2013智能控制试卷A答案

共7页第1页2010级智能控制课程试题A（智能控制课程实行成绩综合评定。平时作业10分，实验10分，设计10分，期末考试70分。本试卷卷面成绩70分）合分人：复查人：一、填空题（每空1分，共21分）分数评卷人1．分级递阶智能控制主要有三个控制级组成，按智能控制的高低分为组织级、协调级和执行级。2．Asyoudesignafuzzycontroller,therearestandardchoicesforthefuzzificationanddefuzzificationinterfaces.Moreover,mostoftenthedesignersettlesonaninferencemechanismandmayusethisformanydifferentprocesses.Hence,themainpartofthefuzzycontrollerthatwefocusonfordesignistherule-base.3．ThegeneralformofthelinguisticrulesisIfpremiseThenconsequent.4．Ifafuzzysystemhastwoinputsandsingleoutput,wehavetenmembershipfunctionsoneachuniverseofdiscourse,thenthereare100possiblerules.5．IthasfourmainpartsinFuzzyModelReferenceLearningControl:theplant,thefuzzycontrollertobetuned,thereferencemodel,andthelearningmechanism.Thelearningmechanismconsistsoftwoparts:afuzzyinversemodelandaknowledge-basemodifier.6．Inabase-2geneticalgorithm,wecouldmutate1010110to1011110，wherethefourthbitwasmutated.7．BP学习算法实际包含了“输入模式正向传播”和“误差逆传播”过程反复交替进行网络训练，最终达到网络的全局误差向极小值收敛（即实际输出逐渐逼近希望输出）而结束学习过程。8．多层前馈网络一般分为三层：输入层、隐含层和输出层。9．按照专家控制器在整个过程控制中的作用形式可分为直接式专家控制器和间接式专家控制器两类。题号一二三四五六七总分分数共7页第2页二、简答题：（共24分）分数评卷人1．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分）答：人工智能（AI）：是一个知识处理系统，具有记忆、学习、信息处理、形式语言、启发式推理等功能。自动控制（AC）：描述系统的动力学特性，是一种动态反馈。运筹学（OR）：是一种定量优化方法，如线性规划、网络规划、调度、管理、优化决策和多目标优化方法等。AlACORICAlACORIC2．智能控制和传统控制具有紧密的结合与交叉综合，主要表现在哪些方面。（3分）答：（1）智能控制常常利用传统控制来解决“低层”的控制问题。（2）将传统控制和智能控制进行有机结合可形成更为有效的智能控制方法。（3）对数字模型基本成熟的系统，采用在传统数学模型控制的基础上增加一定的智能控制手段的方法，而不应采用纯粹的智能控制。3．Pleasespecifythecommonfuzzyoperationsinfuzzylogic(atleast3kindsoperations)。（3分）答：FuzzySubset、FuzzyComplement、FuzzyIntresection(AND)、FuzzyUnion(OR)、FuzzyCartesianProduct4．模糊神经网络有哪些学习算法。（3分）答：有监督学习、无监督学习、增强学习共7页第3页5．前馈型神经网络有什么特点？(3分)请列出三种常见的前馈神经网络?(3分)答：多层前馈网络一般分为输入层、隐含层（或称中间层，可以有若干层）和输出层。网络从输入层到输出层通过单向连接流通，只有前后相邻两层之间神经元是相互全连接，从上一层接收信号输送给下一层神经元，同层的神经元之间没有连接，各神经元之间也没有反馈。前馈网络是一种静态的非线性映射，大部分前馈网络都是学习网络，比较适用于模式识别、分类和预测评价问题。常见的前馈神经网络有：多层感知器（MLP）、误差反向传播网络（BP）、径向基函数神经网络（RBF）6.Pleasespecifytwowaystoterminateageneticalgorithm,?（3分）答：（1）Stopthealgorithmaftergeneratinggeneration（2）Stopthealgorithmoncefitnessfunctiontakesonavalueabovesomefixedvalue.7.简述蚁群算法的基本思想？（3分）答：用蚂蚁的行走路线表示待求解问题的可行解，每只蚂蚁在解空间中独立地搜索可行解，解的质量越高，在“行走路线”上留下的信息素越多，随着算法的推进，代表较好解的路线上的信息素增多，选择它的蚂蚁也逐渐增多，最终整个蚁群在正反馈的作用下集中到代表最优解的路线上，也就找到了最优解。三、作图题（共16分）分数评卷人1.Pleasewriteouttheproperruleswhichcancapturetheexpert’sknowledgeabouthowtocontroltheinvertedpendulumtobalancethependulumintheuprightpositionwhenitisinthethreepositionsshownintheFigure1（6分）。Errorpositive:left;negative:right;Change-in-errorpositive:counterclockwise;negative:clockwise;共7页第4页Forcepositive:right;negative:left;largesmalluuu（a）（b）（c）（a）Rule1Iferrorisneglargeandchange-in-errorisneglargeThenforceisposlarge（b）Rule2Iferroriszeroandchange-in-errorisnegsmallThenforceispossmall（c）Rule3Iferrorisposlargeandchange-in-errorisnegsmallThenforceisnegsmall2.试画出一个与两输入、两规则的T-S型模糊模型等效的ANFIS.（4分）第一层第二层第三层第四层第五层xy1A2A2B1B1w2w2w1w11wf22wffxyxy(b)共7页第5页3.试画出一个4-7-2BP网络的结构图，说明节点函数和学习过程。（6分）隐层中的神经元一般均采用S型函数作为激励函数，输出层神经元可以根据实际情况选择线性激励函数，则整个网络的输出可以取任意值；输出层神经元如果同样选择S型函数作为激励函数，则整个网络的输出就限定在一个较小的范围内。X1y1y2X4X3X2共7页第6页BP网络采用BP学习算法。BP学习算法属于有教师监督的学习方式，训练模式提供给BP网络后，输入信号先向前传播到隐节点，经过激励函数之后，把隐节点的输出信息传播到输出节点，给出输出响应结果。然后再按照减小希望输出与实际输出误差的方向，从输出层向隐含层逐层修正网络的权值和阈值，直至回到输入层，如此反复直到误差达到最小，因此得名“误差反向传播算法”。四、计算题：9分分数评卷人1.ThemembershipfunctionsoftheinputsandoutputofafuzzysystemwereshowninFig.2.Table1representsabstractknowledgethattheexperthasabouthowtocontroltheplantWhen8)(teand16)(tedtd,weusecenter-averagedefuzzification,productforpremiseandimplication.Pleasecalculatetheoutputofthefuzzycontrolleratthecurrenttime。共7页第7页Table1abstractknowledgethattheexperthasabouthowtocontroltheplant“force”u“change-in-error”ė-2-1012“error”e-222210-12210-10210-1-2110-1-2-220-1-2-2-284,.detraddt“zero”“negsmall”“neglarge”-1-2012“possmall”“poslarge”8416,utN“zero”“negsmall”“neglarge”-1-2012“possmall”“poslarge”302010-10-20-3042,.etrad“zero”“negsmall”“neglarge”-1-2012“possmall”“poslarge”42Fig.2Themembershipfunctionsoftheinputsandoutputofafuzzysystem共7页第8页解：由8)(te得21))((21))((teuteu正小零，，由16)(tedtd得21))((21))((tedtdutedtdu正小零，由此只激活的规则为：Rule1：Ife(t)iszeroandd(e(t))/dtiszero,thenu(t)iszeroRule2：Ife(t)iszeroandd(e(t))/dtisposmall,thenu(t)isnegsmallRule3：Ife(t)ispossmallandd(e(t))/dtiszero,thenu(t)isnegsmallRule4：Ife(t)ispossmallandd(e(t))/dtisposmall,thenu(t)isneglarge根据题意条件操作采用相乘方法，则41))(),((1tedtdteupremise41))(),((2tedtdteupremise41))(),((3tedtdteupremise41))(),((4tedtdteupremise由于蕴含操作用乘积方法，则u(t)蕴含模糊集合为三角形根据中心法解模糊法，易得输出：104141414141)20(41)10(41)10(410u（N）因此，此时系统的输出为-10N。共7页第9页