范文一:電機控制答案 許大中(第二版)

第一章

轉速調節器的作用

(1)速度調節-它使轉速 n 很快地跟隨給定電壓變化,穩態時可減小轉速誤差,如果采用PI調節器,則可實現無靜差。

(2)抗擾作用--對負載變化起抗擾作用。

(3)限制電機最大電流--其輸出限幅值決定電機允許的最大電流。

電流調節器的作用

(1)跟隨作用--作為內環的調節器,在外環轉速的調節過程中,它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓(即外環調節器的輸出量)變化。

(2)抗擾作用--對電網電壓的波動起及時抗擾的作用。

(3)加快動態過程--在轉速動態過程中,保證獲得電機允許的最大電流,從而加快動態過程。

(4)過流自動保護作用--當電機過載甚至堵轉時,限制電樞電流的最大值,起快速的自動保護作用。一旦故障消失,系統立即自動恢復正常。這個作用對系統的可靠運行來說是十分重要的。

速度閉環中,速度反饋回路如開路,轉速將升至該系統設計的最高轉速,俗稱飛車。 2-1 在轉速、電流雙閉環調速系統中 若要改變電動機的轉速,應調節什么參數?改變轉速調節器的放大倍數Kn行不行? 改變電力電子變換器的放大倍數Ks行不行? 改變轉速反饋系數α行不行?若要改變電動機的堵轉電流,應調節系統中的哪些參數?

答 ① 在轉速、電流雙閉環調速系統中 若要改變電動機的轉速,應調節的參數有 轉速給定電壓U*n 因為轉速反饋系統的轉速輸出服從給定。

② 改變轉速調節器的放大倍數Kn 只是加快過渡過程 但轉速調節器的放大倍數Kn的影響在轉速負反饋環內的前向通道上 它引起的轉速變化 系統有調節和抑制能力。因此 不能通過改變轉速調節器的放大倍數Kn 來改變轉速

③ 改變改變電力電子變換器的放大倍數Ks 只是加快過渡過程 但轉電力電子變換器的放大倍數Ks的影響在轉速負反饋環內的前向通道上 它引起的轉速變化 系統有調節和抑制能力。因此 不能通過改變電力電子變換器的放大倍數Ks 來改變轉速

④ 改變轉速反饋系數α 能改變轉速。轉速反饋系數α的影響不在轉速負反饋環內的前向通道上 它引起的轉速變化 系統沒有調節和抑制能力。因此 可以通過改變轉速反饋系數α來改變轉速 但在轉速、電流雙閉環調速系統中穩定運行最終的轉速還是服從給定。 ⑤ 若要改變電動機的堵轉電流,應調節系統中的參數有 轉速的給定U*n、轉速調節器的放大倍數Kn、轉速調節器的限幅值、轉速反饋系數α等 因為它們都在電流環之外。 2-2 在轉速、電流雙閉環調速系統穩態運行時 兩個調節器的輸入偏差電壓和輸出電壓各是多少 為什么?

答 在轉速、電流雙閉環調速系統中穩定運行時 轉速調節器退飽和 PI的作用使得轉速調節器的輸入偏差電壓為0 轉速調節器的輸出電壓由于維持在U*im n* 。 在轉速、電流雙閉環調速系統中穩定運行時 電流調節器不飽和 PI的作用使得電流調節器的輸入偏差電壓為0 形成一個電流隨動子系統 力圖使Id盡快跟隨其給定U*i. 電流調節器的輸出電壓UC又后面的環節決定。 2-3 在轉速、電流雙閉環調速系統的轉速調節器不是PI調節器 而是P調節器 對系統的靜、動態性能將會產生什么影響? 答 在轉速、電流雙閉環調速系統中 轉速調節器采用P調節器 整個系統成為一個有靜差的系統。 轉速調節器不飽和 一直處于主導地位 電流調節器不飽和 形成一個電流隨動子系統 無法形成在

最大電流下在最短時間內使速度上升/下降最快 動態響應較慢。 2-4 試從下述五個方面來比較轉速、電流雙閉環調速系統和帶電流截止環節的轉速單閉環調速系統 ① 調速系統的靜態性能 ② 動態限流性能 ③ 啟動的快速性 ④ 抗負載擾動的性能 ⑤ 抗電源波動的性能 答 ① 調速系統的靜態性能: 在轉速、電流雙閉環調速系統中 轉速調節器采用PI調節器 整個系統成為一個無靜差的系統。 帶電流截止環節的轉速單閉環調速系統中 轉速調節器采用PI調節器 整個系統成為一個無靜差的系統

范文二:過程控制工程(第二版)答案

過程控制工程 課后習題答案

1-1

kh

a網

w.c

1)直接數字控制 它的特點:計算靈活,它不僅能實現典型的PID控制規律,還可以分時處理多個控制回路。

2)集中型計算機控制系統 它的特點:可以實現解耦控制、聯鎖控制等各種更復雜的控制功能;信息集中,便于實現操作管理與優化生產;靈活性大,控制回路的增減、控制方案的改變可由軟件來方便實現;人機交互好,操作方便

3)集散控制系統 它的特點:同時適應管理與控制兩方面的需要:一方面使用若干個控制器完成系統的控制任務,每個控制器實現一定的控制目標,可以獨立完成數據采集、信號處理、算法實現與控制輸出等功能;另一方面,強調管理的集中性。

1-3

答案

da

P:被控變量 儲罐:被控對象 U:控制變量 進氣流量:操縱變量 P1,P2,出氣流量:擾動變量

被控變量:被控對象需要維持在其理想值的工藝變量,也是測量變松的輸入。 控制變量:控制器的輸出電信號。

操作變量:執行器的操作對象,對被控變量有影響。

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kh

m

om

自動控制系統由被控對象、測量變送器、執行器(控制閥)和控制器組成。 被控對象 是指被控制的生產設備或裝置。

測量變送器 用于測量被控變量,并按一定的規律將其轉換為標準信號作為輸出。 執行器 常用的是控制閥,接受來自控制器的命令信號,用于自動改變控制閥的開度。 控制器 它將被控變量的測量值與設定值進行比較,得出偏差信號e(t),并按一定規律給出控制信號u(t)

1-2

daw

.com

第一章

擾動變量:影響被控變量的變量(除了操作變量)。

k 1-4

.假設控制閥為氣閉式、控制器為反作用,定義偏差為測量值與給定值之差。首先假設在干擾發生之前系統處于平衡狀態,即流入量等于流出量,液位等于給定值。當有干擾發生,平衡狀態將被破壞,液位開始變化,于是控制系統開始動作。

1)假定在平衡狀態下流入量Q1突然變大。此刻是的Q1>Q2,于是液位L將上升隨著L的上升,控制器將感受到正偏差,由于控制器是反作用的,因此其輸出將減小。因為控制閥是氣閉式的,隨著控制器輸出的減小,控制閥開度變大。流出量Q2將逐漸增大,液位L將慢慢下降并逐漸趨于給定值。當再度達到Q2=Q1時,系統將達到一個新的平衡狀態。這是控制閥將處于一個新的開度上。

2)如果在平衡狀態下,流入量突然減小,將出現Q1

3)在平衡狀態下,Q2突然變大。這就使Q2>Q1,L將下降。這是控制器輸出將增大控制閥開度變小,于是Q2將隨之減小,L又會慢慢上升而回到給定值。如果在平衡狀態下,Q2突然減小了。此時,L將上升,控制器輸出將減小,控制閥開度變大,重新使Q2增大

w

w

.kh

w

而使其逐漸回復到給定值為止。

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kh

daw

.c

om

第二章

AdH

=Q1?Q2?Q3 dtAd?H =?Q1??Q2??Q3

dt

1)

.com

2-1

daw

2H0K3?H2H0

?Q3=Q3?Q30==

kh

R3

2)

3) W0(S)= 2-2 1)

w

令A1的另一個出口為Q4, 則對A1有:

w

.kh

A2dH2

=Q4?Q3 dt

R2R3H(S)

=

Q1(S)AR2R3S+R2+R3

對A2有:

w

Q2=K2H1?H2 Q4=K12H1?H2 Q3=K3H2

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kh

da

w

.c

om

A1dH1

=Q1?Q2?Q4 dt

.c

R2R3AS=R2R3Q1(S)?R3H(S)?R2H(S)

om

?Q2=Q2?Q20=

K2?H

=

R2

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?

?Q2=Q2?Q20=

Η1?H2

R12

K2(H1?H2)2H0

=

H1?H2

R2

?Q4=

?Q3=

daw

.com

?H2

R3

H1(S)=

1

[Q1(S)?Q2(S)?Q4(S)] A1S1A2S

[Q4(S)?Q3(S)]

kh

H2(S)=

Q4(S)=

Q2(S)=

H1(S)?H2(S)

R2H2(S)

R3

h

2)

Q3(S)=

答案

H1(S)?H2(S)

R12

da網

w.c

daw

3)

W0(S)=

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kh

R2R3

2

A1A2R2R3S+(A1R2+A2R12R3+A2R2R3)S

om

2-5

1) ?Q0=

K?H2H0

=

R=

daw

kh

H=2e?100tu(t)Qi 故其時間常數為100.

w

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da網

w.c

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答案

om

dH

+H=RQi dtdH 0.01+H=0.02Qi

dt

2)RA

.com

=0.02 ?Q0

R

K=

相應好h(t)在t=T時達到其終值的63.2%, 即h(T)=h(0)+[h(∞)?h(0)]*63.2%=62.56

daw

3-2

kh

1)y*(t)=

y(t)?y(0)

y(∞)?y(0)

取y*(t1)=0.4 y(t1)=0.8 查表得t1≈23 y*(t2)=0.8 y(t2)=1.6 查表得t2≈43

t1

=0.53>0.46則說明該階躍響應需更高階的傳遞函數才能擬合得更好,查表3.3-1t2

得出n=3

T=

3-3

G(S)=

w

w

G(S)=

在達到最終值的63.2%,所對應的時間為180*63.2%=113 故T≈5S

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daw

.c

1.8×10?2

G(S)=

5S+1

om

K

TS+1y(∞)?y(0)K==1.8*10?2

?P

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2

3

()10S+1

t1+t2y(∞)?y(0)

≈10 K==2

2.16*n?u

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w.c

om

由表實驗數據可得出T=100

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3-1

h(∞)?h)(0)(99?0)/1000

=≈0.5

?u20%

.com

4-1

1de(t)

PID式子中u(t)=Kc[e(t)+e(t)dt+T+u0 d

Ti∫dt0

u0為常數,而常數的拉氏變換為0,故將時域變換為頻域時沒有這一項。

t

daw

4-2

kh

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w.c

w

w

答案

w

1) 上圖中,藍色的積分時間為3,紫色的為20,黃色的為40,由此我們可知在相同的

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kh

daw

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om

om

u0為控制器的穩態輸出,取值根據系統穩定時需要保持的控制閥閥門開度確定。

外界干擾作階躍變化情況下,隨著積分時間減小,最大偏差會增大,震蕩不會加劇。 2) 由上圖可知,為了獲得與以前相同的系統穩定性,可適當將Kc調小,靜態環路增

益會改變。 4-3

daw

kh

4-5

Kc1=0.5Kmax Kc2=0.4Kmax=0.6Kc1 KC3=0.6Kmax=1.2Kc1

[y(∞)?y0]

?取y*(t1)=0.283 查表得t1=5

y*(t2)=0.632 查表得t2=10.6

w

w

G(S)=

T=1.5(t2-t1)=8.4 τ=t2-t0-T=2.2

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om

5

e?2.2s

8.4S+1

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y*(t)=

umax?u0]

y(t)?y(0)

y(∞)?y(0)

K=

ymax?y0]

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w.c

==5 0.03

那里,這種情況成為積分飽和。 由定義可知,發生積分飽和的前提是控制器具有積分功能,控制器的飽和輸出極限值要比執行機構的信號范圍大。 后果:可能使產品質量不好,對操作人員的安全構成威脅。 4-4

答案

om

積分飽和:對于一個有積分功能的偏差,控制器的積分作用就會對偏差進行累積來改變控制器的輸出。如果這時閥門已達到飽和(已全開或全關),而無法繼續進行調節,那么偏差將無法消除。然而由于積分作用,控制器的輸出仍在增加直到它達到某個極限值并停留在

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?

Kp=1.4

daw

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kh

出現等幅震蕩,而控制器為PI,故將Kp調為0.6,Ti=20。

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w.c

答案

w

w

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Kp=0.6 Ti=20

w

余差和超調均較小,比較滿意。

通過用Matlab仿真 Kc=0.6 Ti=20

kh

daw

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om

第五章

用前饋-反饋控制方案

Gff(S)=?

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Gpd(S)Gpc(S)

=?

5-1

5(2S+3)

S+1

kda1.05(55S+1)2s

e

0.94(41S+1)

Gff(S)=?

Gpd(S)Gpc(S)

5-3 1)

h

5-2

=?

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kh

2)由圖可得

Gc2GpcGo2Y(S)Gpd+GffGo1A

其中A= =

1+Gc2GpcGo2Gm2F(S)1+AGc1Gm1Go1

由不變性原理F(S)≠0,Y(S)=0 即Gpd+GffGo1A=0

daw

kh

5-4

K=

2max1max

q1

=

25 21

若采用相除形式的方案時,K應在0.5~0.8之間,而K>1,故采用相乘形式。

答案

q2

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w.c

3) 先判斷副控制器:

在副回路中,副對象、副測量變送器為正作用。而控制閥為正作用,故副控制器為負作用。

然后判斷前饋控制器,它是消除擾動對被控變量的影響,故為負作用。

再判斷主控制器,在主回路中,主對象、主測量變送器、副回路為正作用,故主控制器為正作用。

w

由題知k=0.4 A作主流量,B作副流量 K=k

QAmax

=1.6

QBmax

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若采用相除形式的方案時,K應在0.5~0.8之間,而K>1,故采用相乘形式。

daw

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5-5

m

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2

Gpd18S1 A=2S1Gff=?=? =

32AGo12S+19

1+9××1S+1

2S+1

S+9.5

Gff=?

54

0.9×

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5-6

2)I0=18 則K=K=k×

3) K=1)

w

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18?4

=7

20?4

Q1max7000

=k×所以k=0.5 Q2max4000I2?4

=7 I2=9.25Ma I1?4

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daw

.c

om

第六章

1) 副控制器正反作用改變,主控制器正反作用不變。閥門是副回路中的執行器,在主

回路中,副回路作為一個整體為正作用,故執行器的改變對主回路無影響,主控制器正反作用不變。在副回路中,執行器由氣開閥變為氣關閥,正反作用改變。而正反作用的選擇是使系統成為負反饋系統,而副回路中除副控制器外其余正反作用不變。故副控制器正反作用改變。

2) 要改變,副控制器的輸出是去改變閥門,比例度要增加,而積分時間要減小。口徑

daw

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6-1

1) 最合適的副變量選擇θ2,它離第四個儲罐較遠,可以防止副變量與主變量發生共振。2)

而且它包含更多的干擾。

答案

6-2

a網

w.c

變大相當于控制通道放大倍數增加,此時若比例度和積分時間不變則控制系統的開環放大倍數增大,系統的余差會減小,但是系統會變得不穩定。對于一個不穩定的系統談余差是沒有意義的。所以首先要保持系統的穩定性,那么要減小控制器放大倍數,即增大比例度。此時余差肯定會變大,因此要加強積分作用,即減小積分時間,消除余差。

3) 主控制器的比例度和積分時間不改變。由于串級系統對副對象和控制閥特性的變化

具有較好的魯棒性,即副對象和控制閥特性的變化不會影響主控制器。

kh

6-3

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kh

應該把下面那個采用串級控制系統,首先是因為干擾通道時間常數為0.2,對被控變量的影響相當大。其次副回路中包含的純滯后時間很小,有利于提高副回路的快速性。上面那個途中的副回路包含大慣性環節,且控制通道沒有延時,干擾量影響到副變量的時候,很快影響到主控變量,而由于大慣性環節,副回路還來不及處理干擾。

daw

3) 副控制器的選擇與主回路無關,而測量變送器,副對象均為正作用,調節閥為正作

用,故副控制器為負作用,主控制器與主對象正反作用相反。而主對象為正作用,故主控制器為負作用。

w

.c

om

om

圖同上圖 6-4

6-5

daw

6-7

6-6

w.c

前者是串級控制系統中反映主被控變量的中間變量,控制作用對他產生明顯的調節效果;

后者是對主被控變量有顯著影響的干擾量,是完全不受控制作用約束的獨立變量,引入前饋的目的是為了補償原料油流量對爐出口溫度的影響。 功能上:

前饋控制器與串級控制的副控制器擔負不同的功能。

kh

w

由題知,控制閥為氣開閥,故為正作用。蒸汽流量增加,溫度升高,塔底壓力增加,故

壓力差減小。因此,Gp(S)為反作用,而Gp(S)為正作用。由單回路控制系統的控制

器選擇可知,Gpc(S)、GTC(S)為正作用。當壓力差超過設定值,而Gpc(S)為正作用,故控制器輸出信號增加,該信號增加后,要求在選擇器中被選中,顯然改選擇器應為高值選擇器。

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6-8

daw

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結構上:

串級控制:內外兩個反饋回路組成

前饋-反饋控制:一個反饋和一個開環的補償回路疊加而成 變量上:(串級控制的副參數與前饋-反饋控制的前饋輸入量是兩個截然不同的變量)

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Tsp

daw

為反作用(通入自來水或深井水,被控變量溫度會降低),再由單回路控制系統的控制器選擇可知,控制器為反作用。

kh

教材:《過程控制工程》(第二版),王樹青,戴連奎,于玲,化學工業出版社,2008

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kh

答案

daw

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由題意可知A閥、B閥均為氣開閥,即為正作用,自來水和深井水兩個對象的特性均

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范文三:智能儀器第二版

1-1.內含微型計算機并帶有GP-IB等通信接口的電子儀器成為智能儀器。特點: (1)智能儀器使用鍵盤代替傳統儀器中的旋轉式或琴鍵式切換開關開實施對儀器的控制從而使儀器面板的布置和儀器內部有關部件的安排不再相互限制和牽連. (2)微處理器的運用極大的提高了儀器的性能。

(3)智能儀器運用微處理器的控制功能,可以方便的實現量程自動轉換、自動調零、觸發電平自動調整、自動校準、自動診斷等功能,有力的改善了儀器的自動化測量水平。 (4)智能儀器具有友好的人機對話能力。

(5)智能儀器一般都配有GP-IB或RS-232等通信接口,是智能儀器具有可程控操作的能力。 1-2.主機電路用來存儲程序數據并進行一系列的運算和處理;模擬量輸入/輸出通道用來輸入/輸出模擬信號;人機接口電路的作用是溝通操作者和儀器之間的聯系;通信接口電路用于實現儀器與計算機的聯系,以便使儀器可以接收計算機的程序命令。

1-3.監控程序是面向儀器面板鍵盤和顯示器的管理程序,其內容包括:通過鍵盤輸入命令和數據,以對儀器的功能、操作方式與工作參數進行設置;根據儀器設置的功能和工作方式,控制I/O接口電路進行數字采集、存儲;按照儀器設置的參數,對采集的數據進行相關的處理;以數字、字符、圖形等形式顯示測量結果、數據處理的結果及儀器的狀態信息。 1-4.智能儀器廣泛使用鍵盤,使面板的布置與儀器功能部件的安排可以完全獨立的進行,明顯改善了儀器面板及有關功能部件結構的設計,這樣即有利于提高儀器技術指標,又方便了儀器的操作。

1-5.智能儀器組成的自動測試系統是一個分布式多微型計算機系統,系統內的各智能儀器在任務一級并行工作,它們各自具備的硬件和軟件,能相對獨立的工作,相互間也可通信,它們之間通過外部總線松散耦合。特點:自動測試系統具有極強的通用性和多功能性。 1-6.個人儀器和個人儀器系統充分的利用PC機軟件資源,相對于智能儀器來說,極大的降低了成本,大幅縮短了研制周期,顯示出廣闊的發展前景。

1-7.個人儀器系統是由不同功能的個人儀器和PC機有機結合而構成的自動測試系統。 1-8.VXI總線系統即采用VXI總線標準的個人儀器系統,一般由計算機、VXI儀器模塊和VXI總線機箱構成。

1-9.

1.確定設計任務:首先根據儀器最終要實現的設計目標,編寫設計任務說明書,明確儀器應具備的功能和應達到的技術指標。

2.擬制總體設計方案:設計者應首先一句設計的要求和一些約束條件,提出幾種可能的方案。 3.確定儀器工作總框圖:當儀器總體方案和選用的微處理器的種類確定后,就應采用自上而下的方法,把儀器劃分成若干個便于實現的功能模塊,并分別繪制出相應的硬件和軟件工作框圖。

4.硬件電路和軟件的設計與調試:一旦儀器工作總框圖確定后,硬件電路和軟件的設計工作就可以齊頭并進。

5.整機聯調:硬件、軟件分別裝配調試合格后,就要對硬件、軟件進行聯合調試。 1-10.單片機性能增強、體現在指令指令執行速度有很大提升;單片機集成了大容量片上flash存儲器,并實現了ISP和IAP,單片機在低電壓、低功耗、低價位、LPC方面有很大進步;單片機采用了數字模擬混合集成技術,將A/D、D/A、鎖相環以及USB、CAN總線接口等都集成到單片機中,大大地減少片外附加器件的數目,進一步提高了系統可靠性能。單片機的選擇要從價格、字長、輸入/輸出的執行速度、編程的靈活性、尋址能力、中斷功能、直接存儲器訪問(DMA)能力、配套的外圍電路芯片是否豐富以及相應的并發系統是否具備等多方面進行綜合考慮。

2-1. A/D轉換器技術指標:1.分辨率與量化誤差;2.轉換精度;3.轉換速度;4.滿刻度范圍。

D/A轉換器技術指標:1.分辨;2.轉換精度;3.轉換時間;4、尖峰誤差。

分辨率是衡量A/D轉換器分辨輸入模擬量最小變化程度的技術指標,轉換精度反映了一個實際A/D轉換器與一個理想A/D轉換器在量化值上的差值,用絕對誤差或相對誤差來表示。

2-2. 逐次比較式A/D轉換器轉換時間與轉換精度比較適中,適用與一般場合。積分式A/D轉換器的核心部件是積分器,速度較慢,但抗干擾性能力強,適用于在數字電壓表類儀器中采用。并行比較式A/D轉換器,轉換速率可以達到很高,但抗干擾能力差,由于工藝限制,其分辨率一般不高于8位。適用于數字示波器等要求轉換速度較快的儀器。 2-9. 數據采集系統把多路開關、模擬放大器、采樣/保持器、A/D轉換器、控制邏輯以及微處理器系統的接口電路等都集成在一塊芯片中,構成數據采集集成電路。 3-1. 獨立式鍵盤結構特點是一線一鍵;矩陣式鍵盤結構特點是把檢測線分成兩組,一組為行線,另一組為列線,按鍵行線和列線的交叉點上;交互式鍵盤結構特點是任意兩檢測線之間均可以放置一個按鍵。

3-4. 鍵盤分析程序的任務是對鍵盤的操作做出識別并調用相應的功能程序模塊完成預訂的任務。直接分析法的優點是簡明直觀,缺點是命令和識別和處理程序的執行交錯在一起,相互牽制層次不清楚,當采用多用鍵,復用次數較多時,這一矛盾尤其突出,用狀態分析法可以克服這些缺點。

狀態分析法步驟:

1.用狀態圖準確表述按鍵操作序列的定義;

2.狀態表;

3.固化狀態表;

4.鍵盤分析程序的設計。

3-11. 字符發生器(字符ROM)存儲字符點陣信息。各種字符的ASCII代碼從顯示RAM中讀出送到字符ROM作為選擇對應這個字符點陣碼的字符ROM的地址。 4-1. 講者是通過總線發送儀器消息的儀器裝置;聽者是通過總線接收由講者發出消息的裝置;控者是數據傳輸過程中的組織者和控制者。在一個GP-IB系統中可設置多個講者,但在某一時刻只能有一個講者在起作用,聽者可以設置多個,并且允許多個聽者同時工作。控者通常由計算機擔任,GP-IB系統不允許有兩個或兩個以上的控者同時起作用。 4-2.

1.可以用一條總線相互連接,若干臺裝置,以組成一個自動測試系統; 2.數據傳輸采用并行比特(位),串行字節(位組)雙向異步傳輸方式,其最大傳輸速率不超過1兆字節每秒;

3.總線上傳輸的消息采用負邏輯;

4.地址容量;

5.一般適用于電氣干擾輕微的實驗室和生產現場。

4-3. 接口消息是指專用于管理接口部分完成各種接口功能的信息,它由控者發出而只被接口部分所接收和使用。儀器消息是與儀器自身密切相關的信息,它只被儀器部分所接收和使用,雖然儀器消息通過接口功能進行傳遞,但它不改變接口功能的狀態。 4-4. 總線是一條24芯電纜,其中16條為信號線,其余為地線及屏蔽線。

16條信號線分為:

1)8條雙向數據總線(DIO1~DIO8),其作用是傳遞儀器消息和大部分接口消息,包括數據、命令和地址;

2)3條數據掛鉤聯絡線(DAV、NRFD和NDAC),其作用是控制數據總線的時序,以保證數據總線能正確、有節奏的傳遞信息;

3)5條接口管理控制線(ATN、IFC、REN、EOI和SRQ)其作用是控制GP-IB總線接口的狀態。

4-6. GP-IB的十種接口功能:控者功能(C)、講者功能(T)、聽者功能(L)、源掛鉤功能(SH)、受者掛鉤功能(AH)、服務請求功能(SR)、并行點名功能(PP)、遠控本控功能(R/L)、裝置觸發功能(DT)和裝置清楚功能(DC)

4-9. RS-232C標準的接口信號線分為

1.基本數據傳輸信號線,主要信號線有TxD發送信號線、RxD接收信號線、GND為地信號線;

2..調制解調器控制信號線,主要信號線分從計算機到moden (DTR數據終端就緒信號

線和RTS請求發送信號線)和moden到計算機(DSR數據裝置就緒信號線、CTS允許發

送信號線、DCD數據載波檢測信號線、RI振鈴指令信號線)。

4-10. 為了使發送和接收保持一致,串行數據在發送和接收兩端使用的時鐘因同步,異步通信中,只要求發送和接收兩端的時鐘頻率在短時間內保持同步。同步通信與異步通信相比較,優點是傳輸速度快,不足之處是同步通信的實用性見取決于發送器和接收器保持同步的能力,若在一次串行數據的傳輸過程中,接收器接收數據時,若由于某種原因漏掉1位,則余下接收的數據都是不正確的。異步通信傳輸數據慢,但若在一次串行數據傳輸的過程中出現錯誤,僅影響一個字節數據

4-11. 異步通信協議規定每個數據以相同的位串形式傳輸,每個串行數據由起始位、數據位、奇偶校驗位和停止位組成。起始位的作用是協調同步,接收設備檢測到這個邏輯低電平后,就開始準備后續數據位信號。停止位用于標志一個數據的傳輸完畢。

4-12. RS-232C標準邏輯1電平在—5v,15v范圍內邏輯0電平在+5v,15v范圍內 TTL電平邏輯1 在+2v,+5v 邏輯0在0v,+0.8v

5-1. 算法即計算方法,是為了使計算機獲得某種特定的計算結果而制定的一套詳細的計算方法和步驟,一般表現為數學公式或操作流程。測量算法則是指直接與測量技術有關的算法。測量算法包括自檢、自動檢測、克服系統誤差的校正和克服隨機誤差的濾波處理

5-2. 自檢就是利用事先編好的檢測程序對儀器的主要部件進行自動檢測,并對故障進行定位。自檢方式有:1.開機自檢;2.周期性自檢3.鍵盤自檢。自檢內容包括ROM、RAM、總線、顯示器、鍵盤以及測量電路等部件的檢測

5-4. 自助量程轉換可以使儀器在很短的時間內自動選定在最合理的量程下,從而使儀器獲得高精度的測量,并簡化了操作。自動量程轉換由最大量程開始逐級比較,直至選出最合適的量程為止

5-5. 自動零點調整的原理,首先微處理器通過粗陋控制繼電器吸合使儀器輸入端接地,啟動一次測量并將測量值存入RAM的某一確定單元中,接著微處理器通過輸出口又控制繼電器釋放,使儀器輸入端接被測信號,最后微處理器再做一次減法運算,并將此差值作為本次測量結果加以顯示。

5-7. 系統誤差是指在相同條件下多次測量同一量時,誤差的絕對值和符號保持恒定或在條件改變時按某種確定的規律而變化的誤差。修正方法:1.利用誤差模型修正系統誤差;2.利用校正數據表修正系統誤差;3.通過曲線擬合來修正系統誤差。

5-8. 利用誤差模型:首先通過分析來建立系統的誤差模型,再由誤差模型求出誤差修正公式。誤差修正公式一般含有若干誤差因子,修正時,先通過校正技術把這些誤差因子求出來,然后利用修正公式來修正測量結果,從而削弱了系統誤差的影響。采用曲線擬合對測量結果進行修正的方法是,首先定出f(x)的具體形式,然后再通過對實測值進行選定函數的數值計算,求出精確的測量結果。

5-9. 數字濾波具有硬件濾波器的功效,卻不需要硬件開銷,從而降低了成本,由于軟件的靈活性,還能產生硬件濾波器達不到的功效。不足之處就是需要占用機時。

5-10. 常用的數字濾波方法有:1.中值濾波;2.平均濾波程序;3.低通數字濾波。中值濾波對去掉脈沖性質的干擾比較有效,并且采樣次數N越大,濾波效果愈強,對于變化較為劇烈的參數,不宜采用;平均濾波對濾除混雜在測信號上的隨機干擾非常有效;低通數字濾波對濾除變化非常緩慢的被測信號中的干擾是很有效的。

6-1. DVM是指以微處理器為核心的數值電壓表,專用微型計算機部分包括微處理器芯片、存放儀器監控程序的的存儲器ROM和存放測量及運算數據的存儲器RAM;用于測量的輸入/輸出設備有:輸入電路、A/D轉換器、鍵盤、顯示器及標準儀用接口電路等等。DMM是指除能測量直流電壓外,還同時能測量交流電壓、電流和電阻等參數的數字測量儀器。交流電壓、電流和電阻的測量是通過交直流(AC-DC)轉換器、電流轉換器和歐姆轉換器先轉換成相應的直流電壓,然后再由DVM進行電壓測量而實現的。主要的技術指標:1.量程;2.位數;3.測量準確度;4.分辨率;5.輸入阻抗;6.輸入電流;7.測量速率。

6-5. 采用平均值AC-DC轉換器對交流電壓進行有效值測量的方法是先測出交流信號的平均值,然后再根據波形因數換算出對應的有效值。真有效值AC-DC轉換器輸出直流電壓,線性的比于被測各種波形交流信號的有效值,基本上不受輸入波形失真度的影響。

6-8. 恒流源法主要測量阻值較大的電阻,四線法主要用于阻值較小的情況,電壓源法用于高阻測量。

7-1. 具有測頻和測周兩種以上功能的電子計數器都歸類為通用計數器。

-4. 測頻和測周兩條量化誤差曲線焦點所對應的被測信號頻率成為中界頻率。 7

8-1. 數字存儲示波器有的取樣方式有實時取樣和等效時間取樣兩種。等效時間取樣不能觀察單次信號,因為等效時間取樣緊限于處理重復性的周期信號。

范文四:智能控制答案

武漢理工大學碩士研究生試題

課程名稱:智能控制理論與技術

專業學號姓名

一、 簡答題

1.智能控制由哪幾部分組成,各自的作用是什么,

答:智能控制系統由廣義對象、傳感器、感知信息處理、認知、通信接口、規劃和控制以及執行器等七個功能模塊組成。

各部分的作用是:

廣義對象——包括通常意義下的控制對象和外部環境;

傳感器——包括關節傳感器、力傳感器、視覺傳感器、距離傳感器、觸覺傳感器等;

感知信息處理——將傳感器得到的原始信息加以處理;

認知——主要用來接收和儲存信息、知識、經驗和數據,并對它們進行分析、推理,做出行動的決策,送至規劃和控制部分;

通信接口——除建立人機之間的聯系外,還建立系統各模塊之間的聯系; 規劃和控制——是整個系統的核心,它根據給定的任務要求、反饋的信息以及經驗知識,進行自動搜索,推理決策,動作規劃,最終產生具體的控制作用; 執行器——將產生的控制作用于控制對象。

2.智能控制和傳統控制差異是什么,

答:傳統控制:經典反饋控制和現代理論控制。它們的主要特征是基于精確的系統數學模型的控制。適于解決線性、時不變等相對簡單的控制問題。 智能控制:以上問題用智能的方法同樣可以解決。智能控制是對傳統控制理論的發展,能夠解決傳統控制方法難以解決的復雜系統的控制問題,如:對象的不確定性、高度的非線性和復雜的任務要求。傳統控制是智能控制的一個組成部分,在這個意義下,兩者可以統一在智能控制的框架下。

1(傳統的自動控制是建立在確定的模型基礎上的,而智能控制的研究對象則存

1

在模型嚴重的不確定性,即模型未知或知之甚少者模型的結構和參數在很大的范圍內變動,這些問題對基于模型的傳統自動控制來說很難解決。 2(傳統的自動控制系統的輸入或輸出設備與人及外界環境的信息交換很不方便,希望制造出能接受印刷體、圖形甚至手寫體和口頭命令等形式的信息輸入裝置,能夠更加深入而靈活地和系統進行信息交流,同時還要擴大輸出裝置的能力,能夠用文字、圖紙、立體形象、語言等形式輸出信息. 另外,通常的自動裝置不能接受、分析和感知各種看得見、聽得著的形象、聲音的組合以及外界其它的情況. 為擴大信息通道,就必須給自動裝置安上能夠以機械方式模擬各種感覺的精確的送音器,即文字、聲音、物體識別裝置。

3(傳統的自動控制系統對控制任務的要求要么使輸出量為定值(調節系統),要么使輸出量跟隨期望的運動軌跡(跟隨系統),因此具有控制任務單一性的特點,而智能控制系統的控制任務可比較復雜。

4(傳統的控制理論對線性問題有較成熟的理論,而對高度非線性的控制對象雖然有一些非線性方法可以利用,但不盡人意. 而智能控制為解決這類復雜的非線性問題找到了一個出路,成為解決這類問題行之有效的途徑。 5.與傳統自動控制系統相比,智能控制系統具有足夠的關于人的控制策略、被控對象及環境的有關知識以及運用這些知識的能力。

6(與傳統自動控制系統相比,智能控制系統能以知識表示的非數學廣義模型和以數學表示的混合控制過程,采用開閉環控制和定性及定量控制結合的多模態控制方式。

7(與傳統自動控制系統相比,智能控制系統具有變結構特點,能總體自尋優,具有自適應、自組織、自學習和自協調能力。

8(與傳統自動控制系統相比,智能控制系統有補償及自修復能力和判斷決策能力。

3.人工神經元網絡的拓撲結構主要有哪幾種,

答:根據拓撲結構不同,也就是神經元連接方式的不同,神經網絡分為神經網絡可分為以下四種形式:

(1)前向網絡 由輸入層、隱含層和輸出層組成。每一層只接受前一層神經元的輸入。各神經元之間不存在反饋。屬于層次型網絡。

2

(2)反饋網絡 只在輸出層到輸入層存在反饋,即每一個輸入節點都有可能接受來自外部的輸入和來自輸出神經元的反饋。屬于層次型網絡。 (3)相互結合型網絡 這種神經網絡在任意兩個神經元之間都可能有連接。在這個狀態中,信號要在神經元之間反復往返傳遞,網絡處在一種不斷改變狀態的動態之中,從某種初態開始,經過若干次的變化,才會達到某種平衡狀態。屬于網狀結構網絡。

(4)混合型網絡 通過同一層內神經元的相互結合,可以實現同一層內神經元之間的橫向抑制或興奮機制。這樣可以限制每層內能同時動作的神經元數,或者把每層內的神經元分為若干組,讓每組作為一個整體來動作。它是層次型網絡和網狀結構網絡的一種結合。

4.設計智能控制系統的主要步驟有哪些,

答:1.建立被控系統的模型;

2.簡化被控系統的模型;

3.分析模型,確定其性質;

4.確定性能指標;

5.確定所采用的控制器類型;

6.設計控制器滿足性能指標或者修改性能指標和拓寬控制器的類型; 7.仿真

二、計算題

Uuuuuu,{,,,,}設論域,且 12345

0.20.40.910.5A,,,,, uuuuu12345

0.10.710.3B,,,, uuuu1345

CCABABA,,,,B試求(補集),(補集)

解:

3

二、 作圖題

1. 畫出以下應用場合下適當的隸屬函數:

,,(a)我們絕對相信附近的e(t)是“正小”,只有當e(t)足夠遠離時,44我們才失去e(t)是“正小”的信心;

,,(b)我們相信附近的e(t)是“正大”,而對于遠離的e(t)我們很快22失去信心;

,,(c)隨著e(t)從向左移動,我們很快失去信心,而隨著e(t)從向44右移動,我們較慢失去信心。

解:(a)

4

(b)

(c)

2. 畫出以下兩種情況的隸屬函數:

,,Axx,,,{}(a)精確集合的隸屬函數; 82

(b)寫出單一模糊(singleton fuzzification)隸屬函數的數學表達形

式,并畫出隸屬函數圖。

解:(a)

5

(b)

6

四、利用靜態多層前向人工神經網絡(BP 網絡)(40分)

6y,1.5cos(314x,0.5sin(2,,10x))1. 實現

2. 結合1研究變學習因子算法對網絡收斂性能的影響

解:答:BP算法的學習由信號的正向傳播與反向傳播兩個過程組成。信號正向傳播時,從輸入層傳入的輸入樣本在經各隱層逐層處理后傳向輸出層。若輸出層的期望輸出(教師信號)與實際輸出不符,則轉入誤差的反向傳播階段。誤差反傳是將期望輸出與實際輸出的誤差以某種形式通過隱層向輸入層逐層反傳并將其分攤給各層的所有單元,從而獲得各層單元的誤差信號,并以此作為修正各單元權值的依據。信號正向傳播,誤差反向傳播,網絡各層權值周而復始地進行調整,從而實現網絡的學習訓練過程。標準BP算法流程如圖所示。

初始化

輸入樣本,計算各層輸出

計算輸出誤差

計算各層誤差信號

調整各層權值

達到迭代次數

N

滿足誤差要求Y

結束圖1標準BP算法流程

在MATLAB中建立.m文件輸入如下命令:

clc;

clear;

x=[-50:0.1:50];

y=1.5*cos(314*x+0.5*sin(2*pi*10^6*x)); figure1 = figure('Color',[1 1 1]);

plot(x,y)

7

title('非線性函數','fontsize',12)

ylabel('y','fontsize',12)

xlabel('x','fontsize',12)

得到如下圖像,即所給的非線性函數曲線圖:

圖2函數波形

構造一個1-7-1的BP神經網絡,第一層為輸入層,節點個數為1;第二層為隱含層,神經元個數為7,激活函數選取正切s函數(tansig),第三層為輸出層,節點個數為1,輸出層傳遞函數選擇為線性函數(purelin)。選取L-M優化算法trainlm作為BP網絡的學習算法。對于該初始網絡,我們選用sim()函數觀察網絡輸出。繼續在.m函數中如下輸入:

net=newff(minmax(x),[1,7,1],{'tansig','tansig','purelin'},'trainlm'); y1=sim(net,x);

figure1 = figure('Color',[1 1 1]);

plot(x,y,'b',x,y1,'r')

title('期望輸出與實際輸出比較')

ylabel('y','fontsize',12)

xlabel('x','fontsize',12)

將期望的輸出和實際的輸出曲線比較如下圖:

8

圖3期望輸出和實際輸出比較

在應用函數train()對網絡進行訓練之前,需呀預先設置訓練參數。將訓練次數設置為1000次,訓練精度設置為0.01,學習速度為0.01。 net.trainParam.epochs=1000; %訓練次數

net.trainParam.goal=0.001; %訓練目標

net.trainParam.lr=0.01; %學習速率

net=train(net,x,y);

y2=sim(net,x);

figure1 = figure('Color',[1 1 1]);

plot(x,y,'-r',x,y2,'.b')

title('?μá?oóμ??á??','fontsize',12)

Train下圖為訓練過程,可以看出經過28次迭代后,網絡收斂,達到要求。 BestGoalBest Training Performance is 0.00085036 at epoch 28110

010

-110

-210

-3Mean Squared Error (mse)10

-410 051015202528 Epochs

圖4訓練過程

下圖為訓練后的結果曲線,“*”為學習過后的曲線,紅色直線為期望輸出,兩條曲線基本一致,這說明經過訓練后,BP網絡對非線性函數的逼近效果相當好。

9

2

訓練后的結果1.5

1

0.5

-0.5

-1

-1.5

-2-50-40-30-20-1001020304050

圖5訓練結果

1.改變隱含層神經元的數目

考慮將隱含層變為8,經過79次收斂,相關波形如下:

TrainBest Training Performance is 0.00057685 at epoch 79Best110Goal010

-110

-210

-3Mean Squared Error (mse)10

-410 01020304050607079 Epochs

圖6訓練過程

圖7訓練結果

隱含層數目繼續增加變為15后,相關波形如下:

10

Best Training Performance is 0.00080032 at epoch 61 10TrainBestGoal010

-110

-210

-3Mean Squared Error (mse)10

-410 01234566 Epochs

圖8訓練過程

訓練后的結果1.5

1

0.5

-0.5

-1

-1.5-50-40-30-20-1001020304050

圖9訓練結果

可以發現,三層神經網絡對非線性函數的逼近效果很好,完全可以擬合,當

增大隱含層神經元數目時,理論上是擬合度更好,但其實最初的7個節點已經完

全可以滿足要求。

2.改變訓練算法

將訓練算法由trainlm改為traingd后,還是用1-7-1的結構,訓練結果如下

圖。

11

期望輸出與實際輸出比較1.5

1

0.5

y-0.5

-1

-1.5

-2-50-40-30-20-1001020304050x

圖10期望輸出和實際輸出比較

訓練后的結果2.5

2

1.5

1

0.5

-0.5

-1

-1.5-50-40-30-20-1001020304050

圖11訓練結果

可以明顯看出,訓練算法對網絡性能影響較大,不同的算法結果差異很大,

因此在訓練網絡時,要正確選取訓練算法。

1. 改變學習速率

降低學習速率為0.005時,相關結果如下所示:

12

期望輸出與實際輸出比較1.5

1

0.5

y-0.5

-1

-1.5

-2

-2.5-50-40-30-20-1001020304050

x

圖12期望輸出與實際輸出比較

Best Training Performance is 0.037761 at epoch 50001 10Train

BestGoal010

-110

-210

-3Mean Squared Error (mse)10

-410 0500100015002000250030003500400045005000

5000 Epochs

圖13訓練次數

13

訓練后的結果1.5

1

0.5

-0.5

-1

-1.5-50-40-30-20-1001020304050

圖14訓練結果

可以看出,當學習速率過小時,訓練時間會變慢,時間很長,并且很難收斂,

速率為0.005時,5000次都無法收斂,而速率為0.1時,28次就達到收斂。

相關結果如下所示: 增大學習速率到0.5時,

期望輸出與實際輸出比較1.5

1

0.5

y0

-0.5

-1

-1.5-50-40-30-20-1001020304050

x

圖15期望輸出與實際輸出比較

14

Best Training Performance is 0.00086358 at epoch 91 10TrainBestGoal010

-110

-210

-3Mean Squared Error (mse)10

-410 01234567899 Epochs

圖16訓練次數

訓練后的結果1.5

1

0.5

-0.5

-1

-1.5-50-40-30-20-1001020304050

圖17訓練結果

可以看出,當增大學習速率,訓練明顯加快,只用了9次就可以完美擬合,

達到收斂,從上邊的比較可以看出,學習速率增大,訓練次數減少,可以快速達

到要求,但學習速率并不是越大越好,過大時可能導致震蕩或者發散。

15

范文五:智能控制試卷-A答案

常 州 工 學 院 繼 續 教 育 學 院

武 進 函授站 20 學年 第 學期

科目試卷:傳感器原理 試卷類型: A (A 或 B )

姓名:學號:班級: 20 級機電一體化專科

一、填空題()

1、 控制論的三要素是:信息 、 反饋 和 控制 。

2、 傳統控制是 經典控制 和 現代控制理論 的統稱。

3、 智能控制系統的核心是去控制 復雜性 和 不確定性 。

4、 神經元(即神經細胞)是由 細胞體 、 樹突 、 軸突 和 突觸 四 部分構成。

5、 按網絡結構分,人工神經元細胞可分為 層狀結構 和 網狀結構 ,按照學 習方式分可分為 有教師學習 和 無教師學習 。

6、 前饋型網絡可分為可見層和隱含層, 節點有 輸入節點 、 輸出節點 、 計算單元 。

7、 神經網絡工作過程主要由 工作期 和 學習期 兩個階段組成。 二、判斷題()

1、 對反饋網絡而言,穩定點越多,網絡的聯想與識別能力越強,因此,穩定點的數 據目越多聯想功能越好。(錯)

2、 簡單感知器僅能解決一階謂詞邏輯和線性分類問題, 不能解決高階謂詞和非線分 類問題。(對)

3、 BP 算法是在無導師作用下, 適用于多層神經元的一種學習, 它是建立在相關規則

的基礎上的。(錯)

4、 在誤差反傳訓練算法中,周期性函數已被證明收斂速度比 S 型函數慢。(錯)

5、 基于 BP 算法的網絡的誤差曲面有且僅有一個全局最優解。(錯)

6、 對于前饋網絡而言, 一旦網絡的用途確定了, 那么隱含層的數目也就確定了。 (錯)

7、 對離散型 HOPFIELD 網絡而言, 如權矩陣為對稱陣, 而且對角線元素非負, 那么網 絡在異步方式下必收斂于下一個穩定狀態。(對)

8、 對連續 HOPFIELD 網絡而言,無論網絡結構是否對稱,都能保證網絡穩定。(錯)

9、 競爭學習的實質是一種規律性檢測器, 即是基于刺激集合和哪個特征是重要的先 驗概念所構造的裝置,發現有用的部特征。(對)

10、 人工神經元網絡和模糊系統的共同之處在于, 都需建立對象的精確的數學模型, 根據輸入采樣數據去估計其要求的決策,這是一種有模型的估計。(錯)

三、簡答題()

1、 智能控制系統有哪些類型?

答:1)多級遞階智能控制 2)基于知識的專家控制 3)基于模糊邏輯的智能控制 ——模糊控制 4)基于神經網絡的智能控制——神經控制 5)基于規則的仿人智能 控制 6)基于模式識別的智能控制 7)多模變結構智能控制 8)學習控制和自學習 控制 9) 基于可拓邏輯的智能控制——可拓控制 10) 基于混沌理論的智能控制—— 混沌控制

2、 比較智能控制與傳統控制的特點?

答:1)傳統控制方法在處理復雜性、不確定性方面能力低而且有時喪失了這種能 力, 智能控制在處理復雜性、 不確定性方面能力高 2) 傳統控制是基于被控對象精 確模型的控制方式,可謂“模型論” 智能控制是智能決策論,相對于“模型論”可

稱為“控制論” 3)傳統的控制為了控制必須建模,而利用不精確的模型又采用摸 個固定控制算法,使整個的控制系統置于模型框架下,缺乏靈活性,缺乏應變性, 因此很難勝任對復雜系統的控制。 智能控制的可信是控制決策, 次用靈活機動的決 策方式迫使控制朝著期望的目標逼近。 4)傳統控制適用于解決線性、時不變等相 對簡單的的控制問題, 智能控制是對傳統控制理論的發展, 傳統控制室智能控制的 一個組成部分,是智能控制的低級階段。

3、 神經網絡應具備的四個基本屬性是什么?

答:1)并行分布式處理 2)非線性處理 3)自學習功能 4)可通過硬件實現并行 處理

4、 神經網絡學習方法有哪些?

答:1)聯想式學習—— Hebb 規則 2)誤差傳播式學習—— Delta 學習規則 3)概 率式學習 4)競爭式學習

5、 模糊控制系統一般由幾個部分組成?

答:1)模糊控制器 2)輸入 /輸出接口裝置 3)廣義對象 4)傳感器

6、 模糊控制器設計包括幾項內容?

答:1) 確定模糊控制器的輸入變量和輸出變量 (即控制量 ) 2) 設計模糊控制器的控 制規則 3)確立模糊化和非模糊化(又稱清晰化)的方法 4)選擇模糊控制器的輸 入變量及輸出變量的論域并確定模糊控制器的參數(如量化因子、比例因子) 5) 編制模糊控制算法的應用程序 6)合理選擇模糊控制算法的采樣時間。

四、計算題()

1、 設論域 {}54321, , , , u u u u u U =

5432118. 06. 04. 02. 0u u u u u A ++++=, 543214. 06.

016. 04. 0u u u u u B ++++= 求 B A B A ) (補集 c A 。

2、 設模糊矩陣

??????

??????=8. 02. 07. 04. 08. 02. 016. 08. 03. 05. 04. 0Q ?

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?????=4. 05. 08. 06. 07. 06. 0R 求 R Q