【摘要】：隨著對(duì)模糊系統(tǒng)理論研究的不斷完善與深入,模糊系統(tǒng)已經(jīng)被成功地應(yīng)用于諸如分類、控制、信號(hào)處理以及決策支持等很多領(lǐng)域。利用模糊系統(tǒng)作為一種處理實(shí)際問題的新興手段,其目的不是在于激化模糊的概念,而是在于讓模糊的概念具備清楚的描述方法,從而達(dá)到簡(jiǎn)化問題的目的。模糊系統(tǒng)已經(jīng)被證明是全局逼近器,因此只要模糊系統(tǒng)足夠復(fù)雜,那么通常其性能是足夠令人滿意的,但對(duì)模糊系統(tǒng)過于復(fù)雜的設(shè)計(jì)卻不利于實(shí)際應(yīng)用�？山忉屝詿o疑是模糊系統(tǒng)最顯著的特征,這種獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)使得模糊系統(tǒng)能更加容易地模擬人們的思維過程,從而使得模糊系統(tǒng)成為區(qū)別于其他智能系統(tǒng),例如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等,解決復(fù)雜問題的又一利器。但在模糊系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用過程中,人們經(jīng)常會(huì)只從數(shù)學(xué)的角度一味地根據(jù)數(shù)值指標(biāo)來提高模糊系統(tǒng)的工作性能,而使得其可解釋性變得越來越差,甚至完全喪失,這無疑與模糊系統(tǒng)的產(chǎn)生背景是相悖的�？山忉屝缘慕档蛯�(huì)削弱模糊系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì),使其設(shè)計(jì)過程變得復(fù)雜也缺乏明晰的意義。同時(shí),在模糊系統(tǒng)的實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用過程中,也存在著主觀設(shè)計(jì)因素多、精調(diào)能力差及設(shè)計(jì)方法系統(tǒng)性不強(qiáng)等問題,試錯(cuò)或與其他算法相結(jié)合進(jìn)行相關(guān)的優(yōu)化等調(diào)整方法是解決上述問題常用的方法,但這些方法存在效率低,理論性不強(qiáng),復(fù)雜程度較高等缺點(diǎn),這些問題都會(huì)加重模糊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)。因此,為了更好地突出模糊系統(tǒng)區(qū)別于其它系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì),本文對(duì)隸屬函數(shù)的設(shè)計(jì)選擇,論域的模糊劃分和模糊規(guī)則的獲得等模糊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要素進(jìn)行了相關(guān)的分析研究,提出了簡(jiǎn)化模糊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。同時(shí)為了進(jìn)一步提高模糊系統(tǒng)的工作性能,將簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的模糊系統(tǒng)與可變論域思想相結(jié)合,從而形成了基于可變論域的簡(jiǎn)化模糊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。隨后將基于可變論域的簡(jiǎn)化模糊系統(tǒng)在控制、優(yōu)化等多個(gè)不同領(lǐng)域進(jìn)行了應(yīng)用研究,在驗(yàn)證所提方法有效性的同時(shí),也說明了所提方法的普適性。本文所提的方法簡(jiǎn)化了模糊系統(tǒng)的設(shè)計(jì),突出了模糊系統(tǒng)的可解釋性,進(jìn)一步拓寬了模糊系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用范圍。主要研究?jī)?nèi)容如下:1、針對(duì)隸屬函數(shù)的合理選取沒有統(tǒng)一方法、模糊系統(tǒng)可解釋性差等問題,提出了簡(jiǎn)化模糊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。分析了模糊系統(tǒng)輸入隸屬函數(shù)與輸出隸屬函數(shù)對(duì)模糊系統(tǒng)性能的影響,從而為隸屬函數(shù)的設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。同時(shí)為了簡(jiǎn)化模糊系統(tǒng)的設(shè)計(jì),著重對(duì)具有顯著簡(jiǎn)單表現(xiàn)形式的三角形隸屬函數(shù)進(jìn)行了分析,闡明了論域上具有1/2交疊程度三角形隸屬函數(shù)的良好性質(zhì)。為了保證模糊系統(tǒng)的可解釋性,提出論域的“三劃分”的普適方法,這一方面會(huì)極大地提高模糊系統(tǒng)的可解釋性,另一方面也會(huì)進(jìn)一步簡(jiǎn)化模糊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。對(duì)基于三角形隸屬函數(shù)模糊系統(tǒng)的逼近性進(jìn)行了分析,闡明了影響模糊系統(tǒng)工作性能的主要因素,并針對(duì)上述主要因素,將可變論域思想與簡(jiǎn)化模糊系統(tǒng)相結(jié)合,形成了簡(jiǎn)化模糊系統(tǒng)的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法,此方法注重模糊系統(tǒng)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單性與可解釋性,也保證了模糊系統(tǒng)的工作性能。2、應(yīng)用基于可變論域的簡(jiǎn)化模糊系統(tǒng)對(duì)倒立擺進(jìn)行了穩(wěn)定控制。在應(yīng)用相平面對(duì)倒立擺系統(tǒng)的工作情況進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上獲得了客觀、簡(jiǎn)單、核心及完備的模糊規(guī)則,并用三角形、全交疊的隸屬函數(shù)對(duì)論域進(jìn)行了三劃分,設(shè)計(jì)了可解釋強(qiáng)的雙輸入單輸出模糊系統(tǒng)�；贚yapunov穩(wěn)定性理論證明了基于可變論域模糊系統(tǒng)的穩(wěn)定性。仿真結(jié)果驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)基于可變論域簡(jiǎn)化模糊系統(tǒng)的有效性。3、將基于可變論域的簡(jiǎn)化模糊系統(tǒng)應(yīng)用于優(yōu)化領(lǐng)域,改進(jìn)了模擬退火算法。針對(duì)傳統(tǒng)模擬退火算法在尋優(yōu)過程中目標(biāo)函數(shù)的不同狀態(tài),設(shè)計(jì)了意義明確、可解釋強(qiáng)的單輸入單輸出模糊系統(tǒng)對(duì)模擬退火算法的關(guān)鍵參數(shù)--退火溫度,進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整。區(qū)別于傳統(tǒng)模擬退火算法溫度只是單調(diào)下降的調(diào)整方式,本文所提出的調(diào)整思路引入了快速降溫及升溫機(jī)制,具有較大的創(chuàng)新性�；谏鲜稣{(diào)溫機(jī)制的模擬退火算法在尋優(yōu)過程中迭代次數(shù)得到大幅下降,極大地提高了算法的尋優(yōu)效率。應(yīng)用圖像重構(gòu)問題與旅行商問題對(duì)模擬退火算法的改進(jìn)效果進(jìn)行了評(píng)估,驗(yàn)證了基于可變論域簡(jiǎn)化模糊系統(tǒng)的應(yīng)用有效性。4、應(yīng)用基于可變論域的簡(jiǎn)化模糊系統(tǒng)改進(jìn)了卡爾曼濾波器,提高了其對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的預(yù)測(cè)精度。針對(duì)測(cè)量噪聲不確定導(dǎo)致卡爾曼濾波器估計(jì)精度下降的問題,基于極大似然準(zhǔn)則的新息的自適應(yīng)估計(jì),應(yīng)用方差匹配技術(shù),設(shè)計(jì)了具有明晰意義、可解釋性強(qiáng)的單輸入單輸出模糊系統(tǒng)。應(yīng)用該模糊系統(tǒng),對(duì)測(cè)量噪聲協(xié)方差矩陣應(yīng)用反饋技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了實(shí)時(shí)的調(diào)整,用以保證新息方差的實(shí)際值與理論值保持一致,從而保證了卡爾曼濾波器的預(yù)測(cè)精度。通過對(duì)船舶定位問題的仿真分析,驗(yàn)證了基于可變論域的簡(jiǎn)化模糊系統(tǒng)的應(yīng)用有效性。
【圖文】：

執(zhí)行不同的任務(wù)［２９’３°］。對(duì)非線性因素的處理也是模糊系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)所在，雖然非線性因素逡逑通常不易處理，，然而應(yīng)用模糊系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行處理，不僅結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，而且對(duì)于復(fù)雜系逡逑統(tǒng)的設(shè)計(jì)所需的知識(shí)水平要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的控制器。模糊系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖１．１所示，逡逑通常包含以下幾個(gè)部分，它們是輸入模糊化、模糊規(guī)則庫、推理機(jī)以及輸出解模糊化。逡逑－－｜邋模糊系統(tǒng)邐輸色－逡逑邐＾邐逡逑模糊規(guī)則庫逡逑—邐－模糊化—牙隹理杉１邐—角軍模糊化＊邐輸逡逑圖１．１模糊系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｔｈｅ邋ｂａｓｉｃ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｆｕｚｚｙ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑－４－逡逑

主觀性強(qiáng)，精度不高，現(xiàn)有的部分解決方案復(fù)雜度高，一定程度上限制了模糊系統(tǒng)逡逑的實(shí)際應(yīng)用等問題，提出了可解釋性強(qiáng)、設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)便模糊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。并將所提逡逑方法在不同領(lǐng)域進(jìn)行了應(yīng)用研究，驗(yàn)證了所提方法的可行性與有效性。圖１．２示意了論逡逑文各章節(jié)間的組織關(guān)系。逡逑－１１邋－逡逑
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP273.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2643203