融合空间信息的三域模糊控制器

前  言

在现实生活中﹑生产过程中，空间分布几乎处处存在。尤其是石油、化工、炼钢、轧钢等一些在国民经济中占有着重要地位的复杂大型工业过程，不但具有非线性、不确定性、大时滞、时变性特点，而且还具有较强的空间分布特性。这类系统被称为空间分布系统或者分布参数系统。系统的动态行为通常可由偏微分或者偏积分－积分方程或积分方程描述等所描述。传统上，通常忽略或者简化被控对象的空间分布特性，采用集总参数控制方法进行控制。而在过去几十年中发展起来的经典分布参数系统控制方法，不但需要系统的精确数学模型，并且涉及大量复杂的数学知识，难以在工程实践中得以应用。研究能够表征﹑处理空间信息的模糊控制成为空间分布系统领域一个重要的研究课题之一。
模糊控制自产生到现在，已取得许多成果，得到广泛应用。它在实际应用中具有两个显著优势：一是设计控制器不需要被控系统的数学模型，二是通过实际经验而非复杂数学推导可获得令人满意的控制器。正是这两个优势，使得模糊控制经久不衰，一直活跃在控制领域这个大舞台上。
传统的模糊控制是基于二维模糊集合的模糊系统，并不具备表征空间信息﹑处理空间信息的能力。当空间分布系统的空间分布均匀或者接近均匀时，整体空间可用一质点来近似，对此质点可设计传统模糊控制器。当空间分布系统的空间分布不均匀，而这种空间分布特性又足以用空间上的有限特征点来近似，此时可针对这些特征点设计传统多变量模糊控制器。当空间分布系统的空间分布不均匀并且这种空间分布特性又不能够以空间上的有限特征点来近似，在这种情况下，基于传统模糊集合的传统模糊控制已无法提出有效的解决方案。因此，研究能够表征空间信息的模糊集合，研究能够处理空间信息的模糊控制器，成为空间分布系统智能控制的新热点。
作者在博士生导师李少远教授与李涵雄教授的指导下开始接触这个领域，十余年一直开展这个领域的研究。作者也终身受益于在攻读博士期间与导师们相处的日子里，深深感受到他们对科学研究的热爱﹑执着与勤奋，学到了他们看待科学问题的眼光与解决具体问题的能力。
作者刚开始工作的那一年凭借研究空间分布系统三域模糊控制问题获得了生平项国家自然科学基金项目的资助，这对作者学术生涯的启动和后续发展起到了极其重要的作用。在该项目的支持下，作者带领学生继续深入研究这个领域的热点问题。从2008年起，作者指导了研究生江晔﹑秦静静﹑孙梦﹑李佳佳﹑戚俊达﹑秦磊﹑赵立国﹑苏夏﹑付志强﹑谢伟﹑赵连荣﹑代杰﹑章进强﹑成冲，对基于数据学习的三域模糊控制问题与建模问题进行了持续多年的研究。特别值得一提的是江晔，对新思路新方法进行各种艰苦探索，取得了出色的成果，终以可以跟博士论文相媲美的硕士论文毕业。本书部分内容是来自作者指导的研究生的工作成果。作者对他们辛勤的劳动表示衷心的感谢。
本书是空间分布系统模糊控制领域的本专著，由相对独立的四篇组成，内容涉及了空间分布系统三域模糊控制领域的前沿内容和作者的研究成果，凝聚了作者十余年来在两项国家自然科学基金项目﹑上海市优秀青年教师与上海大学创新基金项目支持下的研究成果与心得。
本书可供模糊控制、智能控制、自动控制、软计算、数据挖掘、分布参数系统等领域的教师、研究人员、技术人员阅读参考，也可作为相关专业的研究生教材。由于作者学识有限，不足之处在所难免，恳请广大读者给予批评指正。
本书是作者多年研究思路和工作成果的一个阶段性小结。本书向感兴趣的读者全面介绍相关领域的研究思路和目前所取得的点滴成果，期望它的出版能引起更多学者对三域模糊控制器的兴趣，希望读者能将三域模糊控制器应用于更多的领域，同时也寄希望读者能提供新的思路继续进行该领域的研究。
 
张宪霞