糊化过程、数据库两块）； 2）对模糊量由给定的规则进行模糊推理（规则库、推理决策完成）； 3）把推理结果的模糊输出量转化为实际系统能够接受的精确数字量或模拟量（精确化接口）。} 3-2 模糊逻辑控制器常规设计的步骤怎样？应该注意哪些问题？ 答：常规设计方法 设计步骤如下： 1、确定模糊控制器的输入、输出变量 2、确定各输入、输出变量的变化范围、量化等级和量化因子 3、在各输入和输出语言变量的量化域内定义模糊子集。 4、模糊控制规则的确定 5、求模糊控制表 3-3 已知由极大极小推理法得到输出模糊集为：0.30.810.50.112345 C = ++++-----.试用重心法计算出此推理结果的精确值z 。 重心法 重心法 是取模糊隶属度函数的曲线与横坐标围城面积的重心为模糊推理最终输出值。 连续：0()()v V v V v v dv v v dv μμ=??
第五章电感式传感器 思考题： 1、说明变气隙型电感传感器、差动变压器式传感器和涡流传感器的主要组成、工作原理和基本特性。 答： a)变气隙型电感传感器主要由线圈、铁心、衔铁三部分组成的。线圈是套在铁心上的，在铁心与衔铁之间有一个空气隙，空气隙厚度为δ。传感器的运动部分与衔铁相连。当外部作用力作用在传感器的运动部分时，衔铁将产生位移，使空气隙δ发生变化，磁路磁阻R m发生变化，从而引起线圈电感的变化。线圈电感L的变化与空气隙δ的变化相对应，这样只要测出线圈的电感就能判定空气隙的大小，也就是衔铁的位移。 b)差动变压器式传感器主要由铁心、衔铁和线圈组成。线圈又分为初级线圈（也称激励线圈）和次级线圈（也称输出线圈）。上下两个铁心及初级、次级线圈是对称的。衔铁位于两个铁心中间。上下两个初级线圈串联后接交流激磁电压1，两个次级线圈按电势反相串联。它的优点是灵敏度高，一般用于测量几微米至几百微米的机械位移。缺点是示值范围小，非线性严重。 c)涡流传感器的结构很简单，有一个扁平线圈固定在框架上构成。线圈用高强度漆包线或银线绕制而成，用粘合剂站在框架端部，也可以在框架上开一条槽，将导线绕在槽内形成一个线圈。涡流传感器的工作原理是涡流效应，当一块金属导体放置在一变化的磁场中，导体内就会产生感应电流，这种电流像水中漩涡那样在导体内转圈，所以称之为电涡流或涡流。这种现象就称为涡流效应。涡流传感器最大的特点是可以实现非接触式测量，可以测量振动、位移、厚度、转速、温度和硬度等参数，还可以进行无损探伤，并且具有结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量线性范围大、体积小等优点。 2、为什么螺管型电感传感器比变气隙型电感传感器有更大的测位移范围？ 答：变气隙型灵敏度高，因为原始气隙δ0一般取得很小（0.1~0.5mm），当气隙变化为△δ=1μm时，电感的相对变化量△L/L0可达0.01~0.002，因而它对处理电路的放大倍数要求低。它的主要缺点是非线性严重，为了减小非线性，量程就必须限制在较小范围内，通常为气隙δ0的1/5以下，同时，这种传感器制造装
语言变量X ，Y ，Z 的隶属度函数. 设计带有纯延迟的一阶惯性环节（假设T=6,=0.02）： G(s)=s e s 6102.0+ 的模糊控制器，观察仿真结果。 编程如下： %被控系统建模 num=1; den=[6,1]; [a1,b,c,d]=tf2ss(num,den);%传递函数转换到状态空间 x=[0]; %系统参数 T=0.01;h=T;td=0.02;N=1000; nd=td/T;%系统纯延迟 R=ones(1,N);%参考输入 %定义输入和输出变量及隶属度函数
a=newfis('Simple'); a=addvar(a,'input','e',[-4 4]); a=addmf(a,'input',1,'NB','trimf',[-4,-4,-2]); a=addmf(a,'input',1,'NS','trimf',[-4,-2,0]); a=addmf(a,'input',1,'ZO','trimf',[-2,0,2]); a=addmf(a,'input',1,'PS','trimf',[0,2,4]); a=addmf(a,'input',1,'PB','trimf',[2,4,4]); a=addvar(a,'input','de',[-4 4]); a=addmf(a,'input',2,'NB','trimf',[-4,-4,-2]); a=addmf(a,'input',2,'NS','trimf',[-4,-2,0]); a=addmf(a,'input',2,'ZO','trimf',[-2,0,2]); a=addmf(a,'input',2,'PS','trimf',[0,2,4]); a=addmf(a,'input',2,'PB','trimf',[2,4,4]); a=addvar(a,'output','u',[-4 4]); a=addmf(a,'output',1,'NB','trimf',[-4,-4,-2]); a=addmf(a,'output',1,'NS','trimf',[-4,-2,0]); a=addmf(a,'output',1,'ZO','trimf',[-2,0,2]); a=addmf(a,'output',1,'PS','trimf',[0,2,4]); a=addmf(a,'output',1,'PB','trimf',[2,4,4]); %模糊规则矩阵 rr=[5 5 4 4 3 5 4 4 3 3 4 4 3 3 2 4 3 3 2 2 3 3 2 2 1]; r1=zeros(prod(size(rr)),3);k=1; for i=1:size(rr,1) for j=1:size(rr,2) r1(k,:)=[i,j,rr(i,j)]; k=k+1; end end [r,s]=size(r1); r2=ones(r,2); rulelist=[r1,r2]; a=addrule(a,rulelist); %采用模糊控制器的二阶系统仿真 e=0;de=0; ke=30;kd=5;ku=1; for k=1:N %输入变量变换至论域 e1=ke*e; de1=kd*de; if e1>=4
(单选题)1: 一般认为，人工神经网络适用于（） A: 线性系统 B: 多变量系统 C: 多输入多输出系统 D: 非线性系统 正确答案: (单选题)2: 递阶控制系统的结构是根据下列原理设计的（） A: 精度随智能降低而提高 B: 精度随智能提高而提高 C: 精度随智能降低而降低 D: 精度与智能无关 正确答案: (单选题)3: 智能控制成为国际上独立新学科的时间为20世纪（） A: 60年代 B: 70年代 C: 80年代 D: 90年代 正确答案: (单选题)4: 基于模式识别的控制系统属于（） A: 学习控制系统 B: 专家控制系统 C: 进化控制系统 D: 模糊控制系统 正确答案: (单选题)5: 能够在系统运行过程中估计未知信息，并据之进行优化与控制，以便逐步改进系统性能的控制叫做（） A: 最优控制 B: 反馈控制 C: 随机控制 D: 学习控制 正确答案: (单选题)6: 最早提出人工神经网络思想的学者是（） A: McCulloch-Pitts B: Hebb C: Widrow-Hoff D: Rosenblatt 正确答案: (单选题)7: 解决自动控制面临问题的一条有效途径就是把人工智能等技术用于自动控制系统，其核心是（） A: 控制算法 B: 控制结构 C: 控制器智能化 D: 控制系统仿真 正确答案: (单选题)8: 智能控制的“四元交集结构”的四元，指的是（） A: 计算机科学、自动控制、人工智能、神经网络 B: 人工智能、自动控制、信息论、系统论 C: 人工智能、自动控制、信息论、机器学习 D: 自动控制、人工智能、信息论、运筹学 正确答案: (单选题)9: 模糊控制是以模糊集合为基础的，提出模糊集合的科学家是（）
5-1 什么是专家系统？它具有哪些特点和优点？ 专家系统（Expert System) 是一个智能计算机程序系统，其内部含有大量的某个领域专家水平的知识与经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来处理该领域问题。也就是说，专家系统是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统，它应用人工智能技术和计算机技术，根据某领域一个或多个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，以便解决那些需要人类专家处理的复杂问题。简而言之，专家系统是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。 专家系统的特点如下： （1）启发性。不仅能使用逻辑知识，也能使用启发性知识，它运用规范的专门知识和直觉的评判知识进行判断、推理和联想，实现问题求解； （2）透明性。它使用户在对专家系统结构不了解的情况下，可以进行相互交往，并了解知识的内容和推理思路，系统还能回答用户的一些有关系统自身行为的问题； （3）灵活性。专家系统的知识与推理机构的分离，使系统不断接纳新的知识，从而确保系统内知识不断增长以满足商业和研究的需要； （4）实用性。可长期保存人类专家的知识与经验，且工作效率高、可靠性好、能汇集众多专家的特长，达到高于任何单个专家的水平，是保存、传播、使用及提高专家知识与经验的有效工具； （5）符号操作。与常规程序进行数据处理和数字计算不同，专家系统强调符号处理和符号操作。使用符号表示知识，用符号集合表示问题的概念，一个符号是一串程序设计，并可用于表示现实世界中的概念； （6）不确定性推理。领域专家求解问题的方法大多数是经验性的，经验知识一般用于表示不精确性且存在一定概率的问题。此外，其提供的有关信息往往是不确定的。而专家系统能够综合应用模糊和不确定的信息与知识进行推理； 专家系统的优点如下： （1）专家系统能够高效率、准确、周到、迅速和不知疲倦地进行工作； （2）专家系统解决实际问题时不受周围环境的影响，也不可能遗漏忘记； （3）军事专家系统的水平是一个国家国防现代化的重要标志之一；
机电系统智能控制技术课程作业答案（3） 一、填空题 1．信息处理系统 2．轴突突触 3．自学习自组织自适应性 4．转移函数 5．线性多层感知器 6．收敛 7．在线学习离线训练 8．系统在线辨识器NNI 自适应控制器NNC 二、选择题 1．A 2. D 3. C 4. A 5．B 6. B 7. C 8. D 三、简答题 1.神经网络有何主要特征？有那些基本功能？ 解答： （1）神经网络的主要特征 人工神经网络是基于对人脑组织结构、活动机制的初步认识提出的一种新型信息处理体系。通过模仿脑神经系统的组织结构以及某些活动机理，人工神经网络可呈现出人脑的许多特征。结构特征包括：信息的并行处理、分布式存储与容错性；能力特征包括：自学习能力、自组织能力与自适应性能力。 （2）神经网络的基本功能 人工神经网络是借鉴于生物神经网络的新型智能信息处理系统，由于其结构上“仿造”了人脑的生物神经系统，因而其功能上也具有了某种智能特点。主要功能包括：联想记忆功能、非线性映射功能、分类与识别功能、优化计算功能和知识处理功能。 2．简述BP神经网络的主要优点和主要局限性。 解答： （1）BP神经网络的主要优点 非线性映射能力BP网络能学习和存贮大量输入-输出模式映射关系，而无需事先了解
描述这种映射关系的数学方程。只要能提供足够多的样本模式对供BP 网络进行学习训练，它便能完成由n 维输入空间到m 维输出空间的非线性映射。 泛化能力 BP 网络训练后将所提取的样本对中的非线性映射关系存储在权矩阵中，在其后的工作阶段，当向网络输入训练时未曾见过的非样本数据时，网络也能完成由输入空间向输出空间的正确映射。 容错能力 BP 网络允许输入样本中带有较大的误差甚至个别错误。因为对权矩阵的调整过程也是从大量的样本对中提取统计特性的过程，反映正确规律的知识来自全体样本，样本中的误差不能左右对权矩阵的调整。 （2）BP 神经网络的主要局限性 易形成局部极小而得不到全局最优； 训练次数多使得学习效率低，收敛速度慢； 隐节点的选取缺乏理论指导； 训练时学习新样本有遗忘旧样本的趋势。 四、计算题 该单层感知器输出为 将真值表中的4种输入依次代入上式，所得结果填入真值表。 从真值表可以看出，该感知器实现的是“与”逻辑。 ???<-+>-+=05.05.000 5.012121x x x x y
1、已知某一炉温控制系统，要求温度保持在600 度恒定。 针对该控制系统有以下控制经验： （1）若炉温低于600 度，则升压；低的越多升压越高。 （2）若炉温高于600 度，则降压；高的越多降压越低。 （3）若炉温等于600 度，则保持电压不变。设模糊控制器为一维控制器，输入语言变量为误差，输出为控制电压。输入、输出变量的量化等级为7 级，取5 个模糊集。试设计隶属度函数误差变化划分表、控制电压变化划分表和模糊控制规则表。 解：1）确定变量 定义理想温度为600 C,实际温度为T,则温度误差为 E=600-T。 将温度误差E 作为输入变量 2）输入量和输出量的模糊化 将偏差E分为5个模糊集：NB、NS、ZO、PS、PB,分别为负小、负大、零、正小、正大。将偏差E 的变化分为7 个等级：-3 -2 -1 0 1 2 3，从而得到温度模糊表如表1 所示。
表1温度变化E划分表 控制电压也分为个模糊集：、、、、,分 别为负小、负大、零、正小、正大。将电压u的变化分为7 个等级：-3 -2 -1 0 1 2 3，从而得到电压变化模糊表如表2所示。 表2电压变化u划分表
表3 模糊控制规则表 E PB PS ZO NS NB u PB PS ZO NS NB Edit or: Un+ it 1 e J. 歼cw OptigT
叮叮小文库
叮叮小文库 2、利用MATLAB,为下列两个系统设计模糊控制器使其稳态 误差为 零，超调量不大于 1%，输出上升时间w 0.3s 。假定被 控对象的传递函数分别为： Gg e 0亦 (s 1)2 G2(S ) 4.228 (s 0.5)( s 2 1.64 s 8.456) 解： 在matlab 窗口命令中键入 fuzzy ，得到如下键面: 设e 的论域范围为［-1 1］ , de 的论域范围为［-0.1 0.1］ , u 的论 域范围为［ 0 2］。 将e 分为8个模糊集，分别为 NB ,NM, NS, NZ, PZ, PS, PM, PB; de 分为7个模糊集，分别为NB ,NM ,NS, Z ,PS ,PM ,PB; u 分为7个模糊集，分别为 NB ,NM ,NS, Z ,PS ,PM ,PB;
第十章光电传感器思考题与习题 1.单项选择题 1）晒太阳取暖利用了________；人造卫星的光电池板利用了________；植物的生长利用了________。 A．光电效应B．光化学效应C．光热效应D．感光效应 2）蓝光的波长比红光________，相同光子数目的蓝光能量比红光________。 A．长B．短C．大D．小 3）光敏二极管属于________，光电池属于________。 A．外光电效应B．内光电效应C．光生伏特效应D．光热效应 4）光敏二极管在测光电路中应处于________偏置状态，而光电池通常处于________偏置状态。 A．正向B．反向C．零 5）光纤通讯中，与出射光纤耦合的光电元件应选用________。 A．光敏电阻B．PIN光敏二极管C．APD光敏二极管D．光敏三极管 6）温度上升，光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管的暗电流________。 A．增加B．减小C．不变 7）普通型硅光电池的峰值波长为________，落在________区域。 A．0.8m B．8mm C．0.8μｍD．0.8nｍ D．可见光E．近红外光F．紫外光G.远红外光 8）欲精密测量光的照度，光电池应配接________。 A．电压放大器B．A/D转换器C．电荷放大器D．I/U转换器 9）欲利用光电池为手机充电，需将数片光电池________起来，以提高输出电压，再将几组光电池________起来，以提高输出电流。 A．并联B.串联 C.短路 D.开路 10）欲利用光电池在灯光（约200lx）下驱动液晶计算器（1.5V）工作，设每片光电池的有载输出电压约为0.4V，则必须将______片光电池串联起来才能正常工作。 A．2片 B.3片 C.4片 D.20片 11）光导纤维是利用光的________原理来远距离传输信号的。 A．光的偏振 B.光的干涉 C.光的散射 D.光的全反射 12）光纤通信应采用________作为光纤的光源；光纤水位计可以采用________作为光纤的光源较为经济。 A．白炽灯 B. LED C. LCD D. ILD 13）要测量高压变压器的三相绝缘子是否过热，应选用________；要监视银行大厅的人流，应选用________。 A．热敏电阻B．数码摄像机C．红外热像仪D．热电偶 14）CCD数码相机的像素越高，分辨率就越________，每张照片占据的存储器空间就越________。 A．高 B. 低 C. 大 D. 小 1
智慧树知到《临床免疫学检验技术》章节测试答案第一章 1、免疫球蛋白的分类依据是： A.轻链恒定区 B.重链恒定区 C.轻链可变区 D.重链可变区 E.铰链区 正确答案：重链恒定区 2、IgG的补体结合位点位于： A.VH和VL B.CH1和CL C.CH2 D.CH3 E.CH4 正确答案：CH2 3、各种抗体单体分子共有的特性是： A.与靶细胞结合后能介导ADCC作用 B.具有两个完全相同的抗原结合部位 C.轻链与重链以非共价键结合 D.与抗原结合后能激活补体 E.与颗粒性抗原结合后能介导调理作用
正确答案：具有两个完全相同的抗原结合部位 4、以下哪种技术极大提高了免疫学检测的特异性？ A.标记技术； B.单克隆抗体技术； C.计算机技术； D.分子生物学技术； E.细胞培养技术。 正确答案：标记技术； 5、最早用于标记免疫测定的标记物是 A.荧光素 B.放射性核素 C.酶 D.化学放光物质 E.胶体金 正确答案：荧光素 6、抗体的基本单位是： A.由2条不同重链和2条不同轻链组成的多肽链结构 B.由1条重链和1条轻链组成的二肽链结构 C.由2条相同的重链和2条相同的轻链组成的四肽链结构 D.由2条相同重链和2条不同轻链组成的多肽链结构 E.由4条相同的肽链组成的四肽链结构 正确答案：由2条相同的重链和2条相同的轻链组成的四肽链结构
7、木瓜蛋白酶能将抗体水解成： A.Fab和Fc B.F(ab’)2和Fc C.Fab和pFc’ D.Fab’和pFc’ E.F(ab’)2和pFc’ 正确答案：Fab和Fc 8、抗体中与抗原表位互补结合的部位： A.仅重链可变区 B.仅轻链可变区 C.重链恒定区 D.轻链恒定区 E.重链和轻链的高变区 正确答案：重链和轻链的高变区 9、血清中含量最高的抗体是： A.IgG B.IgM C.IgA D.IgD E.IgE 正确答案：IgG 10、机体再次免疫应答的主要抗体是：
智能控制导论大作业 学号：021151** 姓名：** 任课教师:吴**
目录 一、说明………………………………………………………………… I.文章出处………………………………………………………… 二、论文翻译…………………………………………………………… I.摘要……………………………………………………………… II.引言……………………………………………………………… III.背景信息…………………………………………………………… IV.神经网络整体结构……………………………………………… V.神经网络的整体的标定中的应用……………………………… VI.总结……………………………………………………………… 三、课程与论文关系…………………………………………………… 四、智能导论课程总结…………………………………………………
一、说明 本次大作业针对“Improved Calibration of Near-Infrared Spectra by Using Ensembles of Neural Network Models”文章进行翻译。这篇文章摘自IEEE SENSORS JOURNAL, VOL. 10, NO. 3, MARCH 2010。作者是Abhisek Ukil, Member, IEEE, Jakob Bernasconi, Hubert Braendle, Henry Buijs, and Sacha Bonenfant。 二、论文翻译 利用神经网络模型整体对近红外光谱校正改进 摘要: 红外（IR）或近红外（NIR）光谱技术是用来识别一种混合物或来分析材料的组成的方法。NIR光谱的校准是指利用光谱的多变量描述来预测各组分的浓度。建立一个校正模型，最先进的软件主要使用线性回归技术。对于非线性校正问题，基于神经网络的模型已经被证明是一个有意义的选择。在本文中，我们提出了一个新的基于神经网络的扩展传统的方法，利用神经网络模型整体。个别神经网络是从重采样与引导或交叉验证技术训练信息数据中获得。在一个现实的校准实施例中得到的结果表明，该集合为基础的方法，会产生一个比传统的回归方法更显著更精确和鲁棒性强的校准模型。 关键词： 自举，校准，计量学，交叉验证，傅立叶变换，近红外（NIR），近红外光谱仪，神经网络，光谱。 I.引言: 红外（IR）或近红外（NIR）光谱技术是用来识别一种混合物或来分析材料的组成的方法。这是通过学习物质与红外光间相互作用而完成的。红外/近红外光谱是指红外光的吸收为波长的函数。在红外光谱中，考虑的频率范围通常是14000和10厘米分之一。注意，所施加的频率刻度是波数（以厘米倒数为单位），而不是波长（以微米为单位）。该材料在不同频率下的吸收测定中的百分比。“化学计量学”是数学和统计方法的应用，以化学数据的分析，例如，多元校正，信号处理/调节，模式识别，实验设计等。 在化学计量学，校准是通过使用光谱多变量描述符来预测不同成分的浓度来实现。在本文中，我们提出并分析采用基于神经网络的校正模型整体。整体的个别型通过重新取样与引导或交叉验证技术的原始训练数据的实现。该集成模型被示为导致显著改善预测精度和鲁棒性，当与常规的校准方法相比。 在本文的其余部分安排如下。在第二节中，提供有关工作的背景信息。这包括使用的光谱仪，数据采样，目前最先进的校准方法和基于神经网络的校准模型的信息。第三节介绍了
精品文档 3-1模糊逻辑控制器由哪几部分组成？各完成什么功能？答：模糊控制系统的主要部件是模糊化过程、知识库（数据 库和规则库）、推理决策和精确化计算。 K模糊化过程模糊化过程主要完成：测量输入变量 的值，并将数字表示形式的输入量转化为通常用语言值表示 的某一限定码的序数。 2、知识库知识库包括数据库和规则库。 1）＞数据库数据库提供必要的定义，包含了语言控 制规则论域的离散化、量化和正规化以及输入空间的分区、 隶属度函数的定义等。 2）、规则库规则库根据控制目的和控制策略给出 了一套由语言变量描述的并由专家或自学习产生的控制规则的集合。它包括：过程状态输入变量和控制输出变量的选择，模糊控制系统的建立。 3、推理决策逻辑推理决策逻辑是利用知识库的信息模拟人类的推理决策过程，给出适合的控制量。（它是模糊控制的核心）。 4、精确化过程在推理得到的模糊集合中取一个能最 AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF
佳代表这个模糊推理结果可能性的精确值的过程称为精确化过程。 ｛模糊控制器采用数字计算机。它具有三个重要功能: 1）把系统的偏差从数字量转化为模糊量（模糊化过程、数据库两块）; 2）对模糊量由给定的规则进行模糊推理（规则库、推理决策完成）; 3）把推理结果的模糊输出量转化为实际系统能够接受的精确数字量或模拟量（精确化接口）。 3-2模糊逻辑控制器常规设计的步骤怎样？应该注意哪些问题？答：常规设计方法设计步骤如下: 确定模糊控制器的输入、输出变量 2、确定各输入、输出变量的变化范围、量化等级和量 化因子 3、在各输入和输出语言变量的量化域内定义模糊子 集。 模糊控制规则的确定5、求模糊控制表 AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF 4、
1、已知某一炉温控制系统，要求温度保持在600度恒定。针对该控制系统有以下控制经验： （1）若炉温低于600度，则升压；低的越多升压越高。（2）若炉温高于600度，则降压；高的越多降压越低。（3）若炉温等于600度，则保持电压不变。 设模糊控制器为一维控制器，输入语言变量为误差，输出为控制电压。输入、输出变量的量化等级为7级，取5个模糊集。试设计隶属度函数误差变化划分表、控制电压变化划分表和模糊控制规则表。 解：1）确定变量 定义理想温度为600℃，实际温度为T，则温度误差为E=600-T。 将温度误差E作为输入变量 2）输入量和输出量的模糊化 将偏差E分为5个模糊集：NB、NS、ZO、PS、PB，分别为负小、负大、零、正小、正大。将偏差E的变化分为7个等级：-3 -2 -1 0 1 2 3，从而得到温度模糊表如表1所示。
表1 温度变化E划分表 控制电压u也分为5个模糊集：NB、NS、ZO、PS、PB，分别为负小、负大、零、正小、正大。将电压u的变化分为7个等级：-3 -2 -1 0 1 2 3，从而得到电压变化模糊表如表2所示。 表2 电压变化u划分表
表3 模糊控制规则表 E PB PS ZO NS NB u PB PS ZO NS NB
2、利用MATLAB,为下列两个系统设计模糊控制器使其稳态误差为零，超调量不大于1%，输出上升时间≤0.3s 。假定被控对象的传递函数分别为： 2 55 .01)1()(+=-s e s G s ) 456.864.1)(5.0(228 .4)(22+++= s s s s G 解： 在matlab 窗口命令中键入fuzzy ，得到如下键面： 设e 的论域范围为[-1 1]，de 的论域范围为[-0.1 0.1]，u 的论域范围为[0 2]。 将e 分为8个模糊集，分别为NB ,NM, NS, NZ, PZ, PS, PM, PB; de 分为7个模糊集，分别为NB ,NM ,NS, Z ,PS ,PM ,PB; u 分为7个模糊集，分别为NB ,NM ,NS, Z ,PS ,PM ,PB;
第三章新型传感器 【3】简述湿敏电阻式传感器的工作原理。 答：水分子有较大的偶极矩（分子中征服中心不重合的程度），故易于吸附在固体表面并渗入固体内部。水分子的这种吸附和渗透称为水分子亲和力特征，利用这一特征制作的湿度传感器称为水分子亲和力型湿度传感器。 湿敏电阻是电阻值随着环境相对湿度变化而变化的敏感元件。主要由绝缘基板、湿敏层和电极组成。湿敏层吸收了环境中的水分子后引起电阻值的变化，再经过测量电路转换为电压的形式输出。 【8】光电效应有哪几种？与之对应的光电元件各有哪些？ 答：根据光电效应现象的不同特征，可将光电效应分为外光电效应、内光电效应和光生伏打效应三类。 光电器件有：光电管、光电倍增管、光敏电阻（内光电效应）、光敏二极管（内光电效应）、光敏三极管（内光电效应）、光电池（光生伏打效应）和光电耦合器。 【9】光电传感器有哪几部分组成？被测量可以影响光电传感器的哪些部分？ 答：光电传感器通常由光源、光学通路和光电元件三部分组成。如图所示。图中Ф1是光源发出的光信号，Ф2是光电器件接受的光信号，被测量可以是x1或者x2，它们能够分别造成光源本身或光学通路的变化，从而影响传感器输出的电信号I。光电传感器设计灵活，形式多样，在越来越多的领域内得到广泛的应用。 【12】超声波传感器如何对工件进行探伤？ 答：从超声波的行进方向来看，可分为两种基本类型：投射型和反射型。 超声波探伤是一种无损检测技术，最常用的是脉冲反射法。测试前，先将探头插入探伤仪的连接插座上。探伤仪面板上有一个荧光屏，通过荧光屏可知工件中是否存在缺陷、缺陷的大小及位置。工作时探头放于被测工件上，并在工件上来回移动进行检测。探头发出的超声波，以一定速度向工件内部传播，如工件中没有缺陷，则超声波传到工件底部便产生反射，在荧光屏上只出现始脉冲T 和底脉冲B。如工件中有缺陷，一部分声脉冲在缺陷处产生反射，另一部分继续传播到工件底部反射，在荧光屏上出现三个脉冲，多了一个脉冲F。通过缺陷脉冲在萤光屏上的位置可确定缺陷在工件中的位置，也可以通过脉冲的幅度高低来判别缺陷的大小。 【增】简述智能传感器的构成方法与实现途径。 答：智能传感器可以对信号进行检测、分析、处理、存储和通信，具备了人类的记忆、分析、思考和交流的能力，即具备了人类的智能，所以称为智能传感器。智能传感器主要由传感器、微处理器及相关电路组成。 目前传感技术的发展是沿着三条途径实现智能传感器的: (1)非集成实现：将传统的经典传感器（采用非集成工艺制作的传感器，仅具有获取信号的
1、模糊控制器有哪几部分组成？各完成什么功能？ 答：模糊控制器主要是由模糊化、知识库、模糊推理和去模糊化四个功能模块组成。 模糊化：为实现模糊控制而将精确的输入量进行模糊化处理，是将精确量转化为模糊量的过程。模糊化模块在不同的阶段有不同的作用：a、确定符合模糊控制器要求的输入量和输出量。b、对输入输出变量进行尺度变换，使之落于各自的论域范围内。c、对已经论域变换的输入量进行模糊化处理，包括模糊分割和隶属函数的确定。 知识库：知识库通常由数据库和规则库组成，包含了具体应用领域的知识和要求。其中，数据库主要包含输入输出变量的尺度变换因子、输入输出空间的模糊分割以及模糊变量的模糊取值及相应的隶属度函数选择和形状等方面的内容。 规则库包含了用模糊语言描述专家的经验知识，来表示一系列控制规则。它们反映了控制专家的经验和知识。 模糊推理：是一种近似推理，根据模糊控制规则库和当前系统状态推断出应施加的控制量的过程，由推理机完成。 去模糊化：由于控制器输出到具体的执行机构的信号必须是清晰的精确量，因此，需要一个与输入模糊化相反的过程，即把模糊推理结果转变为清晰量，他实现从输出论域上输出模糊空间到输出精确空间的映射。 2、模糊控制器设计的步骤怎样？ 答：模糊控制器的设计包括以下几个方面的内容； ①、输入变量和输出变量的确定。 ②、输入输出变量的论域和模糊分割，以及包括量化因子和比例因子在内的控制 参数的选择。 ③、输入变量的模糊化和输出变量的清晰化。 ④、模糊控制规则的设计以及模糊推理模型的选择。 ⑤、模糊控制程序的编制。 3、清晰化的方法有哪些？ 答：清晰化的方法： ①、最大隶属度法：这种方法将模糊推理得到的结论中最大隶属度值最对应的元 素作为控制器输出的精确值，如果有多个最大点，则取其平均值。
智能控制作业 学生： 学 号： 专业班级： 7-2 采用BP 网路、RBF 网路、DRNN 网路逼近线性对象 2) 1(1)1(9.0)1()(-+-?--=k y k y k u k y ，分别进行matlab 仿真。 （一）采用BP 网络仿真 网络结构为2-6-1。采样时间1ms ，输入信号)6sin(5.0)(t k u ?=π，权值21,W W 的初值随机取值，05.0,05.0==αη。 仿真m 文件程序为： %BP simulation clear all; clear all; xite=0.5; alfa=0.5; w1=rands(2,6); % value of w1,initially by random w1_1=w1;w1_2=w1; w2=rands(6,1); % value of w2,initially by random w2_1=w2;w2_2=w2_1; dw1=0*w1; x=[0,0]'; u_1=0; y_1=0; I=[0,0,0,0,0,0]'; % input of yinhanceng cell Iout=[0,0,0,0,0,0]'; % output of yinhanceng cell FI=[0,0,0,0,0,0]'; ts=0.001; for k=1:1:1000 time(k)=k*ts;
u(k)=0.5*sin(3*2*pi*k*ts); y(k)=(u_1-0.9*y_1)/(1+y_1^2); for j=1:1:6 I(j)=x'*w1(:,j); Iout(j)=1/(1+exp(-I(j))); end yn(k)=w2'*Iout; %output of network e(k)=y(k)-yn(k); % error calculation w2=w2_1+(xite*e(k))*Iout+alfa*(w2_1-w2_2); % rectify of w2 for j=1:1:6 FI(j)=exp(-I(j))/(1+exp(-I(j))^2); end for i=1:1:2 for j=1:1:6 dw1(i,j)=e(k)*xite*FI(j)*w2(j)*x(i); % dw1 calculation end end w1=w1_1+dw1+alfa*(w1_1-w1_2); % rectify of w1 % jacobian information yu=0; for j=1:1:6 yu=yu+w2(j)*w1(1,j)*FI(j); end dyu(k)=yu; x(1)=u(k); x(2)=y(k); w1_2=w1_1;w1_1=w1; w2_2=w2_1;w2_1=w2; u_1=u(k); y_1=y(k); end figure(1); plot(time,y,'r',time,yn,'b'); xlabel('times');ylabel('y and yn');
第二章测试系统 2-2 解释下列概念：频率特性、频响函数和工作频带 解：频率特性是指测试系统反映出来的输出与输入幅值之比和两者之间相位差是输入频率的函数的特性。 频响函数是指系统稳态输出量的付立叶变换与输入量的付立叶变换之比。（参见教材P11页） 或者频响函数是指当测试系统的输入为正弦信号时，将该信号的输出与输入之比。 工作频带是指测试装置的适用频率范围，在该频率范围内，仪器装置的测试结果均能保证达到其它相关的性能指标。（或P25工作频率范围） 2-4 某动压力测量时，所采用的压电式压力传感器的灵敏度为90.0nC/MPa，将它与增益为0.005V/nC的电荷放大器相连，然后将其输出送入到一台笔式记录仪，记录仪的灵敏度为20mm/V，试计算系统的总灵敏度。又当压力变化3.5MPa时，记录笔在记录纸上的偏移量是多少？ 解：系统总灵敏度为：90.0×0.005×20=9mm/MPa 当压力变化3.5MPa时，记录笔在记录纸上的偏移量为： 3.5×9=31.5mm
2-5 用某一阶装置测量频率为100Hz 的正弦信号，要求幅值误差限制在5%以内，问其时间常数应取多少？如果用具有该时间常数的同一装置测量频率为50Hz 的正弦信号，试问此时的幅值误差和相角差分别为多少？ 解：（1）根据一阶系统的幅频特性可知： %51) (111)(A 2 ≤-+= -τωω，即%5) (1112 ≤+- τω 将Hz f ππω0022==代入上式，可解得：41023.5-?≤τ （2）用该装置测量频率为50Hz 的正弦信号时： 013.01) (111)(A 2 =-+= -τωω，故幅值差为1.3% 相角差：ο3.9)arctan()(-=-=τωωφ 2-6 设用一个时间常数为1s .0=τ的一阶装置测量输入为 t t t x 40sin 2.04sin )(+=的信号，试求其输出)(t y 的表达式。设静态灵敏 度K=1。 解：根据一阶系统的幅频特性2 ) (1K )(A τωω+= 、 相频特性)arctan()(τωωφ-=以及静态灵敏度K=1， 将数据代入，可得： )96.7540sin(048.0)8.214sin(93.0) 4arctan 40sin(171 2.0)4.0arctan 4sin(16.11)(οο-+-=-?+-=t t t t t y
南京航空航天大学研究生实验报告 实验名称：神经网络控制器设计 姓名： 学号： 专业： 201 年月日
一、题目要求 考虑如下某水下航行器的水下直航运动非线性模型： ()||a m m v k v v u y v ++== 其中v R ∈为水下航行器的前进速度， u R ∈为水下航行器的推进器推力，y R ∈为水下航行器的输出，航行器本体质量、附加质量以及非线性运动阻尼系数分别为 100,15,10a m m k ===。 作业具体要求： 1、设计神经网络控制器，对期望角度进行跟踪。 2、分析神经网络层数和神经元个数对控制性能的影响。 3、分析系统在神经网络控制和PID 控制作用下的抗干扰能力(加噪声干扰、加参数不确定)、抗非线性能力(加死区和饱和特性)、抗时滞的能力(对时滞大小加以改变)。 二、神经网络控制器的设计 1.构建系统的PID 控制模型 在Simulink 环境下搭建水下航行器的PID 仿真模型，如下图1所示： 图1 水下航行器的PID 控制系统 其中，PID 控制器的参数设置为：K p =800，K i =100，K d =10。 需要注意的一点是，经过signal to workspace 模块提取出的数据的Save format 为Array 格式。
2.BP神经网络控制器的训练 首先将提取出的训练数据变为标准的训练数据形式，标准的训练数据分为输入和目标输出两部分。经过signal to workspace模块提取出的数据为一个训练数据个数乘以输入（或输出）个数的矩阵，因此分别将x、u转置后就得到标准训练数据x’,u’。 然后，新建m文件，编写神经网络控制器设计程序： %---------------------------------------------------------------- p=x'; %input t=u'; %input net=newff(p,t,3,{'tansig','purelin'},'trainlm'); net.trainparam.epochs=2500; net.trainparam.goal=0.00001; net=train(net,x',u'); %train network gensim(net,-1); %generate simulink block %---------------------------------------------------------------- 上述m文件建立了如下图所示的神经网络，包含输入层、1个隐含层和输出层，各层神经元节点分别为1、 3 和1。 图2 神经网络控制器结构及训练方法
第一章绪论 1. 什么是智能、智能系统、智能控制 答：“智能”在美国Heritage词典定义为“获取和应用知识的能力”。 “智能系统”指具有一定智能行为的系统，是模拟和执行人类、动物或生物的某些功能的系统。 “智能控制”指在传统的控制理论中引入诸如逻辑、推理和启发式规则等因素，使之具有某种智能性；也是基于认知工程系统和现代计算机的强大功能，对不确定环境中的复杂对象进行的拟人化管理。 2．智能控制系统有哪几种类型，各自的特点是什么 答：智能控制系统的类型：集散控制系统、模糊控制系统、多级递阶控制系统、专家控制系统、人工神经网络控制系统、学习控制系统等。 各自的特点有： 集散控制系统：以微处理器为基础，对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统。该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一，人机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既实现了在管理、操作和显示三方面集中，又实现了在功能、负荷和危险性三方面的分散。 人工神经网络：它是一种模范动物神经网络行为特征，进行分布式并行信息处理的算法数学模型。这种网络依靠系统的复杂程度，通过调整内部大量节点之间相互连接的关系，从而达到处理信息的目的。 专家控制系统：是一个智能计算机程序系统，其内部含有大量的某个领域专家水平的知识与经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的经验方法来处理该领域的高水平难题。可以说是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。 多级递阶控制系统是将组成大系统的各子系统及其控制器按递阶的方式分级排列而形成的层次结构系统。这种结构的特点是：1.上、下级是隶属关系，上级对下级有协调权，它的决策直接影响下级控制器的动作。2.信息在上下级间垂直方向传递，向下的信息有优先权。同级控制器并行工作，也可以有信息交换，但不是命令。3.上级控制决策的功能水平高于下级，解决的问题涉及面更广，影响更大，时间更长，作用更重要。级别越往上，其决策周期越长，更关心系统的长期目标。4.级别越往上，涉及的问题不确定性越多，越难作出确切的定量描述和决策。 学习控制系统：靠自身的学习功能来认识控制对象和外界环境的特性，并相应地改变自身特性以改善控制性能的系统。这种系统具有一定的识别、判断、记忆和自行调整的能力。 3．比较智能控制与传统控制的特点。 答：智能控制与传统控制的比较：它们有密切的关系，而不是相互排斥。常规控制往往包含在智能控制之中，智能控制也利用常规控制的方法来解决“低级”的控制问题，力图扩充常规控制方法并建立一系列新的理论与方法来解决更具有挑战性的复杂控制问题。 1.传统的自动控制是建立在确定的模型基础上的，而智能控制的研究对象则存在模型严重的不确定性，即模型未知或知之甚少者模型的结构和参数在很大的范围内变动，这些问题对基于模型的传统自动控制来说很难解决。 2.传统的自动控制系统的输入或输出设备与人及外界环境的信息交换很不方便，希望制造出能接受印刷体、图形甚至手写体和口头命令等形式的信息输入装置，能够更加深入而灵活地和系统进行信息交流，同时还要扩大输出装置的能力，能够用文字、图纸、立体形象、语言等形式输出信息. 另外，通常的自动装置不能接受、分析和感知各种看得见、听得着的形象、声音的组合以及外界其它