智能控制课程研究报告

1、。学习智能控制课程研究报告高速公路隧道节能智能模糊控制系统研究名称：学生编号：专业：测试和测量技术及仪器高速公路隧道通风照明节能智能模糊控制系统研究1.国内外公路隧道节能研究现状1.1国内公路隧道通风照明节能研究现状据统计，2002年中国公路隧道里程达到704公里/1782公里。公路隧道的里程比1979年增加了13倍。同时，隧道施工技术不断提高。成渝高速公路中梁山隧道建于1995年，长3.165公里，缙云山隧道长2.529公里，解决了我国长大公路隧道的通风问题。1999年通车的川藏公路二郎山隧道长4.176公里，同年通车的四川广安公路隧道长4.534公里。1999年底，两条通车隧道总长为24条

2、。到2009年底，中国已建成公路隧道6139条，总长394.2万米。如此大规模的隧道建设，不仅运营管理任务十分艰巨，而且安全节能问题也日益突出。其中，隧道能耗占高速公路运营的很大一部分。以一条3公里长的隧道为例，年电费约为400万元。例如，福建省高速公路监测厦门分中心对高速公路厦门大马山隧道供配电系统、照明系统和通风系统进行了节能技术改造，并通过适当提高线路电压和功率因数对供配电系统进行了改进。经过一年的试运行，2009年5月底无功功率较去年同期下降85.48%，福建高速公路电费降低87，492.8元，取得了可喜的经济效益。对照明技术进行了改造，射流风机出口的风向下。根据这一损坏率，一年内可减

3、少38个高压钠灯、18个镇流器、2个触发器和l1套灯具的损坏，节约采购灯具总成本约2万元。例如，“两台风机共用一套自耦降压启动装置”，可以节省我国所有公路隧道风机启动装置的50%。1.2国外公路隧道通风与照明节能研究现状国外对公路隧道照明技术的研究较早，经过长期的研究和实践，该技术已经成熟。早在20世纪60年代，基于隧道外交通量、速度和亮度的自动调光技术就已经应用于意大利和法国之间的勃朗峰隧道照明。20世纪80年代后期，为了规范隧道照明的设计和施工，减少交通事故，世界各国相继颁布了公路隧道照明设计规范。随后，各国制定了适合本国国情的标准，如欧洲指定的欧洲隧道照明标准和日本指定的隧道照明指南。为

4、了节约电能，提高隧道照明效果和行车舒适性，保证公路隧道的安全运营，国外对隧道灯进行了大量的研究。根据驾驶员的视觉特征和隧道内的视觉环境，建立了一系列的数值计算准则。如德国的侧壁表面计算方法和日本的灯具维护系数。欧美发达国家对灯具材料、光学特性、外观质量和功能结构进行了深入研究，并取得了一定的成果。公路隧道通风的研究历史悠久，欧洲和日本在这方面都做了大量的工作，处于世界先进水平。荷兰隧道于1919年在美国建成，穿过纽约的哈德逊，形成了世界上最早的人工全横向通风模式。挪威莱尔多隧道于2000年底通车，最大通风段长度为9.5公里。日本关悦隧道一号线采用两个竖井加多个静电除尘器的纵向联合通风方案，可适

5、用于任何运输方式和任何长度的特长公路隧道通风隧道通风控制采用智能控制模式和智能控制方法进行节能。它是通过研究通风系统的模糊控制模型、神经网络控制模型和专家系统控制模型而建立的智能控制模型。模糊逻辑控制方法是将人类经验形式化并引入控制过程，然后利用模糊集合论进行数学处理，实现粘贴推理，并做出判断和决策，从而达到满意的结果。控制模块：根据专家经验或过程控制知识生成控制规则；根据过程的模糊模型生成控制规则；根据手动控制操作的系统观察和测量，生成控制规则；安全保护模块：加密一氧化碳检测元件的数量；用平面拟合和二次曲面拟合的方法计算隧道内一氧化碳的分布。隧道照明节能智能控制模式是基于自动控制模式，应用人

6、工智能、专家系统、模糊控制、神经网络和遗传算法等智能控制技术，采用模糊控制等智能控制算法，实现隧道无级调光和照明节能的目的。加强入口段和过渡段的照明，包括开启发光二极管灯，测试发光二极管灯的照度值，测试关键段的照度值，关闭发光二极管灯，开启高压钠灯，测试同一段该点的照度值。2.2模糊控制技术模糊控制本质上是一种基于语言规则的仿人智能控制。由于控制对象只能提供一些模糊信息，当计算机参与这种控制时，它必须模仿人类接受和处理模糊信息的能力，进行模糊控制。模糊控制器主要由四部分组成：模糊量化接口、模糊知识库、模糊推理机和去模糊化接口，如下图所示：模糊控制的基本示意图2.2.1模糊化。在模糊控制系统的运

7、行中，控制器的输入值和输出值都是具有确定值的明确量，而在模糊控制中，模糊推理过程是通过模糊语言变量来进行的，因此必须先进行模糊运算。所谓模糊化是将输入值与相应语言变量的语言值相匹配的隶属过程。假设模糊控制器的输入物理量是温度(用X表示)和压力(用XZ表示)，输出是阀门流量的修正量(用Y表示)，这是一个典型的双输入单输出控制问题。我们可以把温度分为“低”、“中”、“高”和“很高”(或四档)，把压力分为“比正常低”、“正常”和“比正常高”，把阀门的开关状态分为“关”、“半开”、“中”和“开”，人们把“温度”称为一个语言变量，而温度的“低”、“中”、“高”和“高”称为这个语言变量的语言值。在实际控制

8、过程中，物理量通常分为五个层次：“郑达”、“中心”、“零”、“负大”和“负中”，分别用英文字母PB、PM、Z、NB和NM表示。模糊数的隶属函数可以有不同的形状，如三角形、梯形、高斯形、钟形、Z形、S形等。对于工程问题，隶属函数的形状对控制效果影响很小。因此，通常可以使用形状简单、易于计算并且与其他复杂的隶属函数差别很小的三角形隶属函数。2.2.2模糊规则库模糊控制规则库由一系列模糊条件语句组成，是模糊控制器的核心。规则是否正确反映了操作者和相关专家的经验和知识，是否能适应被控对象的特点，直接关系到整个控制器的性能和控制效果。控制规则的生成方法：A.根据专家经验或过程知识生成控制规则模糊控制规则

9、是在人工控制策略的基础上建立起来的，是人们通过学习、实验和长期经验积累逐渐形成的。它是存储在操作者或专家中的一种技术知识集合。因此，知识集中包含的知识可以通过理解、选择和归纳的过程提取出来，形成经验知识模型。在此基础上，经过反复试验和调整，可以得到性能较好的控制规则。b .根据过程的模糊模型生成控制规则被控过程的动态特性可以用模糊语言来描述，称为过程的模糊模型。基于过程的模糊模型可以建立一套相应的模糊控制规则来实现系统期望的动态特性，这组控制规则构成了一个模糊控制规则库。c、根据操作者的实际控制过程生成控制规则在许多手动控制的工业系统中，熟练的操作员可以成功地控制系统，但有时很难给出用于模糊控

10、制的控制语言。因此，模糊控制规则可以通过记录实际控制过程的输入和输出数据来总结。根据上述原则，初步控制规则不一定完善，但往往需要通过试错法或程序法进一步调整。控制规则的静态特征：A.完整性：这意味着任何输入都应该至少有一个适用的规则，并且该规则的适用性应该大于某个数字，如0.5。B.干扰：指任何两个控制规则。如果对应于前一部分的语言变量的从属函数之间的重叠率不为零，则这两个规则将相互作用。C.一致性：控制规则主要基于操作人员的经验，操作人员的经验取决于对各种性能的要求，对不同性能指标的要求往往相互制约，甚至相互矛盾。这就要求由这些指标决定的模糊控制不能相互矛盾。也就是说，任何两个控制规则，如果

11、前部相同或相似，后部也应该相同或相似。2.2.3模糊逻辑推理模糊推理是指从给定输入到输出的映射过程。包括三个方面：(1)推理条件前提的隶属度聚合，即在模糊规则的前因中应用模糊算子(and，or)。常用的和运算符是：分钟(模糊交集)和乘积(代数积)常用的or运算符有：max(模糊联合)和probor(概率or)(2)规则激活：根据模糊蕴涵运算从前提推断结论。常用的模糊蕴涵算子是：最小运算(曼达尼)，代数积积积(拉森)，算术运算(扎德)(3)用输出和：综合每个规则的结论，得出一般结论。常用的模糊合成算子有：max(模糊并)、probor(概率or)和sum(代数乘积)。各种模糊算子的不同组合和应用

12、有不同的推理方法，常见的是：曼达尼推理、拉森推理等。这两种推理方法的模糊综合算子是max(模糊并)，但模糊蕴涵算子是不同的。Mamdani推理使用min(模糊交集)，即根据规则前提的满足程度，即规则的强度，切断规则结论部分的模糊子集，而Larsen推理使用Prod(代数积)，即比较规则结论部分的模糊子集与2.2.4反模糊化所谓反模糊化是指通过模糊推理获得的控制量(模糊量)转化为实际用于控制的清晰量，即根据输出模糊子集的隶属函数计算确定的输出值。常用的反模糊化方法有：(1)重心法：重心法是以模糊隶属函数曲线和横坐标所包围的区域的重心作为模糊推理的输出值。(2)最大隶属度平均法(3)面积等分法(4

13、)最大中点法2.3隧道照明节能智能控制隧道照明不同于一般道路照明，有其明显的特殊性。它在隧道施工及其监控系统中起着重要的作用，是隧道运营安全的基本保证。随着我国交通水平的提高和发展，隧道建设日益增多，隧道照明设施的规模和数量也在增加，隧道的运营用电和维护费用也在增加。因此，隧道照明技术和安全、经济、节能的节能方案是隧道照明技术的主要发展方向。白炽灯、紧凑型荧光灯、高压钠灯、低压钠灯等。主要用于中国的隧道，可安装在拱顶、墙壁或吊顶上，并可沿隧道纵向排成单行或双排。在双排排列的情况下，可以成对排列或交错排列。为避免灯具从侧面进入驾驶室时不连续的直射光造成“闪光”的不愉快感觉，灯具应尽量安装在隧道的

14、两侧或顶部的中心，安装高度应高出路面4m。照明灯具呈线性分布。2.3.1隧道照明控制模式(1)人工控制。手动控制是指隧道外亮度、交通量、平均速度、天气条件等因素的变化。隧道管理人员手动控制照明电路的开/关或照明亮度的无级调节，可细分为远程手动控制模式和本地手动控制模式。(2)自动控制。自动控制是指电子设备利用亮度检测器、车辆检测器等设备采集的相关照明控制参数，直接控制照明电路的通断或照明亮度的无级调节，无需人工参与控制过程，可细分为远程自动控制模式和本地自动控制模式。目前，我国大多数隧道采用自动控制作为主要照明控制方式，辅以人工控制。(3)智能控制。智能控制是指在自动控制的基础上，应用人工智能

15、、专家系统、模糊控制、神经网络和遗传算法等智能控制技术，根据隧道照明亮度降低的自适应曲线，动态调节灯光，以达到安全、舒适、高效、经济的照明效果，实现“按需照明”。2.3.2隧道照明控制模型(1)天气分类控制模型是目前广泛使用的一种控制方法，它将一天分为四个等级：晴天、多云、多云和重度多云。在这种控制模式下，交通量和车速被视为设计交通量和设计车速，它们的变化被忽略。只考虑隧道外亮度的变化，在照明控制中可根据每个时间段选择天气类别。(2)一维参数控制模型以隧道外亮度为控制参数，只考虑隧道外亮度，不考虑交通量和车速的变化。一维参数控制模型中的孔外亮度值是孔外亮度的实时检测值。它通过改变隧道外部的亮度

16、值来控制照明，使得隧道内部和外部的亮度差在合适的范围内。(3)二进制参数控制模型应考虑隧道外亮度和交通量的变化。该二进制参数控制模型同时以隧道外的亮度和交通量作为控制参数，并根据不同的值控制照明，使隧道内外的亮度差在合适的范围内。(4)三维参数控制模型需要综合考虑隧道外亮度、交通量和车速的变化。三元参数控制模型以隧道外的亮度、交通量和车速变化作为控制参数，根据不同的值控制照明，使隧道内外的亮度差在合适的范围内。2.3.3隧道照明节能措施(1)隧道照明光源的合理选择通常，荧光灯、高压钠灯和低压钠灯用作隧道照明的光源。它们大多存在光带窄、配光质量不足、能耗高、质量稳定性差、使用寿命短等问题。常用的

17、高压钠灯发出黄光，导致隧道照明视觉效果差，影响行车安全。随着照明技术的发展，采用新的照明灯具对保证隧道经济安全运行具有重要意义。电磁感应灯、发光二极管灯等新产品不仅能满足隧道对光效、光通量、使用寿命、工作特性、光色、显色和配光控制难度的要求，还能节约运行维护成本，实现稳定经济运行。隧道内的照明光源需要根据不同的隧道条件合理选择，既要考虑隧道照明的需要，又要满足节能的要求。(2)洞外合理亮度隧道外的亮度L20(S)主要与照明气候、季节、时间、入口方位、入口结构、植被、道路颜色等有关。其值直接关系到入口段和过渡段的亮度，即关系到隧道照明节能、运营电费、工程投资和行车安全。由于隧道设计一般采用固定的隧道外亮度上限值，没有考虑每个隧道入口的具体条件和特点，造成隧道运营中照明的极大浪费。因此，根据结构设计、装饰、视野中的洞外植被以及当地的光线和气候特点，洞外亮度值应在光线和气候