文档介绍：基于ANFIS的模糊边界数据处理技术研究 Technical Research on Fuzzy Boundary Data Processing based on ANFIS
专业班级:00
学生姓名:乐乐
指导老师:胜利教授
内容提要
ANFIS概述
模糊控制系统概述
课题介绍
ANFIS软测量模型建立
MATLAB仿真分析
致谢
课题介绍
软测量技术是目前较为先进的测量技术之一。由于闸孔处水流流态变化的复杂性和相邻流态之间的边界呈现的模糊特性,使建立精确可靠的软测量模型面临很大困难,造成灌渠闸孔水流量测量中出现较大误差。本文以提高灌渠闸孔水流量测量精度为目标,将传统的水力学机理模型与ANFIS结合起来,基于ANFIS建立适应流态模糊边界的混合软测量模型。在MATLAB环境下,采用水工实验获得的实验数据进行仿真检验和不断改进,使误差减小. 从而证明软测量模型是提高灌渠闸孔水流量软测量精度的有效途径之一。
模糊控制系统概述
软测量技术:软测量技术也称为软仪表技术(Soft Sensor Techique)。概括地讲,所谓软测量技术就是利用易测过程变量(常称为辅助变量或二次变量),依据这些易测过程变量与难以直接测量的待测过程变量(通常为主导变量)之间的数学关系(软测量模型),通过各种数学计算和估算方法,从而实现对待测过程变量的测量。
模糊逻辑控制:(Fuzzy Logic Control)简称模糊控制(Fuzzy Control),是用模糊数学的知识模仿人脑的思维方式,对模糊现象进行识别和判决,给出精确的控制量,对被控对象进行控制。
模糊推理机:主要包括将模糊规则库重的模糊“if-then”规则转换成某种映射,即将输入空间上的模糊集合映射到输出空间的模糊集合。主要包括连接词的计算、“if-then”规则的表示、直觉推理判据和一些相关的运算性质。
隶属函数:在模糊集合中,元素对集合隶属程度不再局限于只取0或1,而是可以取区间[0,1]中的任意一个数值,这一数值反映了元素隶属于集合的程度。定义:论域U中的模糊子集A,是以隶属函数为表征的集合。即由映射:U→[0,1]确定论域U的一个模糊子集A。称为模糊子集的隶属函数, 称为U对A的隶属度,它表示论域U中的元素u属于其模糊子集A的程度。它在[0,1]闭区间内可连续取值,隶属度也可以简记为A(u)。
MATLAB语言:是由美国Clever Moler博士于1980年开发的,如今已成为流行全球、深受用户欢迎的计算进辅助设计软件工具。MATLAB语言设计者最早是为了解决数学中线性代数课程的矩阵运算问题而进行MATLAB语言开发的。之后,控制学科的专家学者们注意到了它丰富的矩阵处理功能,开发了用于控制理论研究的专用工具箱和结构图程序设计的SIMULINK仿真环境,使得MATLAB语言成为控制界计算机辅助设计的有利工具。
ANFIS概述
ANFIS(Adaptive Nerve Fuzzy Inference System)是基于Takagi-Sugeno模型(或Sugeno 模型)而建立的自适应神经模糊推理系统。研究表明,当输入模糊集采用非梯形/非三角形的隶属函数时,Sugeno模糊系统需要的模糊规则及输入的模糊集的个数较少。非常适合于基于采集数据的系统建模(黑箱模型)。
ANFIS的结构
第1层:将输入变量模糊化,输出对应模糊集的隶属度,其中一个节点的传递函数可以为:Q1i = µAi(x)
第2层:实现条件部分的模糊集的运算,通常采用乘法:Oi2 = ωi= μAi(x)×μBi(y)
第3层:对各条规则的使用度进行归一化处理。
第4层:每个节点的传递函数为线性函数,表示局部的线性模型,计算出每条规则的输出: Qi4= ωifi = ωi(aix + biy + ci)
第5层:计算所有规则的输出之和:
ANFIS软测量建模
图中H指闸前水位;
e指启闸高度;
h1指闸后水位;
hH指下游水位。