第一篇：畢節學院畢業論文參考2014.4

畢業論文

題

目：論三線建設與遵義城市發展 學

號：

01141001066 姓

名：

周立

波 教 學 院：

人文學院 專業班級： 歷史學2010級本科班 指導教師：

聶宗慶講師 完成時間： 2014年月日

畢節學院教務處制

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（二）交通建設

遵義市位于貴州省的北部，是黔北重要的經濟、軍事、政治和文化中心。遵義市地處大婁山腹地，地形地貌極其復雜，復雜的地形不僅給遵義市的交通發展帶來了極大的阻礙，而且，也遲緩了遵義與外界的經濟文化交流，嚴重影響了遵義的經濟建設和城市發展。1928年遵義才有公路通向外界，隨后，交通閉塞的狀況逐漸有所改變。解放后，遵義市對城鄉道路進行改造，整理混亂的交通秩序，遵義交通事業取得較快發展。但是，現有的交通現狀仍然不能滿足人們的出行需要，鐵路等大規模運輸方式還未興起。而在三線建設期間遵義的交通取得了巨大的飛躍，鐵路運輸興起，公路建設規模進一步擴大。

三線建設期間遵義的鐵路運輸業才開始興起。1965年10月1日川黔鐵路建成通車，“川黔鐵路貫穿遵義地區中部，過境里程達186公里，設有25個車站”。2遵義站是主要的客運站，遵義南站為貨運站。為了滿足三線建設內遷企業的生產建設需求，“遵義市境內共修建了8條鐵路專運線，線路總長26公里”3其中主要由2314專用鐵道和613專用鐵道組成。它們分別由遵義鐵合金廠、遵義鈦廠、遵義堿廠、貴州鋼繩廠和遵義發電廠等專用鐵路線組成。川黔鐵路大大改變了遵義的交通條件，不但連接了遵義境內的三線企業，而且加大了遵義與外界的溝通與交流。“1989年川黔鐵路共完成客運量276.7萬人次，貨運量375萬噸”。4隨著遵義鐵路交通網的建成，使得遵義市的城市發展邁入一個新的臺階。

川黔鐵路建成通車后，為了滿足旅客和物質集散的需要，遵義市修建了大量聯系火車站的市內公路。1965年修建了董公寺貨運站至川黔公路的主干道，同年還修建了市內連接遵義火車站的主要公路——北京路，北京路建成后市政府在公路兩側新建房屋，很快北京路片區迅速興起為遵義市的新興商業區。同時，在三線建設期間建成中華路、桃溪路、鳳凰路、井岡山路等公路13公里。隨著三線建設而新建的一大批公路逐步構建了遵義市城市交通網絡體系，大大地擴寬了遵義市的城市建設規模，極大地促進了遵義的城市發展。

（三）高等院校內遷至遵義

大連醫學院南遷遵義市。由于遵義交通閉塞、工業基礎薄弱、地處少數民 234 《遵義地區交通志》 貴州人民出版社，2002

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族聚居地區，導致了遵義的高等教育起步較晚。抗日戰爭時期浙江大學為了躲避戰亂內遷至遵義。雖然教學條件極其簡陋，但是浙江大學仍然堅持在遵義辦學。它的內遷也標志著遵義的高等教育正式出現，遵義的高等教育取得初步發展。但是，在抗日戰爭結束后浙江大學逐步回遷，遵義高等教育也逐漸衰退。1965年，國家衛生部根據三線建設的需要，決定將大連醫學院南遷至貴州省遵義市。經過3年多的積極準備，1969年大連醫學院開始大規模內遷，“大連醫學院內遷時總人數達2636人，其中學院職工432人，附院職工359人，學生429人，其余為職工家屬”5。南遷過后不久大連醫學院正式更名為遵義醫學院。遵義醫學院建立之后，積極服務地方醫療事業，建立起了遵義醫學院附屬醫院。同時，遵義醫學院開展本科教育，為遵義乃至整個貴州省培養了大批醫學專業人才。1972年，遵義醫學院開始恢復招生，首批工農兵學員400多名入學。并且，還開設了遵義醫學院附屬醫院衛生學校，專業培養醫護人員，為遵義衛生教育長期發展提供了保障。大連醫學院南遷至遵義，不僅促進了遵義的高等教育發展，而且還為遵義的醫療事業做出了突出貢獻，為遵義培養了一大批扎根基層的高級醫務人員，使遵義的科學、衛生、教育、文化等進入一個新的發展階段。

（四）大量移民人口遷入

遵義位于貴州省北部，境內地形陡峭、崇山峻嶺、地理環境封閉，交通極其不便，并且山區面積廣大，可耕地面積較少。歷史上遵義地區由于交通阻隔、開發較晚逐漸形成了一個相對封閉的區域。“1949年底，遵義市總人口為94200人，其中城區人口為60600人，郊區人口為33600人”6。三線建設期間，由于大批工礦企業、教學單位、軍事工業基地遷入遵義，來自全國各地的企業職工也紛紛響應國家號召來到遵義進行三線建設。大批企業職工家屬也隨之而來，由于外來人口的不斷涌入，三線建設期間遵義人口出現機械增長，“1964年至

71967年共遷入81780人，遷出34294人，凈增人口47486人”，隨后逐年增加。由于三線建設的大量人口增長，外來人口逐漸增多，遵義原來的交通基礎設施已經無法滿足人口增長的需求。三線建設期間，遵義環形公路兩側由于人口大量增加，逐漸形成鬧市區，遵義新建上海路、北京路、中華路等多條公路。三線企業紛紛沿街修建房屋，其中主要有；電子器材公司、航天工業部061基地 567 《貴州省志 教育志》

方志出版社，1998.畢節學院本科畢業論文（設計）

貴州管理局、長征電器廠等單位，遵義的城市建設規模進一步擴大。三線建設期間的大量移民人口遷入使得遵義這個原本少數民族聚居的封閉地區得以和外界進一步的交流。并且遷入人口中的一部分企業職工有過接受過高等教育的經歷，從一定程度上改變了遵義的教育結構。移民人口逐漸和當地百姓融為一體給貧困落后的遵義地區帶來了新的知識和科學技術。二、三線建設對遵義城市發展的作用與不足

（一）積極作用

1.奠定了遵義的城市工業布局

遵義原有工業基礎非常薄弱，在

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條件較好、管理模式先進，不但能夠提供企業職工子女入學，而且廠區附近的農民、居民的孩子也能夠就讀，讓遵義更多的孩子能夠接受教育，為遵義的教育事業發展做出了積極的貢獻。新建的學校其中有遵義航天中學、遵義天儀廠子弟學校、遵義鐵合金廠子弟學校、653廠子弟學校、烏江機械所子弟學校等，這些企業職工學校的大量興建，大大改變了遵義這個落后山區的教育狀況，遵義地區更多的貧困孩子能夠接受教育，提升了遵義的整體教育實力。

3.打破城鄉之間的封閉狀態

由于遵義地理環境復雜，交通發展落后，使得遵義逐漸形成為一個少數民族聚居的封閉地區。交通極其不便讓這座城市與外界交流的速度十分緩慢。同樣，交通不便的巨大障礙也阻止了城市內部城鄉之間的自然流動，使得城鄉之間的封閉狀態十分嚴重。

三線建設時期，遵義的這種城鄉隔絕的狀態逐漸被打破。三線建設期間，大批工礦企業以及科技人員、企業職工和管理人員遷往遵義，為遵義建立起現代化水平的經濟體系提供了保障。遵義的工業取得了極大的發展，工業化的不斷發展也加速了貧困封閉的遵義地區商品經濟的發展，城鄉之間的自然經濟封閉狀態逐漸被打破。另外，農村傳統的自然經濟模式也遭到了巨大的沖擊，商品經濟的流通發展逐漸強化了城鄉之間的經濟往來，開始出現大批農村人口向城市轉移的現象。農村人口大量涌向城市，使得城鄉之間原本封閉的經濟模式被逐漸打破。三線建設期間的這種大規模移民不僅僅是改變了城鄉之間的經濟封閉狀態，而且也沖擊了遵義封閉的傳統文化，提高了遵義當地老百姓的人口素質，讓他們有更多的機會了解外面的世界。來自省外的大規模移民到遵義定居逐漸與遵義當地的居民相互交流，相互融合。隨著企業職工遷移來到遵義的還有他們的子女，他們的子女逐漸與遵義當地的居民通婚，打破了遵義原來封閉狹小的通婚地域，從一定程度上提高了遵義當地居民的人口素質。

4.推動遵義的城市化發展

遵義是貴州省的

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化進程加快。外來企業滲入，改變了遵義的產業結構，并促進了相關產業的配套發展，增強了遵義的經濟實力。生產的不斷發展對勞動力的需求，加速了遵義當地農業勞動力的轉化和農村人口的轉移。人口的大量聚居，生產力的不斷發展同時也刺激了遵義的交通、郵電通訊、文化、教育、衛生等各方面的發展，促進了遵義經濟和社會的發展，加快了遵義城市化的進程。

（二）存在的問題

三線建設于由它發生于特定的歷史時期，雖然對遵義的經濟發展、交通建設和城市發展起到了巨大的推動作用，但是，在城市建設過程中也出現了許多的問題。總體來看主要問題包括；城市建設功能分區混亂、城市建設配套設施落后、工廠建設選址過于分散、布局不夠合理等問題。

1.城市功能分區混亂

隨著三線企業內遷而來的職工家屬大多數被就近安置，原本處于封閉落后的遵義，城市建設規模本來就比較狹小，加之大批企業職工和家屬的不斷遷入，使得整個城市的可容納人口迅速達到飽和狀態。三線企業不得不在修建廠區的同時，修建大量的生活區以容納企業職工和家屬。由于建設時間急促、選址勘探過快等因素，使得三線建設時期的城市功能分區十分混亂。工業區與生活區交錯混亂，商業集市與廠區混合。城市生活配套設施也比較落后，由于當時的主要任務是響應國家號召，以“備戰”為目的。人們把主要精力集中在工廠的修建上，對于城市新建道路和城市供水設施等問題上有所忽略。三線建設初期，新建城市道路北京路、上海路等道路并沒有采取完全硬化，而是在后期才完善所有城市道路。

2．工廠選址過于分散

因為三線建設的歷史背景，為了有利于“備戰”，在三線建設的工廠選址問題上過分強調“靠山”、“分散”、“隱蔽”，使得三線企業隱蔽太深，企業分布過于分散，企業的生產成本增加。現代企業選址布局一般要考慮交通條件、資源條件等因素，但是，三線建設時期內遷進入遵義的所以企業在選址問題并沒有太多考慮這些條件，這就造成了原本應該布置在一起的企業，卻相隔甚遠。使得資源不能合理利用。三線建設期間國家將大量人力物力投入到了工廠建設上面，一定程度上滯緩了遵義的城市發展。

三、總論

綜上所述，三線建設以國家政策為導向，政府行政手段為基礎，在我國西

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部地區展開一場“特別”的建設運動。遵義這個西部地區偏僻的城市，正是在三線建設的巨大推力下，變成一個新興的工業城市。可以說三線建設大大推動了遵義的城市工業布局，奠定了遵義的城市立體交通，促進了遵義的科學、衛生、教育事業的發展。雖然，在建設過程中出現過失誤，也暴露出諸多不足之處，但是對于這樣一個原本工業基礎非常薄弱，交通極其不便的城市而言，借助國家的力量大力推進，對遵義的城市發展的意義無疑是巨大的。

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參考文獻

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致謝

（致謝正文小四號，宋體，首行縮進2個字，兩端對齊，行距為固定值22磅。）

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附錄

（黑體，加粗，小二，居中）若有附錄可添加，若無可刪除

第二篇：畢節學院畢業論文(設計)模版 2（本站推薦）

畢節學院本(專)科畢業論文(設計)引言

音樂教育是幼兒最好的啟蒙教育，它對幼兒的思維活動有著一種強烈的推動力，并影響著幼兒的成長和發展。但考察現實說明，幼兒園音樂教育普遍存在幼兒缺乏學習自主性，很多教師和家長對幼兒音樂教育也存在著片面認識，重視技能和考級，忽略在音樂活動中培養幼兒主動學習和充分利用身體各種感官去感受音樂。對于怎樣使幼兒在學習音樂中得到快樂，從而自主地學習？很多家長都相當盲目。所以我選擇啟蒙音樂教育對幼兒成長的重要性這一論題，并以畢節市幼兒園為例，結合自己對幼兒園啟蒙音樂教育現狀，闡述音樂教育對幼兒審美意識和審美能力培養以及德、智、體全面發展中所具有的重要作用，提醒家長和教師都要重視啟蒙音樂教育對幼兒成長。

姓名：穆雪嬌 題目：談啟蒙音樂教育對幼兒成長的重要性——以“畢節市幼兒園”為例

一、幼兒園音樂教育的重要性

（一）幼兒審美意識的培樣

啟蒙音樂教育作為美育的一種實施方式，在幼兒園教育工作中占著極其重要的地位。通過啟蒙音樂教育可以培養幼兒的情感體驗和審美感受。音樂作品的藝術美包括旋律美、節奏美、和聲美和演唱演奏中的音色美。兒童音樂作品以反映兒童生活中富有情趣的、向上的、健康活潑的思想情緒為，同時表現出這些思想情緒背后所隱藏的稱頌、贊揚、關心、同情、鼓舞、幫助等鮮明的態度。啟蒙音樂教育不是靠直接的說理,而是以生動感人的藝術形象激勵幼兒的感情、給幼兒以啟示、發揮其感染教育作用、使幼兒領悟其教育的內涵。譬如:教兒童學唱《一分錢》歌曲的教育意義是進行拾金不昧的品德教育,但是歌曲中沒有直接說出拾金不昧的歌詞,而是以富有天真純樸的兒童語氣、音調的旋律、愉快的情緒,唱出了小朋友把拾到的一分錢交給警察叔叔，這樣的激勵情感的教育作用往往比直接說教更深入到人心。在啟蒙音樂教育中,無論是進行思想意識、情緒體驗、品德行為方面的教育,還是進行知識技能、認識理解方面的教育,都需要通過審美感受的途徑來進行。所以說啟蒙音樂的教育對陪養幼兒的審美意識有很大的作用。

（二）幼兒審美能力的提高

音樂教育是審美教育的表現形式之一,而審美教育又是音樂教育的核心所在。學生的音樂審美能力非常有限，怎樣提高幼兒的音樂審美能力成為擺在音樂教師面前的一個急待解決的問題。本人認為從培養幼兒的音樂審美感知能力、發揮幼兒的音樂審美想象、培養幼兒的音樂審美情感這幾個方面入手可以較好地提高學生的音樂審美能力。啟蒙音樂教育的主要特點是通過音樂作品給幼兒以情感體驗和審美感受，通過啟蒙音樂教育這樣一條音樂藝術途徑,幼兒才來獲得美的感受，提高審美能力。幼兒音樂作品以反映兒童生活中富有情趣的、積極向上的、健康活潑的思想情緒為主,同時表現出這些思想情緒背后所隱藏的稱頌、贊揚、關心、同情、鼓舞、幫助等鮮明的態度。啟蒙音樂教育不是靠直接的說理,而是以生動感人的藝術形象激勵兒童的感情,給幼兒以啟示和發揮感染作用，領悟其教育內涵。幼兒在學習音樂后對事物的審美能力也在潛移默化中得到提高。

二、畢節市幼兒園音樂教育的現狀

畢節學院本(專)科畢業論文(設計)

（一）幼兒音樂教育教師配備不足

現實幼兒音樂教學中，幼兒園教學環境及音樂教學活動的開展都存在諸多不足之處。要改善幼兒園音樂教育現狀，需要完善師資隊伍。在實習期間，本人通過對畢節市幼兒園的了解，發現音樂教育的管理機構和管理隊伍仍不健全，音樂課開課率不平衡，有的還很低，音樂師資缺額大，教師素質以及學歷達標率和崗位合格率低，對音樂教育的重視往往只停留在口頭上，真正的投入少，整體上教學設備欠缺，對音樂教育的認識不全面，好多教師都不是幼兒音樂專業的，也沒有經過很好的陪訓，她們都是其他學科的教師，只是可以代下音樂課，對音樂知識的了解還大大的欠缺，對于音樂課也不太重視。對幼兒音樂教育的特點和目標方面還有些欠缺。對于怎樣引導幼兒學習音樂，培養幼兒學習音樂的興趣也沒有做到位。因此這就導致音樂課教學形式單

一、氣氛不夠活躍，教學內容不夠科學，也導致學生失去對音樂課的興趣。另外，大多數學校對教師的考核過于主次兩極分化，像教語文數學這樣所謂的“正科”一般考核的分數遠遠多于音樂教師，所以作為音樂老師的我們當然也就沒有多少成績。通過這些了解，我覺得對幼兒音樂教育必須配備專業教師，要大量擴充完善幼兒音樂教師隊伍，更好地做好幼兒園的音樂教育，進一步加強引導幼兒學習音樂，培養幼兒學習音樂的興趣，要讓小朋友們感知音樂、認識音樂，從而更好地學習音樂。

（二）教學器材、設備不完善

本人在實習期間對畢節市幼兒園進行了了解，發現幼兒園音樂教具方面存在著不足。特別是規模較小的幼兒園，除了電子琴外什么樂器都沒有。都說教具就像教師手里的魔術棒，發揮的淋漓盡致則有效果事半功倍的效果，反之則沒有任何意義，而且還會使孩子產生抵觸情緒。因此，選擇具有生動新穎的教具對孩子具有吸引力，這將對啟蒙音樂教育工作的開展具有重要的意義。學校還要加大教育投入，修建專門的音樂教室，招聘專門的音樂教師，配備各種各樣的音樂器材。對于有的幼兒園教材內容呆板情況也該糾正，我們都知道幼兒對新鮮事物較感興趣。如果教材內容呆板，孩子們會表現出的漠不關心的樣子和淡然情緒。這種模式會削弱幼兒對音樂的探索性和創作性；對于教育經費的不足，導致幼兒園沒有固定的音樂教室或多媒體音樂教室，有的幼兒園缺少音樂教學所必需的多種教學設備和相應的音響、音像資料甚至連音樂教材的配套磁帶都沒有。因此有些專職

姓名：穆雪嬌 題目：談啟蒙音樂教育對幼兒成長的重要性——以“畢節市幼兒園”為例

音樂老師也會因為教學設備不完善而感到“巧婦難為無米之炊”，也影響了音樂課的教學質量和教學效果。而有的幼兒園由于對音樂教學的不重視，即使有音樂教學設備也并未真正用于日常教學中，只是為了應付上級檢查評比。這些欠缺都嚴重制約了音樂教學的開展。因此，在教材的內容上下功夫是幼兒音樂教育工作中的一個重要環節。教具的完美使用可以讓教師在啟蒙音樂教育中達到事半功倍的效果。

（三）片面強調考級

在畢節市幼兒音樂教育中，大多數教師忽視啟蒙音樂教育的重要性和審美能力的培養，片面重視技能的學習。當然，教師對幼兒音樂技能的培訓在教學實踐中固然重要，但更重要的是在音樂教育中如何讓幼兒通過體會音樂的節奏、旋律、音色的同時獲得快樂。把快樂輻射到音樂教育的各個環節之中去。使審美教育在循環反復中得以提高和發展。從而提高幼兒的心理審美素質。例如：演奏《泉水叮咚響》時，一般來講教師就是讓孩子簡單唱唱《泉水叮咚響》這首歌曲，沒有依靠曲目的音調、節奏來吸引他們對音樂的濃厚興趣。其實，我們可以用一個水壺裝上水放到教桌上，再用吸管吸上水，從很高的位置往水壺里滴水。同時讓孩子們閉上眼睛仔細去聆聽水壺里發出的“叮咚”聲，引導他們去想像這個聲音發出時歌曲里面的環境，聲音之間的快感和音符，然后再叫他們去模仿這個聲音，去幻想在這個幽靜的環境之下音樂所輻射出的內涵和潛在的微妙感覺，這樣會使啟蒙音樂教育內容更豐富、得體。幼兒在上音樂課的同時也真正得到了快樂。

三、解決與對策

(一)重視音樂興趣的培養

幼兒音樂教育的目的是挖掘和發展人自身潛在的音樂素質和能力，負有培養幼兒對音樂的興趣、愛好，萌發幼兒初步地感受美、表現美的重要使命。愛因斯坦說過：“興趣是最好的老師。”因為幼兒對音樂有了興趣，學起來就積極主動，情緒愉快，在活動中才富有想象力、有主動性、創造性，達到愉悅幼兒的身心，發展幼兒智力的效果。興趣是從事任何工作都需要的積極心理因素，心理學家布魯納認為，“學習最好的動機乃是對所學材料本身產生興趣。”只有在幼兒有著濃厚的學習興趣和強烈的求知欲時才會主動學習。在啟蒙音樂教育中，老師要不斷

畢節學院本(專)科畢業論文(設計)地引導和啟發幼兒學習音樂，利用音樂娛樂性特點引導幼兒在玩中學，樂中學，把音樂教育寓于愉快的音樂感受和音樂表演之中，通過聽、說、唱，想把幼兒的簡單情趣和表現引向求知的樂趣之上。千萬不要把音樂課上成枯燥的“唱歌課”。興趣是人們與音樂保持密切聯系，享受音樂并美化人生的前提。因此，激發學生的學習興趣，是促使幼兒學習音樂的重要保證。

音樂的教學，不僅要讓幼兒靠聽覺去感知音樂的各種表現手段和表達的內容，而且也可以讓幼兒在游戲中親自參與，在音樂實踐中直接感知，體驗，獲得相應的音樂知識、技能。游戲是幼兒的一種需要，它給幼兒帶來快樂和滿足。因此，在設計音樂活動時，做到既考慮小班幼兒的年齡特點，又將趣味性、情節性貫穿于活動之中。我們要及時發現幼兒對音樂的興趣，培養、激發幼兒對音樂的興趣，保護幼兒興趣的萌芽，發揮思維優勢，引起學習興趣，創造條件不斷地給予滿足，豐富的教學形式，保持學習興趣，提供多種渠道，培養幼兒的音樂興趣。幼兒有了興趣以后，幼兒就會主動參與音樂活動，在活動中不僅培養了幼兒的音樂興趣，還培養了幼兒的感受美、表現美，而且幼兒還獲得了相應的音樂知識和技能！

(二)重視語言與音樂教育的有機結合

音樂和語言有著非常密切的關系，一首活潑、動聽的歌曲往往就是一首首好的詩歌；一首首優美、詼諧的樂曲都好象講述著一個個有趣的故事。啟蒙音樂教育不僅能培養幼兒的音樂素質，還能全面促進幼兒身心和協發展，在成長中能夠善談，防止自閉。在這其中，語言起著至關重要的作用，語言是開展音樂教育的重要保證，我們應該寓語言于音樂教育之中。在進行音樂教育時，要有意識地去培養幼兒的語言能力。在幼兒聽一首歌曲或樂曲后，教師應及時鼓勵幼兒講講自己的感受和對作品的理解。這樣，既增加了幼兒表達的機會，又滿足了他們表達的愿望，也提高了他們的語言能力。如：欣賞二胡曲“賽馬”當幼兒初步感受了音樂所描繪的節日賽馬的歡快、熱烈的景象后，讓幼兒根據音樂進行自編故事，互相講述，這就給幼兒創造了一個想象的空間和說話的語境，幼兒憑借自己對音樂的感受和理解編出自己喜歡的小故事。在提升語言的同時也促進了啟蒙音樂的學習。

（三）重視音樂教育與心理教育的完美結合

每一個兒童的心理都存在著多樣性，盡管其中有些的傾向性，但每一個孩

姓名：穆雪嬌 題目：談啟蒙音樂教育對幼兒成長的重要性——以“畢節市幼兒園”為例

子都是獨一無二的。啟蒙音樂教育是一種情感的藝術，它有愉悅身心、調整情緒的作用，作為啟蒙音樂教師一定要引導兒童欣賞活動，做到因材施教，實現音樂的內在感召力。

實際上，傳統的音樂教育內容中本來就有著各種形式的有關心理健康的東西。啟蒙音樂教育與兒童心理教育有機的結合在一起是二者有效統一于兒童教育過程的前提條件。從這個意義上講，教師除了具有一定的音樂知識和技能外，還要具備為每一個孩子進行心理健康教育的能力，具備豐富的心理學知識，了解兒童身心發展的規律，關心幼兒和熟悉每一個孩子、能針對每一個孩子的癥狀了解和分析，較好的把心理健康和音樂教學有機的融合在一起。使心理教育和音樂教育真正的融合。

（四）重視幼兒音樂教師綜合素質的提高

要改善幼兒園音樂教育現狀，需要完善音樂教學設備與師資隊伍的同時不斷提高幼兒音樂教師的專業能力和綜合素質。在教學活動中，教師角色多種多樣，分別有傳道者角色、授業解惑的角色、示范者角色、管理者角色、朋友角色、研究者角色，這些角色要求教師不僅僅要維持班級紀律,幫助幼兒解決學習上的疑惑，還有很多方面都要重視。幼兒希望和教師成為朋友，教師的行為都潛移默化地影響著幼兒，教學內容的發展也取決于老師的不斷反思和學習。作為教師要努力使自己具有良好的音樂理論知識和音樂技能，才能在很好地進行音樂教學活動。更好地引導兒童學習。所以，學校要增加教師培訓的機會；在評優選優時音樂教師和其他教師一樣受到重視；通過優厚的待遇引進優秀的教師；只有這樣重視幼兒音樂教育中教師的關鍵作用，啟蒙音樂教育才能得到良好的發展。

畢節學院本(專)科畢業論文(設計)結語

總之，幼兒音樂教育是對幼兒進行的啟蒙教育，它不僅局限于音樂課上，還滲透于日常生活中。學校要加大投資力度，在教學器材方面盡量使教具完善；在音樂教師方面提高報酬，從而多多引進音樂人才；在音樂素質方面增加教師培訓的機會，提升教師的素質；在教學方面教師要采用生動活潑的教學內容和形式，創造多樣化的環境培養和發展幼兒對音樂的興趣；在家庭教育方面改正片面重視考級的錯誤思想；只有內外結合的全面做到位，幼兒在音樂活動中才能通過感受、體驗、想象和表現獲得身心發展。在良好的啟蒙音樂教育下健健康康地成長。

姓名：穆雪嬌 題目：談啟蒙音樂教育對幼兒成長的重要性——以“畢節市幼兒園”為例

參 考 文 獻

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畢節學院本(專)科畢業論文(設計)致 謝

幾個月的時間里，我終于完成了這篇論文。很感謝我的老師和我的家人，首先，在指導老師的細心教導下我才有信心把這篇論文寫好，遇到不懂得問題有指導老師不厭其煩的幫助。其次，是我的家人給了我很好的學習環境，給予我生活上點點滴滴的關心，不管遇到什么困難都始終支持著我，如果沒有他們的關心和照顧，我就不會順利地把這篇論文寫完，我在此由衷地說聲謝謝！

由于本人能力有限，學習經驗中也有很多的不足，望各位老師可以提出寶貴的建議，我將會感激不盡！

第三篇：2013畢節學院干部選拔

2013畢節學院干部選拔、培訓方案

第一條總則

為認真貫徹執行畢節學院學院黨政工作路線、方針、政策，建立科學規范的學生干部選拔任用制度，形成富有生機與活力、有利于優秀人才脫穎而出的選人用人機制，不斷提高干部隊伍素質，建設一支富有執行力、戰斗力、活力的干部隊伍，保證我院學生工作的順利進行，根據我院團委會章程和規定，制定本條例。

第二條選拔任用條件

校團委學生干部是學生會的領導者和組織者,要求整體素質高于一般的學生。是實行校規章制度的帶頭人,是日常學習生活的排頭兵。各個學院應把優秀的學生干部選送到校團委會中來競選委員。在選撥、任用學生干部的過程中，應具備下列條件：

（一）有堅定的政治立場和較強的政治素養，認真學習馬克思列寧主義、毛澤東思想和鄧小平理論，以及“三個代表的重要思想”，能夠用馬克思主義的立場、觀點、方法分析和解決實際問題。

（二）熟悉學生工作的規律和原則，堅持實事求是，認真調查研究，具有較強的組織領導能力。自覺堅持黨的民主集中制原則，作風民主，工作責任心強，勤奮敬業，開拓創新，工作實績突出以服從上級領導組織安排為工作要求，必須認真貫徹執行上級組織集體決議。

（三）有全局觀念，善于團結同學，包括團結與自己有不同意見的同學一道學習、工作、生活。

（四）正確行使工作職權，嚴以律己，堅持一切從同學中來到同學中

去的群眾路線，反對辦事務虛之風，講實話、辦實事、求實效，切實做到全心全意為同學服務。

（五）團結同學，把自己看成一名普通的學生，遇事同本部門本班級同學商量，集思廣義，博采眾人之長。

（六）學生委員樂意歡迎學生監督，接受學生舉報，經有關部門核準，確有違章、違紀行為，由常委會討論給出意見后，可勸其主動申請免去所任職務。

第三條 本條例適用范圍、校團委會委員（副部級以上）干部選拔與任免，參照本條例；

第四條選拔任用紀律

選拔過程中要始終遵守公平公開公正的原則。

(一)不準在選舉中有違反校紀、校規等現象。

(二)不準在學生干部考察工作中隱瞞歪曲事實真相，或者泄露醞釀、惡意討論干部任免的情況。

(三)不準在干部選拔工作中任人唯親，封官許愿，營私舞弊，搞選位站隊，搞一堂言，以及打擊報復。

第五條 選拔任用程序

（一）團委會學生干部的選拔聘用，均需按照自我報名或民主推薦、自薦形式報名，舉行公開競聘演說，接受校團委委員會委員的考核考察，并由學生會委員集體通討論、投票通過。

（二）團委學生副書記、學生會主席團成員、委員的選拔任用，須經常委會討論通過提名，并組成由至少一名常委組成的干部考察小組，對提名人進行工作能力、民主評議、學習情況、老師及領導評議等方面的人事考察，并形成考察報告，報常委會討論決定任免，常委會通過主席團成員、委員任免案后，報團委書記審批通過；或參照學代會有關章程執行主席團成員、委員的競選選拔。

（三）學生會常委的選拔任用，須經原常委會討論提名并上報團委書記，對提名人進行考核考察，形成考察報告；公布提名人履歷簡介，由全體學生會委員投票通過；或參照學代會有關章程執行常委競選選拔。

（四）學生會干部（常委、主席團成員、委員、理事）的選拔、任用，需在人事考察小組考察前公布干部考察預告公示，接受全體同學的監督和建議；有關干部任免案形成決議并通過任命后，公布干部任命公示，試用期六個月，試用期滿經考核合格，正式聘用（聘期一般為一屆（一年））。

第六條人事任免

（一）免職及開除

1、經同學實名舉報、老師點名、或學生會常務委員會討論決定對學生會干部進行調查。

2、由至少一名常委組成調查小組對有關部門或個人進行調查，調查過程中，需要到各部門要協助調查，各部門必須全力配合。

3、干部調查工作小組根據組織調查情況，向常委會提交調查報告。

4、調查報告應包括：

1)調查筆錄

2)調查內容（自我反省認識、部門評議、調查小組評議）3)調查對象簽名 4)調查處理意見

5、委員會理事的免職及開除，由本部門負責人負責，委員以上的干部免職及開除，由常委會對調查報告進行討論，形成常委會處理意見，上報領導。

6、領導經審批無誤后，形成最終任免決議。

（二）辭職

一般不允許學生會干部中途離崗，如有特殊情況要求辭職者，必須在一個月前向學生會常委會提交辭職報告，經學生會常委會討論后提交意見給領導審批，領導形成決議后方可離任；學生干部在任期內，工作出現嚴重錯誤、不可挽回失誤的、造成嚴重不良影響的、民主評議結果極差的，可由常委會討論勸其辭職。不執行辭職規定的，按開除論處。

（三）調任和降職

1、對于在職部長、副部長，如經常委會討論投票通過，認為其更適合擔任其它職務，可對其進行平調任用。

2、對于在職部長，如工作上出現玩忽職守、推委卸責、不服從上級工作安排、造成較嚴重工作失誤的，經常委會討論提議全體成員投票表決，可對在職部長進行降職任用，安排在其它委員崗位。

3、鑒于我院學制的特殊情況，對于加入院學生會的正式理事，表現特別突出的，經由民主推薦、部長推薦、常委提名，并通過委員任命程序，可提拔表現突出的在職正式理事。

第七條：處分

委員會干部如有思想問題或生活作風上有問題者，經同學舉報，一經查實，視情節重輕，給以警告、嚴重警告、留職察看、撤職和開除的處分，并公布處理結果。

（一）警告（滿足下列條件之一者）：

1、無故缺席各種正式會議一次或遲到三次。

2、工作消極，對安排的工作有意推卸或由于主觀原因在工作中造成 失誤一次。

3、在委員會工作中，造成負面影響的。

（二）嚴重警告（滿足下列條件之一者）：

1、無故各種正式會議缺席三次或遲到六次。

2、工作消極，對安排的工作有意推卸或在工作中造成失誤兩次。

3、在委員會工作中，造成不良影響的。

（三）留職察看；

對于符合以下違例條件的委員會干部，給予留職察看處理。

1、人事考核不通過，民主評議、常委評議特別差的。

2、工作態度惡劣，不執行集體決議和工作安排；造成嚴重工作失誤 的。

3、在委員會工作中，造成較嚴重不良影響的。

4、受留職察看處理的干部，要在委員會內部會議公開批評，并進行為期一個月的思想反省，表現良好或態度仍然消極的，經常委會討論可恢復其職位或執行撤職處理。

（四）撤職和開除

對于符合以下違例條件的委員會干部，給予撤職或開除處理。

1、委員會委員、常委例會無故缺席三次。

2、工作消極，對安排的工作有意推卸或在工作中造成失誤，并造成 嚴重后果的。

3、違反學生委員會各項制度中任一項累計三次。

4、違反校紀校規，被學校做警告或以上處分。

5、一學期內有不及格達兩個學科以上。

6、嚴重破壞學院、學生委員會聲譽。

第四篇：2012畢節學院歡送晚會工作總結

2012畢節學院歡送晚會工作總結

寒來暑往，大四的學長學姐在畢節學院走過了四個春秋，他們對畢節學院有著難以言表的情感。為了讓他們在離開畢節學院時能留下美好回憶，我們學院準備了這場畢業生歡送晚會。此次晚會在學院領導、團委老師的高度重視下，校學生會全體干部干事及演員、工作人員的共同努力下取得了圓滿的成功。

一、前期準備

文藝部在3月份確定了策劃方案，以及晚會主題，并在以后的工作中通過協商最終確定晚會時間，定在了5月10號。

為了辦一臺真正屬于畢業生的歡送晚會，在前期我們針對畢業生和學生干部制作了調查問卷，發到各院征集關于晚會主題和節目形式的意見和建議；針對各院所長，下派節目任務，這樣不僅提高了節目質量，也減輕了本部門繁重的節目任務，安排本部干事負責督促節目排練，不斷抓細節，提高節目質量；在晚會開始之前，宣傳部負責寫海報進行了宣傳，節目的篩選還進行了多次排練，并在老師的指導下加以改進以提高節目質量；在學生會各部門和團委老師的配合下，各項工作開展井然有序，所有這些都保證了晚會的如期成功舉辦。

二、工作安排

從本次晚會的策劃看，我們總結了歷屆晚會的經驗，具體分出了節目組（文藝部、禮儀部、音樂學院文藝部）、舞臺組（宣傳部、實踐部、禮儀部、音樂學院志愿者部）、外聯組（外聯部、音樂學院外聯部）、禮儀組（禮儀部、女工部）、機動組（生活部、體育部）、采購組（辦公室、學習部）、外景組（宣傳部、音樂學院宣傳部）、保衛組（體育部、學管部）、監督組（學生會副主席、音樂學院副主席、社聯負責人），各組組長由各部門部長擔任。

三、晚會舉辦

以燈光秀開場，伴隨主持人倒計時“5,4,3,2,1,”，晚會正式開始。

第一篇章——經典薈萃：情景舞蹈《畢業照》結合燈光效果，勾起觀眾對過去回憶和對未來的想象，奠定了晚會的情感基調；小品《瘋狂旅行團》配合演員夸張表現，笑點連連；樂器伴舞《美麗的神話》，把我們帶回到了那個曾經風靡一時的“神話熱”；獨唱《踏歌起舞》，更是讓我們領略了“苗家飛出的百靈鳥”的風采。

互動：真情交流之感動瞬間，講述優秀畢業生先進事跡，配合PPT展示他們的活動照片，讓我們了解了他們的生活、學習和工作；優秀畢業生現場發表感言更感人。

第二篇章——青春交響：Poppin、Breaking與肚皮舞的完美結合,加上生活中的場景——2路公交車站牌下的無聊等待，演繹了不一樣的《Bus Station》;梁祝愛情人人皆知，但英語戲劇《新梁祝外傳》卻給我們帶來了不一樣的精彩，英語演繹加上PPT中文講解，不一樣的劇情更引得觀眾喝彩；民謠聯唱《那些年》選取校園人熟知的歌曲，更能勾起大家對校園生活的美好回憶；穿越劇《宮鎖餐廳》給我們帶來了多多歡笑的同時，更引起我們對當下社會現狀的思考。

互動：真情交流之幸福留言，通過微博平臺抽取現場幸運觀眾，表達對畢業生的祝福。

第三篇章——今宵別夢：手語情景《明天，你好》以一種溫馨的形式達到了感人效果；獨唱《父親對我說》，讓我們再次感受深沉父愛；情景朗誦《我們畢業了》，描述我們身邊的人和事，感人至深；最后以歌伴舞《老師，我想你》結尾，使整場晚會達到了高潮。

四、后續工作

1、工作總結：舉辦晚會時，全體干部干事各司其職，分工明確，工作認真，使晚會流程順暢；各演員準備充分，表演時表現出最好的水平；在大家的帶領下，觀眾反應強烈，氣氛濃厚，一起把晚會推向最高潮。最后在《老師，我想你》的歌聲以及觀眾的意猶未盡中，畢業生歡送晚會圓滿結束。

2、本次晚會表達了我院領導，全院師生對畢業生的真摯祝福和良好祝愿；同時，激勵了同學們要珍惜校園時光，勤奮學習，團結友愛，權衡好情感和學業。本次晚會意義頗深，同學們受益良多。

3、晚會不足之處：音響老師沒能提前到位，導致晚會開始之前現場混亂；大四畢業生鬧情緒，干擾了清場工作；工作人員沒有各司其職，導致清場工作出現失誤；燈光效果不好，沒有達到預定要求；演員席座位不夠，演員演出完畢沒座位就只能提前離場。。

4、需改進；針對本次晚會出現問題，吸取經驗教訓。如通知燈光師和音響師提前到位，商量晚會相關事宜；工作人員分工明確，監督人員和工作組組長負起責任；演員席留夠座位，避免演員演出完畢沒座位等等

5、頒獎；（1）獎項設置一律采用集體獎，不在頒發給個人；（2）除了最佳節目獎、節目優秀獎，首創“最佳工作人員獎”，提高了工作人員工作積極性。

6、雖然在晚會開始之前出現了一些小狀況，但總體整場晚會還是比較成功的，贏得了老師和觀眾同學的認可。

畢節學院校學生會文藝部

2012年5月17日

第五篇：畢業論文4

倒立擺系統的研究現狀及發展

1緒論

1.1課題的來源與意義

自動控制自從其產生以來，廣泛地應用在工業、農業、交通運輸和國防各個方面，凡是控制性能要求較高的場合，都離不開自動控制。倒立擺系統作為研究控制理論的一種典型的實驗裝置，具有成本低廉，結構簡單，物理參數和結構易于調整的優點。然而倒立擺系統本身所具有的高階次、不穩定、多變量、非線性和強耦合特性，是一個絕對不穩定系統，必須采用十分有效地控制策略才能使之穩定。倒立擺系統是研究變結構控制，非線性控制，目標定位控制，智能控制等控制方法理想的試驗平臺[1]。

研究倒立擺系統除了較強的理論意義，同時還具有廣泛的實踐意義。控制理論中許多抽象的概念如穩定性，能控性，快速性和魯棒性，都可以通過倒立擺系統直觀的表現出來，同時其動態過程與人類的行走姿態類似，其平衡與火箭的發射姿態調整類似，因此倒立擺在研究雙足機器人直立行走、火箭發射過程的姿態調整和直升機飛行控制領域中有重要的現實意義，相關的科研成果已經應用到航天科技和機器人學等諸多領域。1.2國內外研究現狀

對倒立擺的控制研究主要是穩定問題和起擺問題的研究，目前對穩定問題的關注比較多。1.2.1倒立擺穩定問題的研究

倒立擺穩定的研究就是設計控制器使倒立擺系統在穩定點保持穩定，并且在一定限度內的干擾下可以回復到穩定狀態。倒立擺系統的最初研究開始于二十世紀50年代，麻省理工學院（MIT）的控制論專家根據火箭發射助推器原理設計出一級倒立擺實驗設備。控制目的一般是使擺桿在垂直位置倒立。而后世界各國都將一級倒立擺控制作為驗證某種控制理論或方法的典型方案。后來人們參照雙足機器人控制問題研制二級倒立擺控制設備。最常見的典型倒立擺有三種：它們是直線型倒立擺，平面型倒立擺，環型倒立擺等，它們是目前國內外廣泛采用的模型，這也是研究各種控制算法的基礎，分別簡述如下:(l)直線型倒立擺

它是最常見倒立擺系統，也稱車擺裝置，根據目前的研究它又分為1、2、3、4級車擺，典型結構圖如圖1一1所示，圖中以一級車擺為例，它是由可以沿直線導軌運動的小車以及一端固定于小車之上的勻質長桿組成的系統，小車可以通過轉動裝置由力矩電機、步進電機、直流電機或者交流伺服電機驅動，車的導軌一般有固定的行程，因而小車的運動范圍都是受到限制的。

(2)環型倒立擺

環型倒立擺也稱擺桿式倒立擺，如圖1一1所示，圖中以二級為例，一般是由水平放置的擺桿和連在其端接的自由倒擺組成，原理上也可以看成是車擺的軌道為圓軌情況，擺桿是通過傳動電機帶動旋轉的。此擺設計好了可以擺脫普通車擺的行程限制，但是同時帶來了一個新的非線性因素:離心力作用。

(3)旋轉式倒立擺

環型擺也叫旋轉式倒立擺，但是這里的旋轉式倒立擺不同于第二種的環型擺，它的擺桿(旋臂)是在豎直平面內旋轉的，而環型擺擺桿是在水平面旋轉的。

(4)復合倒立擺系列

復合倒立擺為一類新型倒立擺，由運動本體和擺桿組件組成，其運動本體可以很方便的調整成三種模式，一是(2)中所述的環形倒立擺，還可以把本體翻轉90度，連桿豎直向下和豎直向上組成托擺和頂擺兩

種

形

式的倒

立

擺。

圖1-1

各種倒立擺系統

國外對倒立擺系統的研究可以追朔到六十年代，1966年，Scheafer和Cannon應用Bang-Bang控制理論首先將一個曲軸穩定于倒置位置上。在60年代后期，作為一個典型的不穩定、嚴重的非線性證例提出了倒立擺的概念，并將其用于對一類不穩定、非線性和快速性系統控制能力的檢驗。由于倒立擺系統的典型性，對它的控制引起了各國科學家的普遍重視，從而使得用多種方法對倒立擺的控制成為具有挑戰性的世界性課題。當時主要集中在直線倒立擺系統的線性控制上面。到70年代初，各國學者用狀態回饋理論對不同類型的倒立擺控制問題進行了廣泛的研究，1976年Morietc[2]發表的研究論文，首先把倒立擺系統在平衡點附近線性化，利用狀態空間方法設計比例微分控制器,實現了一級倒立擺的穩定控制。1980年，Furuta etc[3]等人基于線性化方法，實現了二級倒立擺的控制。1984年，Furuta等人首次實現雙電機三級倒立擺實物控制[4]。

1984年，Wattes研究了LQR(Linear Quadratic Regulator)法控制倒立擺[5]。LQR方法主要基于系統的線性模型和二次性能指針: J??(XTQX?uTRu)dt

(1.1)0?

實際上是尋找一個最優的狀態回饋向量K，從而設計一個最優回饋控制器。Wattes驗證了改變權重矩陣可以得到不同的狀態回饋向量，從而產生不同的控制效果。

八十年代后期開始，倒立擺系統中的非線性特性得到較多的研究，并且提出了一系列基于非線性分析的控制策略。1992年，Furuta等人[6]提出了倒立擺系統的變結構控制。1995年，Fradkov等人[7]提出的基于無源性的控制。另外Wiklund等人[8]應用基于李亞普諾夫的方法控制了環形一級倒立擺，Yamakita等人[9]給出了環形二級倒立擺的實驗結果。

近年來隨著智慧控制方法的研究逐漸受到人們的重視，模糊控制、神經網絡、擬人智能控制、遺傳算法和專家系統等越來越多的智能算法應用到倒立擺系統的控制上。1997年，T.H.Hung等[10]設計了類PI模糊控制器應用于一級倒立擺控制，具有系統結構簡單對硬件依賴小的特點。1995年，Li[11]利用兩個并行的模糊滑模來分別控制小車和擺桿偏角。1996年張乃堯等[12]采用模糊雙死循環控制方案成功地穩定住了一級倒立擺。Deris[13]利用神經網絡的自學習能力來整定PID控制器參數。1997年，Gordillo[14]比較了LQR方法和基于遺傳算法的控制方法，結論是傳統控制方法比遺傳算法控制效果更好。1993年，Bouslama[15]利用一個簡單的神經網絡來學習模糊控制器的輸入輸出數據，設計了新型控制器。1994年，北京航空航天大學張明廉教授[16]將人工智能與自動控制理論相結合，提出“擬人智慧控制理論”，實現了用單電機控制三級倒立擺實物。北京師范大學李洪興[17]教授采用變論域自我調整模糊控制理論研究四級倒立擺控制問題，成功實現了四級倒立擺實物系統控制[18]。

對倒立擺這樣的一個典型被控對象進行研究，無論在理論上和方法上都具有重要意義。不僅由于其級數增加而產生的控制難度是對人類控制能力的有力挑戰，更重要的是實現其控制穩定的過程中不斷發現新的控制方法、探索新的控制理論，并進而將新的控制方法應用到更廣泛的受控對象中。各種控制理論和方法都可以在這里得以充分實踐，并且可以促成相互間的有機結合。隨著控制理論的不斷向前發展，越來越多的理論被成功運用于倒立擺系統的控制：如基于狀態空間極點配置、二次型最優控制[19~21]、基于能量的控制[22]、基于滑模控制的方法[23]、基于模糊邏輯的控制[36~46]、基于神經網絡理論[24~25]、模糊邏輯與神經網絡相結合的控制[26]、基于遺傳算法的控制[27]以及基于遺傳算法的神經網絡控制[28]等等。常見的控制策略與算法有以下幾種：

(1)狀態回饋H∞控制方法(2)智慧控制理論的方法(3)魯棒控制方法 1.2.2起擺問題的研究

倒立擺起擺問題是指設計控制器，能夠將擺桿從豎直向下的自然狀態擺動到豎直向上的位置。對于倒立擺起擺問題的研究主要方法有能量控制、啟發式控制、擬人智慧控制等。

較早研究起擺問題的文獻有：1976年，Mori[2]等人提出包含兩個控制器，一個控制器用來自起擺，另一個控制器用來使擺桿穩定在平衡態附近。1996年，K.J.Astrom[32]研究了用能量控制策略，實現了一級倒立擺的起擺。

朱江濱等人提出了一種基于專家系統及變步長預測控制的實時非線性控制方法，仿真實現了二級倒立擺的擺起及穩定控制[33]。李祖樞等人利用擬人智慧控制理論研究了二級倒立擺的起擺和控制問題[34]。

目前用于倒立擺起擺的控制方法主要有：能量控制，啟發式控制，擬人智慧控制等。

社會化的大生產使工業生產規模越來越大，生產裝置越來越復雜，工業對象成為高階次、非線性、多輸入多輸出的復雜對象，而且控制精度要求越來越高。這就對控制理論提出了新的更高的要求。倒立擺系統是一個典型的多輸入多輸出、非線性、高階次的不穩定系統。研究倒立擺的精確控制對復雜工業對象的控制有著不可估量的工程應用價值。

1.2.3倒立擺控制存在的主要問題

倒立擺系統是一個非線形、不穩定、單輸入多輸出的多變量系統，對它進行穩定控制，其控制方法大致可分為兩類:(1)現代控制理論方法:在非線形模型的平衡點附近對其進行線性化，再根據近似線性模型，設計出控制規律。常見的有狀態回饋的極點配置法，二次型性能指針的最優控制和基于非線性觀測器的控制方法等。(2)智慧控制方法:其主要特點是不依賴于系統數學模型，通過模擬人的智慧或利用專家的經驗較為直接地對倒立擺進行控制。有模糊控制、神經網絡控制、規則控制和模糊神經網絡控制等。

應用現代控制理論方法設計出的倒立擺的控制規律存在以下幾個問題:(1)由于系統本身是一個非線性系統，經過線性化后，所得到的模型與原模型只能在很小的范圍內接近，從而限制了系統的穩定范圍；(2)對于二級倒立擺系統來說，線性化后得到一個六階的狀態方程，如果采用狀態回饋的方法，則必須測量出系統的六個狀態變量，由于其中三個速度變量測量起來很困難，這樣就必須設計狀態觀測器，而狀態觀測器的引入對系統的穩定性和魯棒性都有一定的不良影響；(3)倒立擺系統是一個靈敏度很高、變化很快的系統，要求控制器有很決的響應速度。據計算倒立擺系統的采樣周期應在5ms左右，因此，不能進行在線控制規律的適應性調整，也就是說，只能預先根據系統模型求出一個不變的控制規律固定在控制器中，這樣就對系統的模型精度要求很高。而模型參數中的一些非線性因素是容易變化的，例如轉動摩擦系數，水平摩擦系數及皮帶的滯后，使基于模型的控制規律難以嚴格符合系統實際模型，這會導致系統的魯棒性和穩定性較差。智慧控制可以部分地解決上述問題。首先智能控制不依賴系統數學模型，所以就不存在因簡化模型所帶來的穩定范圍減小的問題。其次智慧控制規律的建立并不以預先確定的系統模型為基礎的，而是基于專家的經驗或人們的常識，只要該經驗或常識基本反映系統的特性，那么被控對象的參數變化對控制系統的收斂問題的影響就很小。最后，智能控制規律的修改要方便得多，要修改基于數學模型的控制規律，整個算法結構都得變動，而修改智能控制中的規則只需修改某一或某幾個規則，便可達到修改的目的。因此，智能控制系統維護起來較為簡單易行，其穩定性和魯棒性較好。

另外，倒立擺在實現方面還需要解決許多具體控制問題，如傳感器的線性度執行電機的死區、外圍電路的零點漂移、信號采集的速度和精度等問題，這些問題的解決是成功地穩定倒立擺的關鍵。

2倒立擺系統數學模型

系統建模可以分為兩種：機理建模和實驗建模。實驗建模就是通過在研究對象上加上一系列的研究者事先確定的輸入信號，激勵研究對象并通過傳感器檢測其可觀測的輸出，應用數學手段建立起系統的輸入－輸出關系。這里面包括輸入信號的設計選取，輸出信號的精確檢測，數學算法的研究等等內容。機理建模就是在了解研究對象的運動規律基礎上，通過物理、化學的知識和數學手段建立起系統內部的輸入－狀態關系。

對于倒立擺系統，由于其本身是自不穩定的系統，實驗建模存在一定的困難。但是忽略掉一些次要的因素后，倒立擺系統就是一個典型的運動的剛體系統，可以在慣性坐標系內應用經典力學理論建立系統的動力學方程。下面我們采用其中的牛頓－歐拉方法和拉格朗日方法分別建立直線型一級倒立擺系統的數學模型。采用拉格朗日法建立二級倒立擺系統的數學模型。2.1直線一級倒立擺的數學模型 2.1.1運動方程的推導 2.1.1.1牛頓力學方法

在忽略了空氣阻力和各種摩擦之后，可將直線一級倒立擺系統抽象成小車和勻質桿組成的系統，如圖2-1所示。

圖2.1 直線一級倒立擺模型 為了建立倒立擺系統的數學模型，做以下假設： M小車品質 m擺桿品質 b小車摩擦系數

l擺桿轉動軸心到桿質心的長度 I擺桿慣量 F加在小車上的力 x小車位置

圖2-2和2-3是系統中小車和擺桿的受力分析圖。其中，N和P為小車與擺桿相互作用力的水平和垂直方向的分量。

在實際倒立擺系統中檢測和執行裝置的正負方向已經完全確定，因而向量方向定義如圖2-2所示，圖示方向為向量正方向。

分析小車水平方向所受的合力，可以得到以下方程：

??F?bx??N

(2.1)M?x由擺桿水平方向的受力進行分析可以得到下面等式：

d2N?m2(x?lsin?)

(2.2)dt把這個等式代入式(2.1)中，就得到系統的第一個運動方程

??cos??ml??2sin?

??ml?N?m?x

(2.3)即 ??cos??ml??2sin??F

（2.4）??bx??ml?(M?m)?x為了推出系統的第二個運動方程，對擺桿垂直方向上的合力進行分析，得到下面方程

?md2P?mgdt2(lcos?)

（2.5）

即

P?mg??ml???sin??ml??2cos?

（2.6）力矩平衡方程如下

?Plsin??Nlcos??I???

（2.7）合并方程(2.6)和(2.7)，約去P和N，得到第二個運動方程

(I?ml2)????mglsin???ml?x?cos?

（2.8）線性化后兩個運動方程如下

??(I?ml2)????mgl??ml?x??

?(M?m)?x??bx??ml????u

（2.9）對(2.9)進行拉普拉斯變換，得???(I?ml2)?(s)2?mgl?(s)?mlX(s)s2?(s)

（2.10）?(M?m)X(s)s2?bX(s)s?ml?(s)s2?U假設初始條件為0。

由于輸出為角度?，求解方程組的第一個方程，可以得到

X(s)?[(I?ml2)ml?gs2]?(s)

（2.11）

?(s)mls2X(s)?(I?ml2)s2?mgl

（2.12）如果令??x??，則有

到

?(s)ml

(2.13)?22V(s)(I?ml)s?mgl把上式(2.13)代入方程組(2.10)的第二個方程，得到

(I?ml2)g(I?ml2)g2U(s)?(M?m)[?]?(s)s?b[?2]?(s)s?ml?(s)s2mlsmls

（2.14)

整理后得到傳遞函數

ml2s?(s)q?

(2.15)2U(s)b(I?ml)3(M?m)mgl2bmgls4?s?s?sqqq

設系統狀態空間方程為

??AX?BuXY?CX?Du

(2.16)方程組(2.16)對x,?求解，得到解如下

??x??x?2222?(I?ml)bmglI?ml??????xx??u222?I(M?m)?MmlI(m?M)?MmlI(M?m)?Mml??????????mlbmgl(M?m)ml????x???u??222?I(M?m)?MmlI(M?m)?MmlI(M?m)?Mml?

（2.17）

整理后得到系統狀態空間方程 ?0100????x?(I?ml2)bm2gl2?0?????I(M?m)?Mml2I(M?m)?Mml2x??????0001?????????mlbmgl(M?m)??????022?I(M?m)?MmlI(M?m)?Mml??0???x???2(I?ml)?0????2??I(M?m)?Mml???x???????u?????0???????ml??0???2?I(M?m)?Mml???

(2.18)

?x?????x??1000??x???0?u

(2.19)y????????????0010?????0?????????對于質量分布均勻的擺桿有

I?12ml

(2.20)3由式(2.9)的第一個方程可以得到

????3g3?

(2.21)???x4l4l??,u'???,?,??,則有 設X??x,xx???0100??x??0??x?0000??1???????????x?x???????0?u'

（2.22）??0001?????????????3g?????3????000???????????????4l??4l??x?????x??1000??x?0??y???????????0?u'

（2.23）?0010??????????????2.1.1.2拉格朗日方法

下面采用拉格朗日方程對單級倒立擺系統建模。拉格朗日方程為

?)?T(q,q?)?V(q,q?)

L(q,q

（2.24）

其中L為拉格朗日操作數,q為系統的廣義坐標，T為系統的動能，V為系統的勢能

d?L?L??fi

（2.25）?i?qidt?q其中i?1,2,3??n，fi為系統在第i個廣義坐標上的外力，在一級倒立擺系統中，系統的廣義坐標有二個廣義坐標，分別為x,?。

首先計算系統的動能

T?TM?Tm

（2.26）

其中TM,Tm分別為小車和擺桿1的動能 小車的動能

TM?1?（2.27）Mx2擺桿的動能

??Tm?

(2.28)Tm?Tm其中Tm?,Tm?分別為擺桿的平動動能和轉動動能。設以下變數：

Xpend------擺桿質心橫坐標 Ypend------擺桿質心縱坐標

則有

xpend?l?sin?

(2.29)ypend?lcos?擺桿的平動動能和轉動動能分別為

22?????1?dxpenddypend??????Tm?m?????2?dtdt???????

(2.30)?1?2?1ml2??2Tm?Jp?226?于是有擺桿的總動能

22?122????1?dxpenddypend?????

（2.31）??ml???TM???m??TM?TM????2?dtdt???????6系統的勢能為

V?Vm?m?g?ypend?mglcos?

（2.32）

由于系統在φ廣義坐標下沒有外力，所以有

d?L?L??0

（2.33）???dt??對直線一級倒立擺，系統的狀態變量為：求解狀態方程：

??AX?Bu?X(2.34)?y?CX?Du

則有

???0100??x??0??x?0000??1???????????x?x???????0?u'

??0001?????????????3g?????3????000???????????????4l??4l??x?????x??1000??x???0?u'

（2.35）

y????????????0010?????0?????????可以看出，利用拉格朗日方法和牛頓力學方法得到的狀態方程是相同的，不同之處在于，輸入u′為小車的加速度x′，而輸入u為外界給小車施加的力，對于不同的輸入，系統的狀態方程不一樣，對比較簡單的直線一級倒立擺，利用牛頓力學的方法計算比較方便和快捷，但對于多級倒立擺，利用拉格朗日方法程序設計計算會比較方便。

二級倒立擺系統數學模型 二級倒立擺系統結構

二級倒立擺系統如圖所示。二級倒立擺裝置由沿導軌運動的小車和通過轉軸固定在小車上的擺體組成。在軌道一端裝有用來測量小車位移的光電編碼器。擺體與小車之間、擺體與擺體之間由轉軸連接，并在連接處有2個光電編碼器分別用來測量一級擺和二級擺的角度。一擺、二擺可以繞各自的轉軸在水平導軌所在的鉛垂面內自由轉動而小車則由交流伺服電機、皮帶輪、傳動帶帶動在水平導軌上左右運動，從而使倒立擺穩定在豎直位置并且可以沿著導軌倒立行走。

二級倒立擺系統的微分方程

本文采用分析力學中的Lagrange方程建立二級倒立擺系統的微分方程。

首先，對系統作如下假設: 1)小車、一級擺桿和二級擺桿都是剛體。2)皮帶輪與皮帶間無相對滑動，皮帶不能拉伸變長。3)小車與導軌之間的摩擦力與小車速度成正比。

4)各級擺桿與轉軸間的轉動摩擦力矩與擺桿的角速度成正比。數學模型推導: a)系統總動能:T?T0?T?1T2

?

2小車的動能:T0?m0r221?21??d??d??T1?J1?1?m1??(r?l1sin?1)???(l1cos?1)??一級擺動能：22???dt????dt?

12????lsin???2

??l1cos?1?

?J1??12?m1?r111121212??二級擺動

2能：

2??d11??d?T2?J2??22?m2??(r?L1sin?1?l2sin?2)???(L1cos?1?l2cos?2)?22??dt???dt

??lcos???????L1cos?2?=J2??22?m2?r1222???L1sin?1?1?l2sin?2?2?

221212??b)系統總勢能：V=V0+V1+V2

小車勢能：V0?0，一級擺勢能：V1m1gl1cos?1

二級擺勢能：V2?m2g(L1cos?1?l2cos?2)； C）系統總耗散能：D?D0?D1?D2，小車耗散能：D0?1?2，f0r21一級擺耗散能：D1?f1??21

221二級擺耗散能：D2?f2??2???1;

2??由Lagrange函數和Lagrange函數 設（2.36）

q1??1時：

q2??2時：

d??L??L?D?????0

（2.37）???dt???1???1??1d??L??L?D?????0

（2.38）????dt???2???2??2q0?r時：

d??L??L?D??u

?????dt??r??r?r將L=T一v和D代入式(2一36)、式(2一37)、式(2一38)，并進行化簡的到:

?cos??ml?cos???ml?mL???21sin??ml??2??(m1l1?m2L1)??(m0?m1?m2)?r11222211211222sin?2?f0r?u

?2.39?

???mlL?????m1l1?m2L1??r?cos?1??J1?m1L21???2??1???f1?f2??12132cos?1

???f2?L1l2m2?2sin??2??1???2??m1l1?m2L3?gsin?1?0(2.40)

??cos??????J?ml2????mLl???m2l2?r?cos?2?m2L1l2??2??1??f2?12122222121sin?1??mlgsin??0?f?22222????(2.41)

令?m0?m1?m2;?m1l1?m2L1?cos?1;m2l2cos?2???H1(?1,?2)???m1l1?m2L1?cos?1;J1?m1l21?m2L21;m2l2L1cos??2??1???mlcos?;mlLcos?????;J?ml2?222121222?22?h3??1,?2???0;?m1l1?m2L1?gsin?1;m2l3gsin?2?

Th0??100? T根據上面3個微分方程式 r??????????H1??1,?2???1??H2?1,?2,?1,?2??????2??????r?????1??h3??1,?2??h0u ?????2?（mohu）

……………………………………………………………….3神經網絡控制

3.1神經網絡發展現狀

人工神經網絡(ArtificialNeuralNctwork，ANN)是80年代之后迅速發展起來的一門新興學科。它是模仿生物神經系統的信息傳遞和反射功能來獲得處理事物的一種“智能”信息處理系統。人工神經網絡從理論探索到進入大規模工程實用階段，到現在也只有短短10多年的時間。

美國神經網絡學家HechtNielsen曾為人工神經網絡給出以下定義:人工神經網絡是由多個非常簡單的處理單元彼此按某種方式連接而成的計算機系統，該系統是靠其狀態對外部輸入信息的動態響應來處理信息的。可見人工神經網絡的信息處理功能是依靠計算機的強大處理能力來實現的，但它又不同于一般的計算機系統。它沒有預先確定的、串行的運算操作，也沒有確定的內存。它由許多互連的簡單處理單元組成，學習達到平衡后，由各個神經元的權值組成的整個網絡的分布狀態，就是所求的結果。網絡學習的過程也就是各神經元權值的調整過程[]。

1958年美國計算機學家羅森布拉特(FrallkRosenblatt)提出了一種具有三層網絡特性的神經網絡結構，稱為“感知機”(PercePtion)，這或許是世界上第一個真正優秀的人工神經網絡。在此以后的一段時間內，神經網絡引進了許多人的興趣，同時也引起了很大的爭議。1969年，美國著名人工智能學者Minsky和PaPert寫了一本評論人工神經網絡的書《感知機》(PercePtion)。稱感知機不能解決“閡值”這一問題，這本書引起了人們對60年代后期神經網絡發展面臨過熱現象的爭議。此書的發表為剛燃起的人工神經網絡之火，潑了一大盆冷水。加以那時人工智能以功能模擬為目標的另一分支出現了轉機，產生了以知識信息處理為基礎的知識工程，給人工智能從實驗室走向實用帶來了希望。這使神經網絡的研究進入低潮時期。

70年代后期，在人的智慧行為機器再現上，由于傳統模型距離人類自身的真實模型較遠，表現出了極大的局限性。對于那些還找不到有效計算方法和明確的計算方法的問題，如:在人工智能、模糊識別、動力學過程模擬等方面，就碰到了有限時間和空間的障礙，對于人腦所具有的直覺感知、創造性思維、聯想功能等，這些迫使人工智能和計算機科學家必須另外尋找發展智能計算機的途徑，并把注意力重新轉向人腦的信息處理模式。難能可貴的是，在此期間，仍由不少學者在極端艱苦的條件下致力于人工神經網絡研究。

1982年，Hopfield將人工神經網絡成功地應用在組合優化問題，提出了HNN模型從而有力地推動了神經網絡的研究。他引入了“計算能量函數”的概念，給出了網絡定性判據。它的電子電路實現為神經計算機的研究奠定了基礎，同時開拓了神經網絡于聯想—記憶和優化計算的新途徑。1985年，Rumelhart提出了誤差反向傳播算法，即BP算法，把學習的結果回饋到中間層的隱含單元，改變它們的權系數矩陣，從而到預期的學習目的，它是至今為止最普遍的網絡。這一算法的出現，使神經網絡獲得一個比較實用和有效的訓練方法。由于它具有節后化、全息性、魯棒性、并行性、非線性等突出的特點，在許多領域如工況監測和控制、故障診斷、結構分析、高智商機械設計、多傳感器信息集成和融合、系統識別與智能控制、制造過程中作業計劃的優化等面得到了成功的應用[9][10]。它的應用和發展不但會推動神經動力學本身，而且將影響一代計算機的設計原理，有可能為新一代計算機和人工智能開辟一條嶄新的途徑。同時它為學習識別和計算提供了新的途徑，有可能給信息科學帶來革命性的變化。

目前已經建立了多種神經元與網絡的模型，尤其在自動控制領域神經網絡技術得到了巨大發展。神經網絡對控制領域有著巨大吸引力，是由它本身的一些重要特點和性質決定的: 1.人工神經網絡是從輸入到輸出的高度非線性映像，任意的連續非線性函數映像關系都可由某一多層神經網絡以任意精度加以逼近，便于解決非線性控制問題。

2.具有分布式存儲信息的特點，即一個信息不是存在一個地方，而是分布在不同的位置，當局部網絡受損時，能恢復原 的信息。

3.對信息的處理及推理過程具有并行的特點。大規模互聯網絡結構能很快實現全局性的實時信息處理，并很好地協調多種輸入信息之間的關系，同時人工神經網絡模型具有自動搜索能量函數極值點的功能，這種優化計算能力在自我調整控制設計中十分有用。

4.神經網絡具有自組織、自學習、自適應等特點。對信息處理過程中具有很強的泛化能力。同時它還具有較強的容錯特 性，提高了信息處理的可靠性和魯棒性。

5.神經網絡的結構是相同神經元的大規模組合，可處理多輸入信號并具有許多輸出，適合用于多變量系統;適合用大規模 集成電路實現;也適合于用計算技術進行模擬實現。

3.2神經網絡原理和模型 1神經網絡基本結構單元

神經網絡的基本單元是神經元，它類似于生物體的神經系統基本單元，神經元是一個多輸入單輸出結構，其功能為模擬生理神經元的最基本特征。其結構示意圖如圖2一1所示。圖中，為神經元輸入信號，為平移信號，為神經元閉值，為到連接的權值。對圖示神經元，其輸入可表示為:

+輸出為：

-=f（）

其中，f是神經元轉換函數，又稱為神經元啟動函數。神經網絡是由大量神經元的關聯而構成，它是一個非線性動力學系統，其特點在于對信息的分布式存儲和并行協同處理。雖然單個神經元的結構極其簡單，功能有限，但大量神經元構成的網絡系統所能實現的行為卻是極其強大。神經網絡的基本結構可以描述為具有下列性質的有向圖:(l)每個節點有一個狀態向量，;(2)節點i到節點j有一個連接權系數(3)每個節點有一個閡值;(4)每個節點定義一個變換函數f

最基本形式為

;

f()神經網絡模型各種各樣，它們是從不同的角度對生物神經系統不同層次的描述和模擬。代表性的網絡模型有感知器、多層前饋B一P網絡、RBF網絡、雙向聯想記憶(BAM)、Hopfield網絡等.3.3神經網絡在控制系統中的應用

神經網絡在非線性系統控制中有著廣泛的應用，迄今為止己經有了十幾種控制案，但總體上仍可歸結為以下幾類:(l)在基于模型的各種控制結構中充當對象的模型;(2)充當控制器;(3)在控制系統中起優化計算的作用;(4)與其它智能控制方法，如專家系統、模糊控制相融合，為其提供非參數化對模型、推理模型等。下面給出幾種典型的神經網絡控制(1)神經網絡直接逆控制

直接逆控制是使系統的一個逆模型與受控系統串聯，直接作為系統的前饋控制器使受控系統的輸出等于期望輸出。該方案很大程度上依賴于逆模型的精確程度。逆系的輸入必須與訓練時的輸出足夠接近，系統方能正常工作，因此無法有目的地選擇訓信號。(2)神經網絡自適應控制

神經網絡具有逼近任意連續有界非線性函數的能力，將神經網絡與常規的自適應制方案相結合，產生了神經網絡自適應控制的兩種類型，即神經網絡自校正控制系(NeuralNetworkSelf-TuningControl，簡稱NNSTc)和神經網絡模型參考自適應控制

(3)神經網絡PID控制

利用神經網絡所具有的自適應能力和非線性映像功能，通過實際系統性能的學來實現具有最佳組合的PID控制。(4)神經網絡內模控制

在內模控制結構中，系統的正向模型與實際系統并聯，兩者輸出之差被用做回饋號，此回饋信號又由前饋信道的濾波器及控制器進行處理。由內模控制性質知，該控器直接與系統的逆有關。引入濾波器是為了獲得期望的魯棒性和跟蹤響應。(5)神經網絡預測控制

預測控制的特征是預測模型、滾動優化和回饋校正。其中神經網絡預測控制器建了非線性被控對象的預測模型，可在線學習修正。利用此預測模型就可以由目前的控太原理土大學碩士研究生學位論文輸入，預測出被控系統在將來一段時間范圍的輸出值。(6)神經網絡解耦控制

神經網絡解禍通常基于逆系統控制的思想，一般采用三層前向靜態網絡;除直接逆控制解禍方法，還有基于自我調整解禍思想的神經網絡解棍方法和PID神經網絡解禍方法。神經網絡解禍控制的難點是難以確定通用的解藕條件判據，目前的解禍策略都帶有嘗試性，主要依靠模擬試驗來進行研究。(7)神經網絡專家系統控制

這是一種將神經網絡與專家系統相結合的控制方式。由于專家系統善于表達知識和邏輯推理，神經網絡善于非線性映像和直覺推理，將二者相結合發揮各自的優勢，就會獲得更好的控制效果。(8)神經網絡模糊控制

神經網絡和模糊邏輯相結合的方式有:1.用神經網絡驅動模糊推理的模糊控制;2用神經網絡記憶模糊規則的控制;3.用神經網絡優化模糊控制器的參數。

(9)神經網絡與遺傳算法的結合

遺傳算法與神經網絡的結合主要體現在三方面:1.網絡連接權值的進化;2，網絡結構的進化;3.學習算法的進化。基于進化計算的神經網絡設計和實現己在眾多領域得到應用，但總體上看，理論方法有待于完善規范，應用研究有待于加強提高。3.4神經網絡控制的不足

在智能控制領域中，BP網絡是一類有力的學習系統，其結構簡單，易于程序設計，因此在控制領域中得到廣泛的應用。但實際應用中還存在一些問題。1，需要較長的訓練時間

對于一些復雜的問題，BP算法可能要進行幾小時甚至更長的時間訓練。這主要是由于學習速率所造成的，針對這一問題可采用變化的學習速率或自適應的學習速率來加以改造。

2、未成熟飽和

在網絡的訓練過程中，當其權值調得過大，可能使得所有的或大部分神經元的權總和值n偏大，這使得啟動函數的輸入工作在S型轉移函數的飽和區，從而導致其導數f(n)非常小，從而使得對網絡權值的調節過程幾乎停頓下來。通常為了避免這種現象的發生，一是選取較小的初始權值，二是采用較小的學習速率，但這又增加了訓練時間。

3、局部極小值

BP算法可以使網絡權值收斂到一個解，但它并不能保證所示為誤差超平面的全局最小解，很可能是一個局部極小解。這是因為BP算法采用的是下降法，訓練是從某一起始點沿誤差函數的斜面逐漸達到誤差的最小值。對于復雜的網絡，其誤差函數為多維空間的曲面，就像一個碗，其碗底是最小值點。但是這個碗的表面是凹凸不平的，因而在對其訓練過程中，可能存在某一小谷區，而這一小谷區產生的是一個局部極小值。由此點向各方向變化均使誤差增加，以致于使訓練無法跨出這一局部極小值。通常的作用是采用多層網絡和較多的神經元，有可能使結果得到改善。然而，增加神經元或者增加同層神經元的個數，同時增加了網絡的復雜性以及訓練的時間。在一定的情況下可能是不明智的。因此可通過選用幾組不同初始條件對網絡進行訓練，然后再從中挑選出最好的結果。3.5倒立擺神經網絡理論的應用

早在1983年，Barto等【15】就設計了兩個單層神經網絡，采用AHC(Adantiveheuristiccritic)學習算法實現狀態離散化的倒立擺控制。而在1989年，Anderson【16】進一步用兩個雙層神經網絡和AllC方法實現了狀態未離散化的倒立擺系統平衡控制。但這兩種算法都 只能針對一類模型。蔣國飛等【17】通過訓練BP網絡來逼近口值函數，并利用BP網絡的泛化能力，實現了基于口學習算法的狀態未離散化的確定和隨機倒立擺的無模型學習控制，不僅處理的模型對象更廣泛，而且相對前兩種算法而言，該算法具有更好的學習效果。

單波等[18]利用神經網絡建立倒立擺系統模型，以此來描述被控對象的輸人輸出關系，并由此計算出系統在未來若干時刻的誤差。然后由誤差確定系統的目標函數，通過滾動優化、反饋校正來實現對系統的實時控制。運用該算法不僅可以避免對被控對象做復雜的數學分析，而且還具有較快的收斂速度以及較強的魯棒性。

為了克服神經網絡控制器結構不能改變的缺點，si等【19]將神經網絡理論與增強式學習基本原理相結合，提出了一種在線學習控制系統。該實時學習系統能隨著時間的推移而在兩方面逐步提高它的性能:通過自身偏差不斷學習;系統狀態通過神經網絡學習過程被儲存。

應用于倒立擺系統的神經網絡控制算法一般都需要倒立擺系統的輸人輸出數據以及各種提示信息。而Houge等【】利用參數均取整數值的SONNET(Self-organizing neural net work eligibility trace)網絡模型[]，無需預先分開輸人空間，不必依賴系統輸出數據，而僅僅只需知道倒擺系統的失敗信號和系統的當前狀態，即可對倒立擺進行有效的控制

將神經網絡理論應用于倒立擺系統的控制還有許多成功的例子，但由于神經網絡理論本身的缺陷，有一些問題需要解決。如在如何有效地獲取神經網絡控制器的初始結構和參數值等方面就有許多間題值得探討。有許多學者已經在這一方面做了有益嘗試并取得了一些成果【】例如，Pasemann等〔提出了一種ENS(Evolution of neurl system by stochastic synthesis)算法來獲取神經網絡的內部結構和權值。運用該控制算法，系統各狀態變量不必量化，可以連續取值，且系統具有很強的魯棒性。

4遺傳算法 4.1遺傳算法的發展概述

遺傳算法(Genetic Algorithms，簡稱GAs)是一種基于生物界中的自然選擇原理和自然遺傳機制的隨機搜索算法[39]。它模擬了生物界中的生命進化機制，并用在人工系統中實現特定目標的優化。這是一種在思想和方法上別開生面的全新優化搜索算法。傳統的優化搜索算法往往要求所求解的函數具有連續、可微的性質，有要求搜索空間及噪聲相對較小的限制。而遺傳算法不受問題性質的限制，可以在巨大的空間上實行概率性搜索，能在搜索的過程中自動獲取和積累有關搜索空間的指示，并自我調整地控制搜索過程，以求得最優解或較優解。遺傳算法的這種特點使得它能夠處理許多復雜問題，具有廣泛的適用性和魯棒性。在自動控制、組合優化、模式識別、機器學習、人工生命、管理決策等許多領域都得到了廣泛的應用[40][41]。

近年來，自動控制己成為遺傳算法最活躍的研究領域之一，包括PID控制、最優控制、自我調整、魯棒控制、模糊控制、神經網絡控制及系統辨識等許多分支[42][43]。越來越多的研究人員開始研究用遺傳算法及其改進算法解決控制領域中的難題。在科技高速發展的今天，對大規模的、復雜的、不確定性的系統進行有效控制的要求在不斷提高，如何準確方便地優化各種控制方法中控制器的結構和參數己成為迫切需要解決的問題。盡管遺傳算法經過幾十年的理論及應用研究已獲得了大量的成果，但其理論基礎仍較薄弱，一些參數的選取還要依靠實驗經驗的積累。因此，對遺傳算法本身及其解決控制問題的能力的深入研究具有重要的現實意義。

從本世紀40年代，生物模擬就成為了計算科學的一個組成部分，如早期的自動機理論就是假設機器是由類似于神經元的基本元素構成的。近幾十年來，人們關注著如:機器能否思維、基于原則的專家系統是否勝任人類的工作、以及神經網絡可否使機器具有看和聽的能力等等這些有關生物模擬的問題。

自從人們接受了達爾文的生物進化理論之后，科學家們就對生物的進化機制產生極大的興趣。自然進化特征在60年代就引起了美國Michigan大學的JohnHolland的極大興趣，那時Holland從事如何建立能學習的機器研究。他注意到學習不僅可通過單個生物體的適應，而且可通過一個種群的許多代進化適應實現。他受達爾文進化論—“適者生存”的啟發，逐漸認識在機器學習的研究中，為獲得一個好的學習方法，僅靠單個策略的建立和改進是不夠的，還要依賴于包含許多候選策略的群體繁殖。這種研究思想起源于遺傳進化，Holland就將這個研究領域取名為遺傳算法。

從1985年到1993年，召開了五屆國際遺傳算法學術會議，遺傳算法己經有了很大的發展，并開始滲透到人工智能、神經網絡、機器人和運籌學等領域。遺傳算法是多學科相互結合與滲透的產物，它已經發展成一種自組織、自適應的綜合技術，廣泛用在計算機科學、工程設計、管理科學和社會科學等領域。4.2遺傳算法的概念、特點及應用

4.2.1遺傳算法的基本步驟

遺傳算法GA是建立在自然選擇和群體遺傳機制基礎上的隨機迭代、進化，具有廣泛適應性的概率搜索尋優算法。

對于某個給定的優化問題，目標函數為: H=f(x，y，z，〕(x，y，z?要求（HR

?)使H為極大值和極小值，以適應優化的需要。此處，是(x，y，z?)的定義域，H為實數，f為解空間(x，y，z)到實數域H

R的一種映射。GA要根據目標函數H設定一個適應性函數F，用以判別某個樣本的優劣程度。遺傳算法的基本步驟如下:(1)編碼

采用二進制編碼方案對優化變量進行編碼。采用二進制編碼的策略是將各優化分量分別進行編碼然后合并成l個二進制位串，就代表了優化問題的1個可能解。如自變量X、Y、Z的1組取值用12個比特的二進制代碼串表示為: 1000

1001

1100 X

Y

Z(2)初始群體的生成

通過隨機方法產生出給定數量初始群體的個體，這些個體就是一批二進制代碼串。首先，對每個個體計算其相應的適應度,按的大小評價該個體染色體的素質。愈大表示第i個個體的素質愈好，優化的目標是找到最大時所對應的個體。初始種群的素質一般還比較差，GA操作數的任務就是從這些初始群體出發，模擬進化過程擇優去劣，逐次迭代，選出優秀的種群與個體，以達到優化的目的。

(3)選擇

根據各個個體的適應度，按照一定的規則和方法，從第t代群體P(t)中選擇出一些優良的個體遺傳到下一代群體P(t+1)中。一般選擇的規則是適應度越大的個體，賦予更大的選擇概率，通常，即適應度值高的個體有更多的繁殖后代的機會，以使優良特性得以遺傳和保留。

(4)交叉

將群體P(t)內的各個個體隨機搭配成對，對每一對個體，以交叉概率交換他們之間的部分染色體。交叉的方法是隨機選取一個(或兩個)截斷點，將雙親的二進制代碼串在截斷點處切開，然后交換其尾部(或中間部分)以產生新的一代如:

雙親

后代

A1001 0110

A’1001 1001

B1100 1001

B’1100 0110

(5)變異

對群體P（t）內的每個個體，以變異概率

改變某一個或某一些基因串上的基因值為其他的等位基因。對于二進制基因串就是將1改為0或將0改為1，如:

變異

A

1100 1101——110101101 重復上述過程，各代種群的優良基因逐漸積累，種群的平均適應度和個體適應度不斷上升，直到迭代收斂，即找到最優解為止。

雖然在目前的技術條件下，關于整個進化的機制還沒有完全弄清楚，但通過許多實驗和在微觀世界里面進行的科學研究，人們逐漸認識了它們的許多特征。生物體的生成是染色體譯碼的結果，所以生物體結構編碼的染色體變化是進化發生的根本原因。染色體的編碼和譯碼過程的細節人們并不是完全了解，但下面幾個關于進化理論的一般特性己廣為人們所接受，(這些特性往往又作為遺傳算法的基本法則): ①進行過程發生是在染色體上，而不是發生在它們所編碼的生物體上;②自然選擇把染色體以及由它們所譯成的結構的表現聯系在一起，那些適應性好的個體的染色體經常比差的個體的染色體有更多的繁殖機會;③變異可以使生物體子代的染色體不同于它們父代的染色體。通過結合兩個父代染色體中的物質，重組過程可以產生有很大差異的染色體;④生物進化沒有一記憶。有關產生個體的信息包含在個體所攜帶染色體的集合以及染色體編碼的結構之中，這些個體會很好地適應它們的環境。

4.2.2遺傳算法的一般流程

與自然界的生物進化過程相類似，遺傳算法的運算過程也是一個反復迭代的過程，第t代群體記做P(t)，經過一代遺傳和進化后，得到第t+l代群體，它們也是由M個個體組成的群體，記做P(t+l)。這個群體不斷地經過遺傳和進化操作，并且每次都按照優勝劣汰的規則，將適應度值較高的個體更多地遺傳到下一代。這樣最終在群體中將會得到一個優良的個體C*，它所對應的表現型X將達到或接近于問題的最優解X*。遺傳算法的主要計算過程如下:(1)對問題的可行解進行染色體編碼;(2)產生初始種群;(3)對種群內的各個個體進行適應度評價;(4)根據個體的適應度進行選擇操作，然后交叉、變異產生新的群體;(5)返回到(3)，對該組群體譯碼進行新的評價;(6)若當前解滿足要求或進化過程中達到一定的進化代數，計算結束，否則轉(3)，繼續進行。

遺傳算法的基本流程如圖2.4所示 圖2.4

遺傳算法基本流程圖 4..2.3遺傳算法的特點

與其他優化算法相比，遺傳算法具有如下優點:(1)將搜索過程作用在編碼后的字符串上，不直接作用在優化問題的具體變量上，在搜索中用到的是隨機的變換規則，而不是確定的規則。它在搜索時采用啟發式的搜索，而不是盲目的窮舉，因而具有更高搜索效率。

(2)現行的大多數優化算法都是基于線性、凸性、可微性等要求，而

遺傳算法只需要適合度信息，不需要導數等其他輔助信息，對問題的依賴性較小，因而具有高度的非線性，適用范圍更廣。此外還可以寫出一個通用算法，以求解許多不同的優化問題。

(3)遺傳算法從一組初始點開始搜索，而不是從某一個單一的初始點開始搜索。而目_給出的是一組優化解，而不是一個優化解，這樣可以給設計者更大的選擇余地。它能太原理}_大學碩十研究生學位論文在解空間內充分搜索，具有全局優化能力。

(4)遺傳算法具有很強的易修改性。即使對原問題進行很小的改動(比如目標函數的改進)，現行的大多數算法就有可能完全不能使用，而遺傳算法則只需作很小的修改就完全可以適應新的問題。

(5)遺傳算法具有很強的可并行性，可通過并行計算來提高計算速度，因而更適用于大規模復雜問題的優化。正是基于以上優點，遺傳算法對優化工作者來說充滿了吸引力。

但是由于遺傳算法是一種較新的算法，在實際運用中也還有許多地方有待進一步地深入和改進，主要集中在以下幾個方面:(1)遺傳算法的理論研究比較滯后。由于遺傳算法本身也是一種仿生的思想，盡管實踐效果很好，但理論證明比較困難。而且這種算法提出來的時間還不是很長，因此其理論和實踐的研究幾乎是平行進行的。

(2)GA算法本身的參數還缺乏定量的標準，目前采用的都是經驗數值，而且不同的編碼、不同的遺傳技術都會影響到遺傳參數的選取，因而會影響到算法的通用性。(3)GA對處理約束化問題還缺乏有效的手段，傳統的罰函數法中對懲罰因子的選取還是一個比較困難的技術問題。

4.3遺傳算法的應用

由于遺傳算法具有上述的眾多特點，所以它廣泛應用于很多學科。而且它不依賴于問題的具體領域，它具有自我調整性、全局優化性和隱含并行性，體現出很強的解決問題的能力。(1)函數優化和組合優化

人們構造各種各樣的函數來檢測遺傳算法的性能，通過對各種幾何特性不同的函數計算，結果表明遺傳算法均具有較好的性能。而且對于一些非線性、多模型、多目標的函數優化問題，遺傳算法也能得到較好的結果。同時對于大規模的組合優化問題，傳統的枚舉法很難得到其精確最優解。而遺傳算法則是尋求這種滿意解的最佳工具之一。實踐證明，遺傳算法對于組合優化問題的NP完全問題非常有效。例如，遺傳算法已經在求解旅行商問題背包問題、裝箱問題、圖形劃分問題等方面得到成功的應用。(2)生產調度問題

生產調度問題在許多情況下所建立起來的數學模型難以精確求解，即使經過一些簡太原理}大學碩十研究生學位論文

之后可以進行求解，也會因為簡化太多而使得求解結果與實際相差甚遠。而遺傳算法已成為解決復雜調度問題的有效工具，在單件生產車間調度、流水線生產車間調度、生產規劃、任務分配等方面遺傳算法都得到了有效的應用[23一25]。比如cartwright關于化工廠生產計劃的優先安排，Syswerda關于飛行支持設備調度問題，Hiiliard運輸軍隊及其裝備多目標通路的作業調度，Gabbert關于鐵路網絡復雜運輸調度等問題，采用遺傳算法均取得了明顯的效果。(3)自動控制

在自動控制領域中有許多與優化相關的問題需要求解，遺傳算法的應用日益增加，并顯示了良好的效果。例如遺傳算法進行航空控制系統的優化、基于遺傳算法的模糊控制器優化設計、基于遺傳算法的參數辨識，都顯示了遺傳算法在這些領域的應用。例如:Maclay等人用遺傳算法求解電車模型參數辨識問題[26]，Freeman等人提出應用遺傳算法精調控制中的由人定義的模糊邏輯集合概念，取得了顯著的效果[27]。

(4)人工智能與計算機科學

人工智能是計算機等人工媒體模擬或構造出具有自然生物系統特有行為的人造系統。人工智能與遺傳算法有著密切的關系，基于遺傳算法的進化模擬是研究人工智能的重要理論基礎。遺傳算法在人工智能與計算機科學中的應用包括:數據挖掘與知識獲取[28]、數據庫查詢優化、人工神經網絡結構與參數優化[30]、模式識別、專家系統等。4.4遺傳算法的收斂性分析

遺傳算法是一種全局性的概率搜索算法，初始種群的選取、選擇、交叉、變異操作都帶有隨機性。這種隨機性的搜索迭代過程中所產生的解或函數序列的極值，最終是否會收斂到全局最優解?因此研究GA的全局性收斂問題。不僅具有理論指導意義，而且也有重要的實踐價值。

對于遺傳算法的全局收斂性，取得了許多研究成果：

(l)模式定理:遺傳算法中，在選擇、交叉和變異操作數的作用下，具有低階，短定義長度，并且平均適應度高于群體平均適應度的模式將按指數級增長。模式定理闡述了遺傳算法的理論基礎，它說明了較優模式(遺傳算法的較優解)的樣本數呈指數級增長，滿足了尋找最優解的必要條件，即遺傳算法存在著尋找全局最優解的可能性，但是它并沒有說明遺傳算法一定能夠尋找到最優解。

(2)積木塊假設:低階，短矩，高平均適應度的模式(積木塊)在遺傳操作數的作用下，相互結合，能生成高階、長矩、高平均適應度的模式，可最終生成全局最優解。遺憾的是，上述結論并沒有得到證明，但目前己經有大量的實踐支持積木塊假設，它在許多領域的應用都取得了成功，例如平滑多峰問題，帶干擾多峰問題以及組合優化問題等。

Goldberg和Segrest是首次使用馬爾可夫鏈分析了遺傳算法陰;Eiben等人用馬爾可夫鏈分析證明了保留最佳個體的GA以概率1收斂到全局最優解[36];Rudolph用齊次有限馬爾可夫鏈分析證明了帶有復制、交叉、變異操作的標準遺傳算法收斂不到全局最優解[37];Qi和Palmieri對浮點數編碼的遺傳算法進行了嚴密的數學分析，但是其結果是基于群體數為無窮大這一假設[38]。揮為民和席裕庚利用齊次有限馬爾可夫鏈對基本遺傳算法的全局收斂性和計算效率進行分析I39];徐總本和聶贊坎等人開始利用鞍理論分析遺傳算法的收斂性，該文首次嘗試用鞍理論證明遺傳算法在保留最佳個體策略時，遺傳算法在有限步內幾乎必然強收斂于最優解[40]。王霞和周國標利用下鞍理論證明分析遺傳算法的收斂速率，并給出保留最佳個體策略的遺傳算法收斂速率的概率形式[4]。本文則是利用下鞍理論分析遺傳算法在非保留最佳個體策略時，遺傳算法強收斂到全局最優解的充分條件，這為用鞍理論分析遺傳算法做了有益的嘗試，同時也補充證明遺傳算法的轉移概率矩陣是不可約非周期的馬爾可夫鏈。4.5遺傳算法面臨的問題

隨著科學技術的迅速發展，遺傳算法也應用到更多的領域。由于遺傳算法來源于進化論和群體遺傳學，缺乏嚴格的數學基礎，收斂性證明比較困難，雖然可以利用馬爾可夫鏈的性質證明在保留最優值情況下，遺傳算法可以收斂到全局最優解，但是對其收斂速率估計是當前需要深入研究和討論的問題。因為它能從理論上對遺傳算法的任何修正形式提供評判標準，指明改進算法性能的正確方向。另外，利用馬爾可夫鏈分析對遺傳算法的具體應用和參數設計所提供的指導信息非常少。如何選擇遺傳算法的參數，才一能得到最優結果，到目前還沒有理論指導。以上這兩個方面還需要尋求更有效的分析手段和嚴格的數學證明。

作為一種搜索算法，遺傳算法通過對編碼、適應度函數、復制、交叉和變異等主要操作的適當設計和運行后，可以做到兼顧全局搜索和局部搜索的特點。然而，遺傳算法雖然可以實現均衡搜索，并在許多復雜問題的求解中表現很好的效果，但是該算法的全局收斂性的理論分析尚待解決。簡單遺傳算法并不能保證全局最優收斂，即出現通常所說的早熟現象或者根本不收斂。導致GA早熟的原因可以歸結為以下幾個方面: 1 群體規模:群體規模與很多因素有關。當群體規模太小時，造成有效等位基因先天缺失，即使采用較大概率的變異操作數，生成具有競爭力的高階模式的可能性還是較小，況且大概率變異算法對己有模式的破壞作用顯著增大。同時，由于GA操作數存在著隨機誤差，即模式采樣誤差，妨礙小群體中有效模式的正確傳播，因而使得群體進化不能按模式定理產生所預測的期望數量。當群體規模太大時，又造成計算量急劇增大。選擇壓力:當群體中的最優個體期望抽樣較大時，個體的選擇壓力太大，導致群體的多樣性迅速減低;相反，當群體的最優個體期望抽樣較小，個體的選擇太小，導致模式競爭減弱，遺傳操作數重組生成高階模式的能力降低，也會出現進化停滯現象。變異概率:當變異概率比較小時，群體多樣性下降太快，容易導致有效基因的迅速丟失且難以恢復;當變異概率比較大時，盡管群體多樣性可以保持在較高的水平，但是高階模式被破壞的概率也隨之增大。適應函數性質:當適應函數高度非線性，染色體基因位之間高度相關，有效模式更容易被破壞，或者當最優解附近為非常平緩的超平面時，高階競爭模式適應度值之間的差異非常小，在適應度值比較選擇方式下的模式競爭激烈，導致當前最佳個體適應度值的改進出現停滯。

5群體初始化:初始群體分布在編碼空間的局部區域，導致GA的搜索范圍受到限制。參數區間設定:如果編碼空間選擇不當，即最優參數落在區間之外，則無論如何尋優，也是無法找到全局最優解的。

針對上述情況，需要在編碼方式、適應度函數的選擇和遺傳操作操作數的設計等方面對GA進行改進，從而抑制早熟現象的發生。SGA由于算法簡單，實現容易，因而目前己得到廣泛應用，但有理論證明，SGA在任意初始化，任意交叉操作數以及任意適應度函數下，無法收斂到全局最優解，而通過改進的遺傳算法卻能夠最終收斂到全局最優解。

５模糊控制方法

5.1模糊邏輯技術的研究現狀與特點

美國著名控制論學者L.A.查德(Zadeh)教授在20世紀60年代初期認為經典控制論過于強調精確性而無法處理復雜的系統，他認為“在處理生物系統時，需要一種徹底不同的數學一一關于模糊量的數學，該數學不能用概率分布來描述”，他的這些思想形成了模糊集合理論，并于1965年發表了《Fuzzyset》這一開創性論文，為處理客觀世界中存在的模糊性問題提供了有力的工具。20世紀60年代后期，許多新的模糊方法被提出，如Zadeh于1968年提出了模糊算法的概念，1970年提出了模糊決策等，并于1973年發表了另一篇開創性的文章《分析復雜系統和決策過程的新方法綱要》，該論文建立了研究模糊控制的基礎理論，在引入語言變量的概念的基礎上，提出了用工F一THEN的規則來量化人類的知識。在1975年英國的馬丹尼(Mamdani)創立了模糊控制器的基本框架，并將模糊控制用于控制蒸汽機〔24’，發現模糊控制器非常易于構造且運作效果較好，他們的研究成果發表在文章《帶有模糊邏輯控制器的語言合成實驗》中。進入20世紀80年代初這一領域進展緩慢，沒有新的概念和方法被提出，到90年代初有許多的模糊產品大量出現，因此可說實踐是模糊系統和模糊控制理論發展的驅動力。我國的模糊控制理論及其應用研究工作是從20世紀70年代開始的，至今快有30年的時間，大多數是在一些著名的高校和研究所中進行的理論研究，如對模糊控制系統的結構，模糊推理算法，自學習和自組織模糊控制器，以及模糊控制穩定性等問題的研究。其成果應用主要集中于工業爐窯方面，如退火爐、電弧冶煉爐、水泥窯以及造紙機的控制等。

5.1.1模糊控制理論應用的進展

1965年美國加利福尼亞大學的L.A.Zadeh教授創建模糊集理論來描述模事物。

1974年英國的E.H.Mandani首先利用模糊控制語句組成模糊控制器。并功地將模糊控制應用于鍋爐和蒸汽機控制，這一開拓性的工作，標志著模糊制理論的誕生。

1975年，英國的Fing及Mandani利用模糊控制器控制一個反應爐攪拌池溫度，并獲得成功。

1976年，荷蘭Kichert等研究了熱水站的模糊控制，使這個用傳統方法難以進行控制的多變量非線性對象實現了穩定可靠的運行。丹麥Storgard利用模糊控制器對雙輸入雙輸出的熱交換過程進行了模糊控制，英國學者Tong對壓力容器內部的壓力和液位進行了模糊控制，也得到了傳統控制方法難以達到的控制效果。

1979年，英國的PappiS利用模糊控制對十字路口的交通管理進行試驗，取得了成功。

1985年，世界上第一塊模糊邏輯芯片在美國著名的貝爾實驗室問世，這是模糊技術走向實用化的又一里程碑。

1990年來以來，模糊控制的應用得到了進一步的推廣，模糊家電開始出現在我們的日常生活中。

雖然模糊理論的提出只有短短30多年的時間，但其發展速度卻十分的驚人。大量對模糊理論進行研究的文獻論文不斷發表，并且數量呈幾何趨勢增長。這充分體現了模糊理論的發展速度[25]，而且顯示了模糊控制理論巨大的發展潛力。隨著科學技術的不斷進步，自動控制系統被控對象也朝著復雜化的方向發展，主要表現在多輸入一多輸出的強耦合性、參數時變性和嚴重的非線性等特點上。然而就在這樣復雜的多變量、非線性、時變的系統中，對控制質量的要求卻越來越高。正是由于模糊控制具有突出的優點，并且在解決控制系統中的復雜問題上有著特別的優勢，所以對模糊控制理論的深入研究對控制理論的發展來說是十分重要的，并且很有實際意義。

模糊邏輯應用最有效、最廣泛的領域就是模糊控制，它在許多領域成功解決了傳統控制方法無法或難以解決的問題，模糊控制是以人的控制經驗作為控制的知識模型，以模糊集合、模糊語言變量及模糊邏輯推理作為控制算法的數學工具，使用計算機來實現的一種智能控制。模糊控制技術的理論基礎的核心是模糊推理理論。

5.1.2模糊控制技術之所以得到廣泛應用是由于它具有以下一些突出特點: 1.直接采用語言型控制規則，設計中不需要建立被控對象的精確數學模型，使得控制機理與策略易于接受，便于應用。

2.系統語言控制規則具有相對的獨立性，利用這些控制規律間的模糊連結，容易找到折中的選擇，使控制效果優于常規控制器。

3.有利于模擬人工控制的過程和方法，增強控制系統的適應能力，使之具有一定的智慧水平。

4.魯棒性強，干擾和參數變化對控制效果的影響被大大減弱，尤其適合于非線性、時變及純滯后系統的控制。模糊控制理論落后于應用的發展，所以目前模糊控制研究應集中在理論上的挖掘。

模糊控制理論是建立在模糊集合論、模糊語言變量及模糊邏輯推理基礎上的一種計算機數字控制理論。它因在設計系統時不需要建立被控對象精確的數學模型而得到了日益廣泛的應用。模糊控制在研究像倒立擺這樣的高度非線性系統上有很大的優勢。但是，在用模糊控制理論解決倒立擺這樣多變量系統控制問題時，不可避免會遇到規則爆炸(Rule Explosion)問題，本章研究了運用最優控制方法設計融合函數以降低模糊控制器的輸入變量維數，大大減少模糊控制的規則數，成功解決了規則爆炸問題;并研究了量化因子對控制效果的影響，通過設置閾值使量化因子可以自動調節，進而提升了模糊控制器的性能質量。

5.1.3模糊控制相對于常規控制，對于被控對象的非線性和時變性具有一定的適應能力，然而它也存在一定的缺陷: 1.精度不太高。這主要是由于模糊控制表的量化等級有限而造成的，通過增加量化等級數目雖然可以提高精度，但是查詢表將過于龐大，須占用較大空間，使運算時間增加。實際上，如果模糊控制器不引入積分機制，原則上誤差總是存在的。

2.自我調整能力有限。由于量化因子和比例因子是固定的，當對象參數隨環境的變化而變化時，它不能對自己的控制規則進行有效的調整，從而使其良好的性能不能得到充分的發揮。

3.易產生振蕩現象。如果查詢表構造不合理或者量化因子和比例因子選擇不當，都會導致系統振蕩。

5.2模糊控制理論簡介

模糊控制是以模糊集合、模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎的一種計算機數字控制。從線性控制與非線性控制的角度分類，模糊控制是一種非線性控制；從控制器的智慧性看，模糊控制屬于智慧控制的范疇，而且它已經成為目前智慧控制的一種重要而有效的形式[35~36]。

5.2.1模糊控制系統組成

模糊控制屬于計算機數字控制的一種形式，因此，模糊控制系統的組成類似于一般數字控制系統，其框圖如圖4-1所示。

圖5-1 模糊系統框圖

(1)模糊控制器:這是模糊控制系統的核心部分，采用基于模糊控制知識表示和規則推理的語言型“模糊控制器”，這也是模糊控制系統區別于其他自動控制系統的特點所在。

(2)輸入/輸出接口:模糊控制器通過輸入/輸出接口從被控對象獲取數字信號量，并將模糊控制器決策的數字信號經過數模轉換，將其轉變為模擬信號，然后送給被控對象。在I/O接口裝置中，除A/D,D/A轉換外，還包括必要的電平轉換電路。

(3)執行機構:包括交、直流電機，伺服電機，步進電機，氣動調節閥和液壓電動機、液壓閥等。

(4)被控對象:這些被控對象可以是確定的或者模糊的、單變量的或者多變量的、有滯后的或者無滯后的，也可以是線性的或者非線性的，定常的或者時變的，以及具有強耦合和干擾等多種情況。對于那些難以建立精確數學模型的復雜對象，更加適合采用模糊控制。

(5)傳感器:是將被控對象或者各種過程的被控量轉換為電信號(模擬或者數字)的一類裝置。被控制量往往是非電量，如位移、速度、加速度、溫度、壓力、流量、濃度、濕度等。傳感器在模糊控制系統中占有十分重要的地位，它的精度往往直接影響整個控制系統的精度，因此，在選擇傳感器時，應該選擇精度高且穩定性好的傳感器。5.2.2模糊控制器設計的基本方法

圖5-2 模糊系統結構圖

模糊控制系統的核心是模糊控制器(Fuzzy Controller)，其組成見圖5－２模糊控制器一般是可以靠軟件程序設計來實現的，實現模糊控制的一般步驟如下：

(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)進行模糊化和去模糊化；

(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。5.3倒立擺的模糊控制方法簡介

在研究倒立擺這類多變量非線性系統的模糊控制時，一個難題就是規則爆炸(Rule Explosion)，比如一級倒立擺的控制涉及的狀態變量共有4個，每個變量的論域作7個模糊集的模糊劃分，這樣，完備的推理規則庫會包含2401個推理規則；而對于二級倒立擺有6個狀態變量，推理規則會達到117649，顯然如此多的規則是難以實現的。

為了解決這個問題，張乃堯等提出雙死循環的倒立擺模糊控制方案，內環控制倒立擺的角度，外環控制倒立擺的位移[12]。范醒哲等人將這一方法推廣到三級倒立擺控制系統中，并提出兩種模糊串級控制方案，用來解決倒立擺這類多變量系統模糊控制時的規則爆炸問題[37]。Shuliang Lei和Reza Langari應用分級思想將四個狀態變量分成兩個子系統，分別用兩個模糊控制器控制，然后再設計一個上層模糊控制器來協調子系統之間的相互作用[38]。文獻[39,40]提出參變量模糊控制方法解決規則爆炸問題。這種控制器結構如圖4-3所示。

圖5-3 二級倒立擺模糊控制結構

5.4

融合技術和融合函數 5.4.1融合技術

從理論上講，小車位移x以及速度與擺桿角度及擺桿角速度

存在很大的藕合關系。既要將小車運動控制在零點位置范圍內，又要使擺不倒，就要綜合考慮擺桿和小車的力學關系以及各自所處的狀態。對于多因素問題，采用分步處理的方法能簡化問題的解決過程，這一思想可以應用到多輸入模糊控制器的設計過程中。假設要設計高維輸入變量X映像到輸出變量Y的模糊控制器，鑒于直接設計由X到Y的單級模糊控制策略比較困難，因而可以采用多級控制方式，將單一 的模糊控制策略轉化為多級控制策略嵌套:

Y=F2[F1(X)]

(5-1)即先使用算法F1（X）對輸入變量進行初步處理，再利用算法F2（X）根據前級算法的輸出進行控制。如果算法F1（X）的輸出維數小于X的維數，那么算法F2（X）所要完成的控制工作就得到了簡化。可以看出，算法F1（X）利用系統狀態的相關性和輸入信息的可融合性完成了組合、提取問題信息的過程，可稱為“融合函數”。而算法F2（X）實現了根據約簡因素進行模糊推理的功能，可以稱為模糊作用函數。基于信息融合的多輸入模糊控制器設計方法就是通過融合函數進行信息、合并與提取，從而實現控制問題的逐步簡化。融合函數設計

二級倒立擺是典型的多輸入單輸出(MISO)系統，已經得到二級倒立擺系統近似線性狀態方程，因此利用線性系統的輸出信息具有可直接融合的特點，我們構造了一個線性融合函數，把二級倒立擺6維狀態變量融合成綜合誤差E和綜合誤差變化EC。構造融合函數的步驟：

1)利用最優控制理論計算出一組可以讓二級倒立擺系統的線性模型基本穩定的狀態回饋矩陣K 2)利用狀態反饋矩陣K構造融合函數F1(X)3)通過F1(X)把輸入變量X降維，得到綜合誤差E和綜合誤差變化率