模糊控制及其Matlab应用

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出版者:西安交通大学出版社
作者:张国良 邓方林
出品人:
页数:155
译者:
出版时间:2002-11-1
价格:15.00
装帧:平装(无盘)
isbn号码:9787560510675
丛书系列:
图书标签:
  • MATLAB
  • 模糊控制
  • Matlab
  • 智能控制
  • 自动控制
  • 系统控制
  • 工程技术
  • 计算机应用
  • 算法
  • 控制工程
  • 数学模型
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具体描述

近年来, 模糊逻辑的应用迅速发展

复杂系统智能调控的理论与实践 这是一本关于如何构建和优化复杂系统控制策略的深度探索,着眼于应对传统控制方法难以有效处理的不确定性、非线性以及模糊信息。本书旨在为读者提供一套强大的理论框架和实用的工程工具,以实现对动态、复杂系统的精确、鲁棒且智能的调控。 在现代工程领域,从航空航天、机器人技术到过程控制、生物医学工程,我们都面临着日益复杂和动态的系统。这些系统往往表现出非线性、时变、参数不确定甚至难以量化的特性,使得基于精确数学模型的传统PID控制、状态空间控制等方法在性能上捉襟见肘,甚至失效。如何在这种挑战性的环境下设计出高效、可靠的控制器,成为了一项迫切的任务。 本书的前半部分,我们将深入剖析现代控制理论的精髓,从根本上理解复杂系统的行为模式。我们首先会回顾经典控制理论的基础,为后续的深入探讨奠定坚实的基础。随后,我们将聚焦于能够有效描述和处理不确定性的先进控制方法。您将学习到模型预测控制(MPC)的原理,理解它如何通过在线优化和滚动时域来预测系统未来行为并生成最优控制信号,从而在约束条件下实现出色的性能。我们将详细探讨模型预测控制在处理具有复杂约束和长时域依赖性的系统中的优势。 此外,本书还将重点介绍鲁棒控制的设计方法。面对系统参数的不确定性或外部干扰,鲁棒控制器能够保证系统在一定范围内的稳定性与性能。我们将探讨LMI(线性矩阵不等式)在鲁棒控制设计中的应用,以及如何构建能够抵抗不确定性的控制器。对于那些难以建立精确数学模型的系统,本书还会引导您走进自适应控制和智能控制的殿堂。您将了解自适应控制器如何通过在线调整控制器参数来适应系统特性的变化,从而始终保持最优性能。 本书的核心部分将围绕一种强大的、直观的智能控制范式展开——模糊逻辑控制。我们将从模糊集理论和模糊逻辑的基本概念入手,一步步揭示如何将人类的经验知识和直觉转化为形式化的控制规则。您将学习到如何构建隶属函数,如何设计模糊推理规则库,以及如何实现清晰化过程。本书将详细讲解基于模糊逻辑的控制器在处理难以精确建模的非线性系统时的独特优势,例如其良好的容错性和易于理解的逻辑结构。我们将通过丰富的实例,展示如何将模糊逻辑控制应用于各种实际问题,例如电机速度控制、温度调节、以及决策支持系统。 为了更好地将这些理论付诸实践,本书特别强调工程应用。我们深知,理论的价值最终体现在其工程实现的可行性上。因此,在介绍完各种控制理论之后,本书将重点阐述如何在实际工程中应用这些先进的控制技术。我们将重点介绍如何利用领先的工程软件工具,例如 MATLAB,来实现和验证这些复杂控制器的设计。 通过本书,您将掌握使用MATLAB的强大功能来实现上述各种控制策略。我们将详细讲解如何利用 MATLAB 的 Control System Toolbox、Fuzzy Logic Toolbox 以及 Optimization Toolbox 等工具箱。您将学习如何使用 MATLAB 进行系统建模、控制器设计、仿真分析以及参数优化。我们将通过一系列精心设计的案例,演示如何使用 MATLAB 来构建和调试模糊逻辑控制器,如何实现模型预测控制算法,以及如何进行鲁棒控制器的参数整定。每一个案例都将从实际问题出发,逐步引导您完成从理论理解到代码实现的完整过程。 本书的内容涵盖: 复杂系统的数学建模与分析: 线性与非线性系统描述,传递函数与状态空间表示,系统稳定性与可控性可观性分析。 经典与现代控制理论回顾: PID控制原理及其局限性,根轨迹与频率响应分析,状态反馈与观测器设计。 先进控制技术导论: 模型预测控制(MPC)原理、算法与应用,鲁棒控制理论与LMI方法,自适应控制器的设计与实现。 模糊逻辑控制的核心理论: 模糊集、模糊语言变量、隶属函数设计,模糊规则的构建与推理机制,模糊控制器的结构与设计流程。 MATLAB在控制工程中的应用: MATLAB 基础命令与脚本编写。 利用 Control System Toolbox 进行系统辨识、控制器设计与仿真。 深入探索 Fuzzy Logic Toolbox:模糊系统建模、训练、仿真与代码生成。 利用 Optimization Toolbox 进行控制器参数优化与模型预测控制的实现。 通过实际工程案例,演示从系统建模到控制器实现的全过程,包括但不限于: 使用MATLAB构建和仿真一个基于模糊逻辑的倒立摆控制器。 利用MATLAB实现一个用于工业过程控制的模型预测控制器。 使用MATLAB设计一个能够抵抗参数扰动的鲁棒控制器。 演示如何将MATLAB生成的模糊逻辑控制器代码集成到嵌入式系统中。 本书的目标读者包括但不限于:控制工程领域的工程师、在读研究生、对智能控制和复杂系统优化感兴趣的研究人员。无论您是希望提升现有控制系统的性能,还是致力于开发下一代智能自动化解决方案,本书都将为您提供宝贵的知识和实用的技能。通过本书的学习,您将能够更自信地应对复杂系统的挑战,设计出更智能、更高效、更可靠的控制系统。

作者简介

目录信息

第1章 模糊控制系统
1. 1
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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这本书的装帧设计着实让人眼前一亮,封面采用了深邃的蓝色调,配上银色的字体,显得既专业又不失稳重,一看就是那种能让人沉下心来研读的硬核技术书籍。我翻开内页,首先注意到的是排版的高效与清晰度。不同于一些教科书那种密密麻麻的文字堆砌,这里的图表和公式被巧妙地穿插在讲解之中,理论部分的阐述逻辑性极强,从基础的集合论概念到复杂的隶属度函数的构建,每一步都过渡得自然而然,没有那种为了凑字数而强行拔高的生硬感。特别是它对一些经典模糊推理系统的介绍,比如Mamdani和Takagi-Sugeno模型,作者似乎并未满足于仅仅停留在概念的罗列上,而是深入挖掘了它们背后的数学基础和适用场景的权衡,让人在理解原理的同时,也能预估到在实际工程中可能遇到的挑战。对于一个初学者来说,这样的组织结构无疑是极佳的导航,它既提供了坚实的理论基石,又没有让人在初期的学习阶段就因为信息过载而望而却步。

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对于工具书而言,软件实现的辅助部分往往是检验其实用性的试金石。这本书在这一点上做得相当到位,它不仅仅是停留在理论的展示,而是提供了大量的、可运行的案例代码。我特别尝试复现了其中一个关于电机速度控制的仿真项目,从输入信号的模糊化处理,到推理和去模糊化的全过程,代码结构清晰,注释详尽,极大地节省了我自行搭建平台的摸索时间。这些代码片段似乎是经过精心挑选和优化的,它们不仅展示了模糊控制器的基本工作流程,还涉及了一些更高级的主题,例如自适应模糊系统的初步构想,以及如何利用MATLAB强大的数据可视化能力来直观地展示控制效果,比如系统响应曲线在不同模糊规则权重下的变化对比。这对于希望快速将理论知识转化为实际应用效果的工程师和研究生来说,简直是不可多得的宝藏。

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从学术深度来看,这本书的视野非常开阔,它并没有将模糊控制局限在传统的PID控制的替代方案上,而是探讨了它与其他现代控制理论的交叉融合。我注意到其中有一章专门讨论了模糊神经网络(FNN)的结构和训练算法,这表明作者对前沿研究方向保持着敏锐的洞察力。书中对如何利用反向传播算法来优化隶属度函数的参数给出了非常严谨的数学推导,这远比市面上许多浅尝辄止地介绍“混合模型”的书籍要深入得多。阅读这部分内容,我深切感受到作者不仅是某一领域的专家,更是一个系统思考者,他能够将不同学科的思想熔于一炉,为读者构建一个更宏大、更立体的控制系统设计图景。这种对知识体系完整性的追求,让人在阅读时不由自主地产生敬佩之情。

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这本书的语言风格极为沉稳、严谨,丝毫没有浮夸之气,仿佛一位老道的学者在娓娓道来,每一个论断都建立在扎实的数学基础之上。它的叙述节奏把握得很好,不会因为概念的复杂性而使人感到窒息,也不会因为过于简化而丧失严谨性。特别是对于那些在传统硬控制理论中感到束手束脚的读者,这本书提供了一种全新的、更具弹性的思维方式来处理现实世界中那些本质上就带有“模糊性”的问题。它教会的不仅仅是一种控制算法,更是一种面对不确定性时的哲学态度——即如何在信息不完全的情况下,做出最优或次优的决策。这种潜移默化的影响,对于提升一个技术人员的综合解决问题的能力,其价值是难以估量的,绝对是一本值得反复研读的工具书和参考手册。

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我花了相当一部分时间来研究其中关于“不确定性量化”章节的内容,这部分处理得极其精妙。作者没有将模糊逻辑简单地等同于概率论的替代品,而是清晰地区分了“模糊性”(ambiguity)和“随机性”(randomness)的本质区别。书中对于模糊集的运算,尤其是截集(cut sets)和核(core)的讨论,结合了大量的几何直观图示,这对于抽象概念的理解大有裨益。更令人称道的是,作者在讲解模糊规则库的建立时,引入了专家经验的融入方法,包括如何通过语言变量来桥接人类的定性判断与系统的定量输入,这在很多纯粹基于数学建模的书籍中是缺失的。举例来说,对于“温度过高,风扇转速应该快”这样的描述,书中详细拆解了如何将“过高”定义为一个隶属度函数,以及如何通过模糊推理引擎将其映射到一个清晰的输出值,整个过程的描述细致入微,仿佛有一位经验丰富的工程师在旁边手把手指导。这种对工程实践细节的关注,使得本书的价值远超一般的理论综述。

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