利用云模型实现智能控制倒立摆new

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1、第卷第期控制理论与应用，年月，###############################################################文章编号：（）利用云模型实现智能控制倒立摆!张飞舟范跃祖沈程智李德毅陈晖（北京航空航天大学自动控制系·北京，）（总参谋部第六十一所·北京，）摘要：提出一种利用云模型实现智能控制倒立摆的方法其控制策略不需要被控对象的数学模型，只需依据人的经验、感觉和逻辑判断，将人用语言值定性表达的控制经验，通过语言原子和云模型转换到语言控制规则器中，就能解决非线性问题和不确定性问题倒立摆这样的典型被控对象，验证了该控制方法的可行性和有效性仿真分析与实验结

2、果表明，该控制方法对被控对象的状态和参数变化，具有一定的鲁棒性，应用前景广阔关键词：人工智能；智能控制；摆；云模型文献标识码：，（，·，，）（·，，）：，，，：；；；引言（）云模型（）倒立摆装置被公认为自动控制理论中的典型试众所周知，精确的隶属函数一方面客观上在人验设备，是控制理论教学和科研中不可多得的典型们的模糊思维活动中根本不存在，另一方面它又容物理模型通过对它的研究不仅可以解决控制中的易把人们对模糊现象的处理强行纳入精确数学的理理论问题，还能将控制理论涉及的三个主要基础学想王国这样事物的模糊本质可能就会被扼杀，也正科：力学，数学和电学（包含计算机）进行有机的综合因为此，本文采用云模型

3、概念应用在多种控制理论与方法的研究和应用中，特别云的定义（）是在工程实践中，存在一种可行性的试验问题，将其设是一个普通集合，｛｝，称为论域关理论和方法得到有效的经验，倒立摆可为此提供一于论域中的模糊集合"，是指对任意元素都存个从控制理论通往实践的桥梁［］在一个有稳定倾向的随机数（），称为对"隶属本文提出利用云!"模型实现智能控制倒立摆系统的定性控制机理，给度如果论域中元素是简单有序的，则可以看作出定性定量之间转换的云模型的形式化表示，以反是基础变量；如果论域中的元素不是简单有序的，而映语言值中蕴涵的模糊性和随机性，依此理论进行根据某个法则，可将映射到另一个有序的论域智能控制倒立摆的机理探讨

4、及不确定性推理方法上，中的一个且只有一个和对应，则为研究基础变量，隶属度在上的分布称为（隶属）云［］!基金项目：国家自然科学基金（）资助项目收稿日期：；收修改稿日期：控制理论与应用卷根据该定义，在对模糊集的处理过程中，论域上三个数值特征和特定的，产生满足上述条件!某一点的隶属度不是恒定不变的，而是始终在细微的云滴（!，）的组合为条件云（对应于前变化着，但是，这种变化不剧烈影响到云的整体特件云的某一输入量，有若干随机的隶属度值，满足征对模糊集!而方，重要的是云的形状反映出的一定条件的云滴的组合）当给定三个数值特征和特整体特性，以及大量使用时隶属度值呈现的规律性定!时，产生满足上述条件的云滴（

5、，我们已经证明：）的组合为条件云（对应前件值的每一随机!）对于社会和自然科学中的大量模糊概念，其隶属度，后件云的输出值都有若干的随机值，满足一云的期望曲线近似服从正态或半正态分布，如图定条件的云滴的组合）所示图云模型正态分布示意图图云发生器构造示意图）论域上）单条定性规某一点的隶属度分布符合统计学意义上的正态分布则规律，是以云的稳定倾向———云期望曲线上的点为；其中，为语言值表示的对象对期望值是正态分布照语言原子与云的对应关系，便可运用云对象来构!"!云的数字特征（）造定性规则，如图所示说明了定性规则的构造方云是语言值表示的某个定性概念与定量表示之法现采用带条件的云对象和带条件的云对象间的

6、不确定性转换模型，云的数字特征用期望值来构造单条定性规则在图中，表示对应输入、熵和超熵三个数值表征，它把模糊性和随平面语言值的带条件的云对象，表示对应机性完全集成到一起，构成定性和定量相互的映射，输出平面语言值的带条件的云对象当输入平作为知识表示的基础其中期望值是云的重心位面的某一特定的输入值激发时，随机产置，标定了相应模糊概念的信息中心值；熵是概生一组!值这些值反映了对应定性规则的激活强念模糊度的度量，为云的期望曲线的宽度，它的大小度，而这组!又控制输出平面的定量地产生一反映了在论域中可被模糊概念接受的元素数，即反组随机云滴（，!）对应一个固定的输入，映了模糊概念的亦此亦彼性的裕度；超熵

7、反映首先产生一组随机的输出值!，将输入变量的了云的熵的离散程度，即熵的熵不确定性传递到输出变量空间，而在同一个!#云发生器（）的控制下，再次输出一组随机云滴（，!）由云发生器（，）有正向、逆向两种，其构造示意图如图所示正向云发生器是根据已有正态云的数字特征，和，产生满足上述正态云分布规律的二维云（，），称为云!滴；逆向云发生器是已知云中相当数量的云滴分布（，!），确定正态云的三个数字特征值，和这里只着重说明正向云发生器，