低阶大惯性大滞后系统的智能控制开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

早在20世纪60年代，学习控制的研究十分活跃。1965年美国普渡大学的傅京孙教授首先将AI启发式推理规则用于学习控制系统，随后自动控制系统与AI开始碰撞出火花，智能控制得到建立和发展。美国科学家扎德在1965年发表了著名论文“Fuzzy Sets”，开创了语言表达的模糊性这一普遍存在不确定性的模糊逻辑为基础的模糊数学，并且用来解决实际问题。1975年，英国的马丹尼成功地将模糊逻辑与模糊关系应用于工业控制系统，提出了能处理模糊不确定性、模拟人的操作经验规则的模糊控制方法。此后在模糊控制的理论和应用两个方面，取得了一批令人感兴趣的成果。 1985年8月，IEEE在美国纽约召开了第一届智能控制学术讨论，讨论了智能控制原理的系统结构。由此，智能控制作为一门新兴学科得到广泛认同，并取得迅速发展。近十几年来，随着智能控制方法和技术的发展，智能控制迅速走向各种专业领域。

自动控制的应用的领域有控制与决策，计算机控制，机器人控制，系统建模与分析，信息采集与处理，先进制造技术等，其中所需要的基础学科有数学，物理，生物医学，神经脑科学，认知心理学，控制论，运筹学，信息论，计算机科学，管理科学。生活中的系统存在复杂性、非线性、时变性、不确定性和不完全性等，自动控制很难获取准确的数学模型。由于各种实际工程系统的发展规模越来越大，所以常规控制理论与技术已越来越难以满足工程上对提高自动化水平和扩大自动化范围的要求。为了解决此类问题专家们提出了智能控制系统。智能控制技术属于自动控制科学的内容，是自动控制发展的高级阶段。它是一门综合性很强并且具有多学科高度综合的新兴学科。从信息论的角度来看，所谓的智能，可具体地定义为：能有效地获取、传递、处理、再生和利用信息，从而在任意给定的环境下成功地到达预定目的的能力。智能控制可以看作是人工智能、自动控制和运筹学三个主要学科相结合的产物。

智能控制已经完全融入到了日常生活中，包括智能电饭煲，智能冰箱，智能洗衣机等等。相比传统的家电，智能家电工作更加智能化，更加符合高质量的日常生活，并且具有巨大的发展空间。国外的霍尼韦尔等公司已经推出了许多智能家电产品，各种各样的特点吸引了许多的消费者。国内的小米等公司也推出了各种智能家电，也收到国内外消费者的青睐。智能家电能实现在各种不同的环境下做出较优的反应，能够更加贴近消费者的所想，它的发展潜力是毋庸置疑的。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

本次毕业设计内容是针对低阶、大惯性、大滞后系统设计一个智能控制系统。智能控制系统是利用最新人工智能的一项技术。要求掌握模糊理论、神经网络、专家系统的基本知识，并利用其中的算法来设计一个智能控制系统并完成仿真。该系统由硬件和软件两个部分组成：硬件部分可以使用单片机芯片和它的扩展电路来实现，扩展电路包括有温度传感器和加热器；软件部分可以利用C语言或者是汇编语言来编写，它的主要功能有接收并处理传感器的数据，利用智能控制的算法进行控制加热器。

智能控制系统功能需求分析：

随着科技进步，现在智能控制系统的应用的领域越来广泛，需求也越来越向日常生活智能电器侧重。针对日常生活中电器的使用需求来设定不同的功能，如一般的使用者需要查看当前的温度状态，使用者可以自己选择加热的模式，能够提示使用者加热完成，更重要的是电器具有智能算法控制的加热方式。

基于上面的智能电器功能，本人要具体研究下面的内容来实现这样的智能电器。

（1）调研，了解现阶段国内外智能电器的发展状况，查阅相应的文献资料；

（2）系统学习智能控制的相关知识，学习相应的神经网络，模糊理论，专家控制系统的基础知识，掌握常用的智能算法；

（3）掌握单片机芯片的相关应用；

（4）研究与实现：智能电器的显示模块和提醒声音功能模块；

（5）研究与实现：智能电器的加热模式选择模块；

（6）研究与实现：智能控制系统的反馈和处理算法。

2.2技术方案

下面是本次设计的技术方案：

（1）智能电器的实现方案

当智能电器启动后，可以显示当前温度状态和工作方式。工作的方式还可以修改，可以通过按键进行选择不同的功能，当工作完成时会发出提醒。

（2）显示模块的技术方案

状态的显示可以利用单片机芯片与显示器相连接，通过单片机芯片控制显示器输出显示当前的温度状态和工作方式。

（3）数据接收的技术方案

智能电器有传感器模块接受到传感器的数据经过单片机芯片的处理，这样就可以将此时的温度信息显示屏上显示。

（4）按键控制和声音提示的技术方案

当智能电器开启之后，可以通过按键向单片机芯片传输所选择的工作方式信息，随后单片机芯片进行相应的处理。当工作完成时，手表接单片机芯片收到数据通过驱动蜂鸣器振动，提醒主人工作完成。

（5）智能控制算法的技术方案

智能电器通过传感器的数据进行处理选择较好的工作模式，然后再通过传感器反馈回来的数据进行智能学习，调整工作相关的参数实现智能控制。

（6）电器本体结构组成包括：

显示器，单片机芯片，温度传感器，按键，加热器，蜂鸣器；

由此得到系统框图如图1所示。

图1系统框图

2.3技术路线

具体步骤有：第一步:在老师的指导下初步选题；第二步:收集，阅读和整理相关资料；第三步:选择合适尺寸组件和参数合适的元器件；第四步：完成硬件部分的设计，画出电路原理图；连接各个电路并测试通断情况；第五步：完成软件部分的设计，先完成智能控制算法设计，再实现单片机数据处理和控制代码部分；第六步：测试系统的各个性能和数据同时进行调试；第七步：撰写、修改毕业设计论文。

3. 研究计划与安排

1~3周：收集，完成开题报告。

4~5周：论文开题。

6~7周：熟悉智能控制的相关算法。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]王茂森，戴劲松，祁艳飞编著．智能机器人技术．国防工业出版社，2015.08

[2]阎毅，贺鹏飞，李爱华，晋刚，胡国英编著．信息科学技术导论．西安电子科技大学出版社，2014.08

[3]蔡自兴，徐光佑．人工智能及其应用．清华大学出版社，1996