探索基于空间模糊集的空间分布系统模糊建模与控制

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1、申请上海交通大学硕士学位论文基于空间模糊集的空间分布系统模糊建模与控制专业：控制理论与控制工程硕士生：胡赓指导导师：李柠副研究员上海交通大学电子信息与电气工程学院2010年2月IMasterDegree-DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversitySpatialfuzzymodelingandcontrolforspatialdistributedsystemsbasedonspatialfuzzysetAuthor:HuGengMajor:Cont

2、rolTheoryandControlEngineeringResearchinterest:FuzzyModelingandControlSupervisor:AssociateProf.LiNingSchoolofElectronicInformationandElectricalEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityFebruary,2010II基于空间模糊集的空间分布系统模糊建模与控制摘要对于实际工业过程中广泛存在的空间分布系统，其建模与控制问题一直是研究的热

3、点。而模糊逻辑系统借助其独特的语言式结构，模拟人类思维，充分利用系统的定性和定量信息，得到较好的应用。本文将模糊逻辑引入到空间分布系统的建模与控制中。由于传统的模糊集合只为二维，一维表征输入变量的论域，另一维表征论域个体点的隶属度函数，缺乏表征空间分布系统的空间信息的维度，这也是模糊模型与控制不能直接应用于空间分布系统的主要原因。本文首先提出空间模糊集，与3-D模糊集类似，增加了一维空间轴，用于表现变量的空间信息，在模糊集的空间延伸方式上进行了改进，通过系统的物理意义及机理方程描述，得到输入变量在空间上

4、的变化曲线，并将其作为空间模糊集在空间中的延伸依据，即以此为基准在空间轴上进行延伸平移，由此获得了本文提出的新的空间模糊集。在此基础上，提出了一种基于空间模糊集的空间模糊建模方法。其过程是基于系统的数据样本，初始化模型参数，再根据模型的性能指标调整模糊集参数以及模糊隶属度函数的个数，最后确定符合精度要求的空间模糊集以及模糊规则。模型的输入为具有空间信息的输入，模糊推理时，在空间点确定的情况下，进行二维的模糊推理，得到具有空间信息I的输出，再通过重心法解模糊得到模型的输出。传热过程仿真实验结果表明方法的有

5、效性。最后，基于空间模糊集，设计了空间分布系统的空间模糊控制器。空间模糊控制器具有与3-D模糊控制器相似的简单结构，由空间模糊化、空间模糊规则推理及去模糊化构成，设计实例与仿真研究表明了该控制器的有效性。关键词：空间模糊集，Mamdani模糊模型，空间分布系统，模糊建模，模糊控制IIAbstractSpatialfuzzymodelingandcontrolforspatialdistributedsystemsbasedonspatialfuzzysetABSTRACTIntherealworld,m

6、anyphysicalprocessesandsystemshavethecharacterofstrongspatialvariations,whichiscalledspatialdistributedsystems(SDSs).It’sveryhardtomodelandcontrol.AndFuzzylogicsystemwithitsuniquelanguagestructure,simulatingofhumanthinkingandtakingadvantageofthesystemofq

7、ualitativeinformationandhistoricaldata,therefore,canbeintroducedintomodelingandcontrolofthespatialdistributionsystem.Thetraditionalfuzzysetistwo-dimensionalwithdimensionfortheuniverseofdiscourseofthevariableandtheotherforitsmembershipdegree.This2-Dfuzzys

8、etisnottohandlethespatialinformation.Like3-Dfuzzyset,animprovedspatialfuzzysetisproposedwhichismadeofatraditionalfuzzysetandanextradimensionforspatialinformationandmakesthenewspatialfuzzysetexpressspatialinformationincontr