毕节学院毕业论文参考2014.4

第一篇：毕节学院毕业论文参考2014.4

毕业论文

题

目：论三线建设与遵义城市发展 学

号：

01141001066 姓

名：

周立

波 教 学 院：

人文学院 专业班级： 历史学2010级本科班 指导教师：

聂宗庆讲师 完成时间： 2014年月日

毕节学院教务处制

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（二）交通建设

遵义市位于贵州省的北部，是黔北重要的经济、军事、政治和文化中心。遵义市地处大娄山腹地，地形地貌极其复杂，复杂的地形不仅给遵义市的交通发展带来了极大的阻碍，而且，也迟缓了遵义与外界的经济文化交流，严重影响了遵义的经济建设和城市发展。1928年遵义才有公路通向外界，随后，交通闭塞的状况逐渐有所改变。解放后，遵义市对城乡道路进行改造，整理混乱的交通秩序，遵义交通事业取得较快发展。但是，现有的交通现状仍然不能满足人们的出行需要，铁路等大规模运输方式还未兴起。而在三线建设期间遵义的交通取得了巨大的飞跃，铁路运输兴起，公路建设规模进一步扩大。

三线建设期间遵义的铁路运输业才开始兴起。1965年10月1日川黔铁路建成通车，“川黔铁路贯穿遵义地区中部，过境里程达186公里，设有25个车站”。2遵义站是主要的客运站，遵义南站为货运站。为了满足三线建设内迁企业的生产建设需求，“遵义市境内共修建了8条铁路专运线，线路总长26公里”3其中主要由2314专用铁道和613专用铁道组成。它们分别由遵义铁合金厂、遵义钛厂、遵义碱厂、贵州钢绳厂和遵义发电厂等专用铁路线组成。川黔铁路大大改变了遵义的交通条件，不但连接了遵义境内的三线企业，而且加大了遵义与外界的沟通与交流。“1989年川黔铁路共完成客运量276.7万人次，货运量375万吨”。4随着遵义铁路交通网的建成，使得遵义市的城市发展迈入一个新的台阶。

川黔铁路建成通车后，为了满足旅客和物质集散的需要，遵义市修建了大量联系火车站的市内公路。1965年修建了董公寺货运站至川黔公路的主干道，同年还修建了市内连接遵义火车站的主要公路——北京路，北京路建成后市政府在公路两侧新建房屋，很快北京路片区迅速兴起为遵义市的新兴商业区。同时，在三线建设期间建成中华路、桃溪路、凤凰路、井冈山路等公路13公里。随着三线建设而新建的一大批公路逐步构建了遵义市城市交通网络体系，大大地扩宽了遵义市的城市建设规模，极大地促进了遵义的城市发展。

（三）高等院校内迁至遵义

大连医学院南迁遵义市。由于遵义交通闭塞、工业基础薄弱、地处少数民 234 《遵义地区交通志》 贵州人民出版社，2002

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族聚居地区，导致了遵义的高等教育起步较晚。抗日战争时期浙江大学为了躲避战乱内迁至遵义。虽然教学条件极其简陋，但是浙江大学仍然坚持在遵义办学。它的内迁也标志着遵义的高等教育正式出现，遵义的高等教育取得初步发展。但是，在抗日战争结束后浙江大学逐步回迁，遵义高等教育也逐渐衰退。1965年，国家卫生部根据三线建设的需要，决定将大连医学院南迁至贵州省遵义市。经过3年多的积极准备，1969年大连医学院开始大规模内迁，“大连医学院内迁时总人数达2636人，其中学院职工432人，附院职工359人，学生429人，其余为职工家属”5。南迁过后不久大连医学院正式更名为遵义医学院。遵义医学院建立之后，积极服务地方医疗事业，建立起了遵义医学院附属医院。同时，遵义医学院开展本科教育，为遵义乃至整个贵州省培养了大批医学专业人才。1972年，遵义医学院开始恢复招生，首批工农兵学员400多名入学。并且，还开设了遵义医学院附属医院卫生学校，专业培养医护人员，为遵义卫生教育长期发展提供了保障。大连医学院南迁至遵义，不仅促进了遵义的高等教育发展，而且还为遵义的医疗事业做出了突出贡献，为遵义培养了一大批扎根基层的高级医务人员，使遵义的科学、卫生、教育、文化等进入一个新的发展阶段。

（四）大量移民人口迁入

遵义位于贵州省北部，境内地形陡峭、崇山峻岭、地理环境封闭，交通极其不便，并且山区面积广大，可耕地面积较少。历史上遵义地区由于交通阻隔、开发较晚逐渐形成了一个相对封闭的区域。“1949年底，遵义市总人口为94200人，其中城区人口为60600人，郊区人口为33600人”6。三线建设期间，由于大批工矿企业、教学单位、军事工业基地迁入遵义，来自全国各地的企业职工也纷纷响应国家号召来到遵义进行三线建设。大批企业职工家属也随之而来，由于外来人口的不断涌入，三线建设期间遵义人口出现机械增长，“1964年至

71967年共迁入81780人，迁出34294人，净增人口47486人”，随后逐年增加。由于三线建设的大量人口增长，外来人口逐渐增多，遵义原来的交通基础设施已经无法满足人口增长的需求。三线建设期间，遵义环形公路两侧由于人口大量增加，逐渐形成闹市区，遵义新建上海路、北京路、中华路等多条公路。三线企业纷纷沿街修建房屋，其中主要有；电子器材公司、航天工业部061基地 567 《贵州省志 教育志》

方志出版社，1998.毕节学院本科毕业论文（设计）

贵州管理局、长征电器厂等单位，遵义的城市建设规模进一步扩大。三线建设期间的大量移民人口迁入使得遵义这个原本少数民族聚居的封闭地区得以和外界进一步的交流。并且迁入人口中的一部分企业职工有过接受过高等教育的经历，从一定程度上改变了遵义的教育结构。移民人口逐渐和当地百姓融为一体给贫困落后的遵义地区带来了新的知识和科学技术。二、三线建设对遵义城市发展的作用与不足

（一）积极作用

1.奠定了遵义的城市工业布局

遵义原有工业基础非常薄弱，在

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条件较好、管理模式先进，不但能够提供企业职工子女入学，而且厂区附近的农民、居民的孩子也能够就读，让遵义更多的孩子能够接受教育，为遵义的教育事业发展做出了积极的贡献。新建的学校其中有遵义航天中学、遵义天仪厂子弟学校、遵义铁合金厂子弟学校、653厂子弟学校、乌江机械所子弟学校等，这些企业职工学校的大量兴建，大大改变了遵义这个落后山区的教育状况，遵义地区更多的贫困孩子能够接受教育，提升了遵义的整体教育实力。

3.打破城乡之间的封闭状态

由于遵义地理环境复杂，交通发展落后，使得遵义逐渐形成为一个少数民族聚居的封闭地区。交通极其不便让这座城市与外界交流的速度十分缓慢。同样，交通不便的巨大障碍也阻止了城市内部城乡之间的自然流动，使得城乡之间的封闭状态十分严重。

三线建设时期，遵义的这种城乡隔绝的状态逐渐被打破。三线建设期间，大批工矿企业以及科技人员、企业职工和管理人员迁往遵义，为遵义建立起现代化水平的经济体系提供了保障。遵义的工业取得了极大的发展，工业化的不断发展也加速了贫困封闭的遵义地区商品经济的发展，城乡之间的自然经济封闭状态逐渐被打破。另外，农村传统的自然经济模式也遭到了巨大的冲击，商品经济的流通发展逐渐强化了城乡之间的经济往来，开始出现大批农村人口向城市转移的现象。农村人口大量涌向城市，使得城乡之间原本封闭的经济模式被逐渐打破。三线建设期间的这种大规模移民不仅仅是改变了城乡之间的经济封闭状态，而且也冲击了遵义封闭的传统文化，提高了遵义当地老百姓的人口素质，让他们有更多的机会了解外面的世界。来自省外的大规模移民到遵义定居逐渐与遵义当地的居民相互交流，相互融合。随着企业职工迁移来到遵义的还有他们的子女，他们的子女逐渐与遵义当地的居民通婚，打破了遵义原来封闭狭小的通婚地域，从一定程度上提高了遵义当地居民的人口素质。

4.推动遵义的城市化发展

遵义是贵州省的

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化进程加快。外来企业渗入，改变了遵义的产业结构，并促进了相关产业的配套发展，增强了遵义的经济实力。生产的不断发展对劳动力的需求，加速了遵义当地农业劳动力的转化和农村人口的转移。人口的大量聚居，生产力的不断发展同时也刺激了遵义的交通、邮电通讯、文化、教育、卫生等各方面的发展，促进了遵义经济和社会的发展，加快了遵义城市化的进程。

（二）存在的问题

三线建设于由它发生于特定的历史时期，虽然对遵义的经济发展、交通建设和城市发展起到了巨大的推动作用，但是，在城市建设过程中也出现了许多的问题。总体来看主要问题包括；城市建设功能分区混乱、城市建设配套设施落后、工厂建设选址过于分散、布局不够合理等问题。

1.城市功能分区混乱

随着三线企业内迁而来的职工家属大多数被就近安置，原本处于封闭落后的遵义，城市建设规模本来就比较狭小，加之大批企业职工和家属的不断迁入，使得整个城市的可容纳人口迅速达到饱和状态。三线企业不得不在修建厂区的同时，修建大量的生活区以容纳企业职工和家属。由于建设时间急促、选址勘探过快等因素，使得三线建设时期的城市功能分区十分混乱。工业区与生活区交错混乱，商业集市与厂区混合。城市生活配套设施也比较落后，由于当时的主要任务是响应国家号召，以“备战”为目的。人们把主要精力集中在工厂的修建上，对于城市新建道路和城市供水设施等问题上有所忽略。三线建设初期，新建城市道路北京路、上海路等道路并没有采取完全硬化，而是在后期才完善所有城市道路。

2．工厂选址过于分散

因为三线建设的历史背景，为了有利于“备战”，在三线建设的工厂选址问题上过分强调“靠山”、“分散”、“隐蔽”，使得三线企业隐蔽太深，企业分布过于分散，企业的生产成本增加。现代企业选址布局一般要考虑交通条件、资源条件等因素，但是，三线建设时期内迁进入遵义的所以企业在选址问题并没有太多考虑这些条件，这就造成了原本应该布置在一起的企业，却相隔甚远。使得资源不能合理利用。三线建设期间国家将大量人力物力投入到了工厂建设上面，一定程度上滞缓了遵义的城市发展。

三、总论

综上所述，三线建设以国家政策为导向，政府行政手段为基础，在我国西

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部地区展开一场“特别”的建设运动。遵义这个西部地区偏僻的城市，正是在三线建设的巨大推力下，变成一个新兴的工业城市。可以说三线建设大大推动了遵义的城市工业布局，奠定了遵义的城市立体交通，促进了遵义的科学、卫生、教育事业的发展。虽然，在建设过程中出现过失误，也暴露出诸多不足之处，但是对于这样一个原本工业基础非常薄弱，交通极其不便的城市而言，借助国家的力量大力推进，对遵义的城市发展的意义无疑是巨大的。

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参考文献

遵义市志编纂委员会.遵义市志[M].北京：中华书局，1998.遵义市志编纂委员会.遵义地区 工业志[M].贵阳：贵州人民出版社，2002 何仁仲.当代中国的贵州 下[M].北京：中国社会科学出版社，1989.贵州省地方志编纂委员会.贵州省志 城乡建设志[M].北京:方志出版社，1998.张凤琦.论三线建设与重庆城市现代化[J].重庆社会科学，2007.刘吕红,阙敏.“三线”建设与四川攀枝花城市的形成[J].唐都学刊,2010(6).杨宗贵.中国人口迁移与城市化研究 贵州卷[M].武汉：华中理工大学出版社，1994.何长风.三线建设在贵州[J].党的生活，2000(5).田姝.三线建设内迁大移民[J].红岩春秋，2006(3).

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致谢

（致谢正文小四号，宋体，首行缩进2个字，两端对齐，行距为固定值22磅。）

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附录

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第二篇：毕节学院毕业论文(设计)模版 2（本站推荐）

毕节学院本(专)科毕业论文(设计)引言

音乐教育是幼儿最好的启蒙教育，它对幼儿的思维活动有着一种强烈的推动力，并影响着幼儿的成长和发展。但考察现实说明，幼儿园音乐教育普遍存在幼儿缺乏学习自主性，很多教师和家长对幼儿音乐教育也存在着片面认识，重视技能和考级，忽略在音乐活动中培养幼儿主动学习和充分利用身体各种感官去感受音乐。对于怎样使幼儿在学习音乐中得到快乐，从而自主地学习？很多家长都相当盲目。所以我选择启蒙音乐教育对幼儿成长的重要性这一论题，并以毕节市幼儿园为例，结合自己对幼儿园启蒙音乐教育现状，阐述音乐教育对幼儿审美意识和审美能力培养以及德、智、体全面发展中所具有的重要作用，提醒家长和教师都要重视启蒙音乐教育对幼儿成长。

姓名：穆雪娇 题目：谈启蒙音乐教育对幼儿成长的重要性——以“毕节市幼儿园”为例

一、幼儿园音乐教育的重要性

（一）幼儿审美意识的培样

启蒙音乐教育作为美育的一种实施方式，在幼儿园教育工作中占着极其重要的地位。通过启蒙音乐教育可以培养幼儿的情感体验和审美感受。音乐作品的艺术美包括旋律美、节奏美、和声美和演唱演奏中的音色美。儿童音乐作品以反映儿童生活中富有情趣的、向上的、健康活泼的思想情绪为，同时表现出这些思想情绪背后所隐藏的称颂、赞扬、关心、同情、鼓舞、帮助等鲜明的态度。启蒙音乐教育不是靠直接的说理,而是以生动感人的艺术形象激励幼儿的感情、给幼儿以启示、发挥其感染教育作用、使幼儿领悟其教育的内涵。譬如:教儿童学唱《一分钱》歌曲的教育意义是进行拾金不昧的品德教育,但是歌曲中没有直接说出拾金不昧的歌词,而是以富有天真纯朴的儿童语气、音调的旋律、愉快的情绪,唱出了小朋友把拾到的一分钱交给警察叔叔，这样的激励情感的教育作用往往比直接说教更深入到人心。在启蒙音乐教育中,无论是进行思想意识、情绪体验、品德行为方面的教育,还是进行知识技能、认识理解方面的教育,都需要通过审美感受的途径来进行。所以说启蒙音乐的教育对陪养幼儿的审美意识有很大的作用。

（二）幼儿审美能力的提高

音乐教育是审美教育的表现形式之一,而审美教育又是音乐教育的核心所在。学生的音乐审美能力非常有限，怎样提高幼儿的音乐审美能力成为摆在音乐教师面前的一个急待解决的问题。本人认为从培养幼儿的音乐审美感知能力、发挥幼儿的音乐审美想象、培养幼儿的音乐审美情感这几个方面入手可以较好地提高学生的音乐审美能力。启蒙音乐教育的主要特点是通过音乐作品给幼儿以情感体验和审美感受，通过启蒙音乐教育这样一条音乐艺术途径,幼儿才来获得美的感受，提高审美能力。幼儿音乐作品以反映儿童生活中富有情趣的、积极向上的、健康活泼的思想情绪为主,同时表现出这些思想情绪背后所隐藏的称颂、赞扬、关心、同情、鼓舞、帮助等鲜明的态度。启蒙音乐教育不是靠直接的说理,而是以生动感人的艺术形象激励儿童的感情,给幼儿以启示和发挥感染作用，领悟其教育内涵。幼儿在学习音乐后对事物的审美能力也在潜移默化中得到提高。

二、毕节市幼儿园音乐教育的现状

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（一）幼儿音乐教育教师配备不足

现实幼儿音乐教学中，幼儿园教学环境及音乐教学活动的开展都存在诸多不足之处。要改善幼儿园音乐教育现状，需要完善师资队伍。在实习期间，本人通过对毕节市幼儿园的了解，发现音乐教育的管理机构和管理队伍仍不健全，音乐课开课率不平衡，有的还很低，音乐师资缺额大，教师素质以及学历达标率和岗位合格率低，对音乐教育的重视往往只停留在口头上，真正的投入少，整体上教学设备欠缺，对音乐教育的认识不全面，好多教师都不是幼儿音乐专业的，也没有经过很好的陪训，她们都是其他学科的教师，只是可以代下音乐课，对音乐知识的了解还大大的欠缺，对于音乐课也不太重视。对幼儿音乐教育的特点和目标方面还有些欠缺。对于怎样引导幼儿学习音乐，培养幼儿学习音乐的兴趣也没有做到位。因此这就导致音乐课教学形式单

一、气氛不够活跃，教学内容不够科学，也导致学生失去对音乐课的兴趣。另外，大多数学校对教师的考核过于主次两极分化，像教语文数学这样所谓的“正科”一般考核的分数远远多于音乐教师，所以作为音乐老师的我们当然也就没有多少成绩。通过这些了解，我觉得对幼儿音乐教育必须配备专业教师，要大量扩充完善幼儿音乐教师队伍，更好地做好幼儿园的音乐教育，进一步加强引导幼儿学习音乐，培养幼儿学习音乐的兴趣，要让小朋友们感知音乐、认识音乐，从而更好地学习音乐。

（二）教学器材、设备不完善

本人在实习期间对毕节市幼儿园进行了了解，发现幼儿园音乐教具方面存在着不足。特别是规模较小的幼儿园，除了电子琴外什么乐器都没有。都说教具就像教师手里的魔术棒，发挥的淋漓尽致则有效果事半功倍的效果，反之则没有任何意义，而且还会使孩子产生抵触情绪。因此，选择具有生动新颖的教具对孩子具有吸引力，这将对启蒙音乐教育工作的开展具有重要的意义。学校还要加大教育投入，修建专门的音乐教室，招聘专门的音乐教师，配备各种各样的音乐器材。对于有的幼儿园教材内容呆板情况也该纠正，我们都知道幼儿对新鲜事物较感兴趣。如果教材内容呆板，孩子们会表现出的漠不关心的样子和淡然情绪。这种模式会削弱幼儿对音乐的探索性和创作性；对于教育经费的不足，导致幼儿园没有固定的音乐教室或多媒体音乐教室，有的幼儿园缺少音乐教学所必需的多种教学设备和相应的音响、音像资料甚至连音乐教材的配套磁带都没有。因此有些专职

姓名：穆雪娇 题目：谈启蒙音乐教育对幼儿成长的重要性——以“毕节市幼儿园”为例

音乐老师也会因为教学设备不完善而感到“巧妇难为无米之炊”，也影响了音乐课的教学质量和教学效果。而有的幼儿园由于对音乐教学的不重视，即使有音乐教学设备也并未真正用于日常教学中，只是为了应付上级检查评比。这些欠缺都严重制约了音乐教学的开展。因此，在教材的内容上下功夫是幼儿音乐教育工作中的一个重要环节。教具的完美使用可以让教师在启蒙音乐教育中达到事半功倍的效果。

（三）片面强调考级

在毕节市幼儿音乐教育中，大多数教师忽视启蒙音乐教育的重要性和审美能力的培养，片面重视技能的学习。当然，教师对幼儿音乐技能的培训在教学实践中固然重要，但更重要的是在音乐教育中如何让幼儿通过体会音乐的节奏、旋律、音色的同时获得快乐。把快乐辐射到音乐教育的各个环节之中去。使审美教育在循环反复中得以提高和发展。从而提高幼儿的心理审美素质。例如：演奏《泉水叮咚响》时，一般来讲教师就是让孩子简单唱唱《泉水叮咚响》这首歌曲，没有依靠曲目的音调、节奏来吸引他们对音乐的浓厚兴趣。其实，我们可以用一个水壶装上水放到教桌上，再用吸管吸上水，从很高的位置往水壶里滴水。同时让孩子们闭上眼睛仔细去聆听水壶里发出的“叮咚”声，引导他们去想像这个声音发出时歌曲里面的环境，声音之间的快感和音符，然后再叫他们去模仿这个声音，去幻想在这个幽静的环境之下音乐所辐射出的内涵和潜在的微妙感觉，这样会使启蒙音乐教育内容更丰富、得体。幼儿在上音乐课的同时也真正得到了快乐。

三、解决与对策

(一)重视音乐兴趣的培养

幼儿音乐教育的目的是挖掘和发展人自身潜在的音乐素质和能力，负有培养幼儿对音乐的兴趣、爱好，萌发幼儿初步地感受美、表现美的重要使命。爱因斯坦说过：“兴趣是最好的老师。”因为幼儿对音乐有了兴趣，学起来就积极主动，情绪愉快，在活动中才富有想象力、有主动性、创造性，达到愉悦幼儿的身心，发展幼儿智力的效果。兴趣是从事任何工作都需要的积极心理因素，心理学家布鲁纳认为，“学习最好的动机乃是对所学材料本身产生兴趣。”只有在幼儿有着浓厚的学习兴趣和强烈的求知欲时才会主动学习。在启蒙音乐教育中，老师要不断

毕节学院本(专)科毕业论文(设计)地引导和启发幼儿学习音乐，利用音乐娱乐性特点引导幼儿在玩中学，乐中学，把音乐教育寓于愉快的音乐感受和音乐表演之中，通过听、说、唱，想把幼儿的简单情趣和表现引向求知的乐趣之上。千万不要把音乐课上成枯燥的“唱歌课”。兴趣是人们与音乐保持密切联系，享受音乐并美化人生的前提。因此，激发学生的学习兴趣，是促使幼儿学习音乐的重要保证。

音乐的教学，不仅要让幼儿靠听觉去感知音乐的各种表现手段和表达的内容，而且也可以让幼儿在游戏中亲自参与，在音乐实践中直接感知，体验，获得相应的音乐知识、技能。游戏是幼儿的一种需要，它给幼儿带来快乐和满足。因此，在设计音乐活动时，做到既考虑小班幼儿的年龄特点，又将趣味性、情节性贯穿于活动之中。我们要及时发现幼儿对音乐的兴趣，培养、激发幼儿对音乐的兴趣，保护幼儿兴趣的萌芽，发挥思维优势，引起学习兴趣，创造条件不断地给予满足，丰富的教学形式，保持学习兴趣，提供多种渠道，培养幼儿的音乐兴趣。幼儿有了兴趣以后，幼儿就会主动参与音乐活动，在活动中不仅培养了幼儿的音乐兴趣，还培养了幼儿的感受美、表现美，而且幼儿还获得了相应的音乐知识和技能！

(二)重视语言与音乐教育的有机结合

音乐和语言有着非常密切的关系，一首活泼、动听的歌曲往往就是一首首好的诗歌；一首首优美、诙谐的乐曲都好象讲述着一个个有趣的故事。启蒙音乐教育不仅能培养幼儿的音乐素质，还能全面促进幼儿身心和协发展，在成长中能够善谈，防止自闭。在这其中，语言起着至关重要的作用，语言是开展音乐教育的重要保证，我们应该寓语言于音乐教育之中。在进行音乐教育时，要有意识地去培养幼儿的语言能力。在幼儿听一首歌曲或乐曲后，教师应及时鼓励幼儿讲讲自己的感受和对作品的理解。这样，既增加了幼儿表达的机会，又满足了他们表达的愿望，也提高了他们的语言能力。如：欣赏二胡曲“赛马”当幼儿初步感受了音乐所描绘的节日赛马的欢快、热烈的景象后，让幼儿根据音乐进行自编故事，互相讲述，这就给幼儿创造了一个想象的空间和说话的语境，幼儿凭借自己对音乐的感受和理解编出自己喜欢的小故事。在提升语言的同时也促进了启蒙音乐的学习。

（三）重视音乐教育与心理教育的完美结合

每一个儿童的心理都存在着多样性，尽管其中有些的倾向性，但每一个孩

姓名：穆雪娇 题目：谈启蒙音乐教育对幼儿成长的重要性——以“毕节市幼儿园”为例

子都是独一无二的。启蒙音乐教育是一种情感的艺术，它有愉悦身心、调整情绪的作用，作为启蒙音乐教师一定要引导儿童欣赏活动，做到因材施教，实现音乐的内在感召力。

实际上，传统的音乐教育内容中本来就有着各种形式的有关心理健康的东西。启蒙音乐教育与儿童心理教育有机的结合在一起是二者有效统一于儿童教育过程的前提条件。从这个意义上讲，教师除了具有一定的音乐知识和技能外，还要具备为每一个孩子进行心理健康教育的能力，具备丰富的心理学知识，了解儿童身心发展的规律，关心幼儿和熟悉每一个孩子、能针对每一个孩子的症状了解和分析，较好的把心理健康和音乐教学有机的融合在一起。使心理教育和音乐教育真正的融合。

（四）重视幼儿音乐教师综合素质的提高

要改善幼儿园音乐教育现状，需要完善音乐教学设备与师资队伍的同时不断提高幼儿音乐教师的专业能力和综合素质。在教学活动中，教师角色多种多样，分别有传道者角色、授业解惑的角色、示范者角色、管理者角色、朋友角色、研究者角色，这些角色要求教师不仅仅要维持班级纪律,帮助幼儿解决学习上的疑惑，还有很多方面都要重视。幼儿希望和教师成为朋友，教师的行为都潜移默化地影响着幼儿，教学内容的发展也取决于老师的不断反思和学习。作为教师要努力使自己具有良好的音乐理论知识和音乐技能，才能在很好地进行音乐教学活动。更好地引导儿童学习。所以，学校要增加教师培训的机会；在评优选优时音乐教师和其他教师一样受到重视；通过优厚的待遇引进优秀的教师；只有这样重视幼儿音乐教育中教师的关键作用，启蒙音乐教育才能得到良好的发展。

毕节学院本(专)科毕业论文(设计)结语

总之，幼儿音乐教育是对幼儿进行的启蒙教育，它不仅局限于音乐课上，还渗透于日常生活中。学校要加大投资力度，在教学器材方面尽量使教具完善；在音乐教师方面提高报酬，从而多多引进音乐人才；在音乐素质方面增加教师培训的机会，提升教师的素质；在教学方面教师要采用生动活泼的教学内容和形式，创造多样化的环境培养和发展幼儿对音乐的兴趣；在家庭教育方面改正片面重视考级的错误思想；只有内外结合的全面做到位，幼儿在音乐活动中才能通过感受、体验、想象和表现获得身心发展。在良好的启蒙音乐教育下健健康康地成长。

姓名：穆雪娇 题目：谈启蒙音乐教育对幼儿成长的重要性——以“毕节市幼儿园”为例

参 考 文 献

[2]黄仁颂.早期教育[J].（教师版），2011(2).[3]魏朦.关于我国农村学前教育的思考[J].2011(23).[4]朱家雄.幼儿园教师参考用书[M].上海：长江文艺出版2005(20).[5]杨勇.我省学前教育面临的形势和任务[J].山东教育，2011(23).[6]崔森.浅谈学前教育生活化[J].成功教育，2011(8).[7]于润洋.西方音乐通史(修订篇)[M].上海.上海音乐出版社，2006(10).[9]毛智屏.内部语言问题[J].齐齐哈尔大学：哲学社会学科报，1980(1)..

毕节学院本(专)科毕业论文(设计)致 谢

几个月的时间里，我终于完成了这篇论文。很感谢我的老师和我的家人，首先，在指导老师的细心教导下我才有信心把这篇论文写好，遇到不懂得问题有指导老师不厌其烦的帮助。其次，是我的家人给了我很好的学习环境，给予我生活上点点滴滴的关心，不管遇到什么困难都始终支持着我，如果没有他们的关心和照顾，我就不会顺利地把这篇论文写完，我在此由衷地说声谢谢！

由于本人能力有限，学习经验中也有很多的不足，望各位老师可以提出宝贵的建议，我将会感激不尽！

第三篇：2013毕节学院干部选拔

2013毕节学院干部选拔、培训方案

第一条总则

为认真贯彻执行毕节学院学院党政工作路线、方针、政策，建立科学规范的学生干部选拔任用制度，形成富有生机与活力、有利于优秀人才脱颖而出的选人用人机制，不断提高干部队伍素质，建设一支富有执行力、战斗力、活力的干部队伍，保证我院学生工作的顺利进行，根据我院团委会章程和规定，制定本条例。

第二条选拔任用条件

校团委学生干部是学生会的领导者和组织者,要求整体素质高于一般的学生。是实行校规章制度的带头人,是日常学习生活的排头兵。各个学院应把优秀的学生干部选送到校团委会中来竞选委员。在选拨、任用学生干部的过程中，应具备下列条件：

（一）有坚定的政治立场和较强的政治素养，认真学习马克思列宁主义、毛泽东思想和邓小平理论，以及“三个代表的重要思想”，能够用马克思主义的立场、观点、方法分析和解决实际问题。

（二）熟悉学生工作的规律和原则，坚持实事求是，认真调查研究，具有较强的组织领导能力。自觉坚持党的民主集中制原则，作风民主，工作责任心强，勤奋敬业，开拓创新，工作实绩突出以服从上级领导组织安排为工作要求，必须认真贯彻执行上级组织集体决议。

（三）有全局观念，善于团结同学，包括团结与自己有不同意见的同学一道学习、工作、生活。

（四）正确行使工作职权，严以律己，坚持一切从同学中来到同学中

去的群众路线，反对办事务虚之风，讲实话、办实事、求实效，切实做到全心全意为同学服务。

（五）团结同学，把自己看成一名普通的学生，遇事同本部门本班级同学商量，集思广义，博采众人之长。

（六）学生委员乐意欢迎学生监督，接受学生举报，经有关部门核准，确有违章、违纪行为，由常委会讨论给出意见后，可劝其主动申请免去所任职务。

第三条 本条例适用范围、校团委会委员（副部级以上）干部选拔与任免，参照本条例；

第四条选拔任用纪律

选拔过程中要始终遵守公平公开公正的原则。

(一)不准在选举中有违反校纪、校规等现象。

(二)不准在学生干部考察工作中隐瞒歪曲事实真相，或者泄露酝酿、恶意讨论干部任免的情况。

(三)不准在干部选拔工作中任人唯亲，封官许愿，营私舞弊，搞选位站队，搞一堂言，以及打击报复。

第五条 选拔任用程序

（一）团委会学生干部的选拔聘用，均需按照自我报名或民主推荐、自荐形式报名，举行公开竞聘演说，接受校团委委员会委员的考核考察，并由学生会委员集体通讨论、投票通过。

（二）团委学生副书记、学生会主席团成员、委员的选拔任用，须经常委会讨论通过提名，并组成由至少一名常委组成的干部考察小组，对提名人进行工作能力、民主评议、学习情况、老师及领导评议等方面的人事考察，并形成考察报告，报常委会讨论决定任免，常委会通过主席团成员、委员任免案后，报团委书记审批通过；或参照学代会有关章程执行主席团成员、委员的竞选选拔。

（三）学生会常委的选拔任用，须经原常委会讨论提名并上报团委书记，对提名人进行考核考察，形成考察报告；公布提名人履历简介，由全体学生会委员投票通过；或参照学代会有关章程执行常委竞选选拔。

（四）学生会干部（常委、主席团成员、委员、理事）的选拔、任用，需在人事考察小组考察前公布干部考察预告公示，接受全体同学的监督和建议；有关干部任免案形成决议并通过任命后，公布干部任命公示，试用期六个月，试用期满经考核合格，正式聘用（聘期一般为一届（一年））。

第六条人事任免

（一）免职及开除

1、经同学实名举报、老师点名、或学生会常务委员会讨论决定对学生会干部进行调查。

2、由至少一名常委组成调查小组对有关部门或个人进行调查，调查过程中，需要到各部门要协助调查，各部门必须全力配合。

3、干部调查工作小组根据组织调查情况，向常委会提交调查报告。

4、调查报告应包括：

1)调查笔录

2)调查内容（自我反省认识、部门评议、调查小组评议）3)调查对象签名 4)调查处理意见

5、委员会理事的免职及开除，由本部门负责人负责，委员以上的干部免职及开除，由常委会对调查报告进行讨论，形成常委会处理意见，上报领导。

6、领导经审批无误后，形成最终任免决议。

（二）辞职

一般不允许学生会干部中途离岗，如有特殊情况要求辞职者，必须在一个月前向学生会常委会提交辞职报告，经学生会常委会讨论后提交意见给领导审批，领导形成决议后方可离任；学生干部在任期内，工作出现严重错误、不可挽回失误的、造成严重不良影响的、民主评议结果极差的，可由常委会讨论劝其辞职。不执行辞职规定的，按开除论处。

（三）调任和降职

1、对于在职部长、副部长，如经常委会讨论投票通过，认为其更适合担任其它职务，可对其进行平调任用。

2、对于在职部长，如工作上出现玩忽职守、推委卸责、不服从上级工作安排、造成较严重工作失误的，经常委会讨论提议全体成员投票表决，可对在职部长进行降职任用，安排在其它委员岗位。

3、鉴于我院学制的特殊情况，对于加入院学生会的正式理事，表现特别突出的，经由民主推荐、部长推荐、常委提名，并通过委员任命程序，可提拔表现突出的在职正式理事。

第七条：处分

委员会干部如有思想问题或生活作风上有问题者，经同学举报，一经查实，视情节重轻，给以警告、严重警告、留职察看、撤职和开除的处分，并公布处理结果。

（一）警告（满足下列条件之一者）：

1、无故缺席各种正式会议一次或迟到三次。

2、工作消极，对安排的工作有意推卸或由于主观原因在工作中造成 失误一次。

3、在委员会工作中，造成负面影响的。

（二）严重警告（满足下列条件之一者）：

1、无故各种正式会议缺席三次或迟到六次。

2、工作消极，对安排的工作有意推卸或在工作中造成失误两次。

3、在委员会工作中，造成不良影响的。

（三）留职察看；

对于符合以下违例条件的委员会干部，给予留职察看处理。

1、人事考核不通过，民主评议、常委评议特别差的。

2、工作态度恶劣，不执行集体决议和工作安排；造成严重工作失误 的。

3、在委员会工作中，造成较严重不良影响的。

4、受留职察看处理的干部，要在委员会内部会议公开批评，并进行为期一个月的思想反省，表现良好或态度仍然消极的，经常委会讨论可恢复其职位或执行撤职处理。

（四）撤职和开除

对于符合以下违例条件的委员会干部，给予撤职或开除处理。

1、委员会委员、常委例会无故缺席三次。

2、工作消极，对安排的工作有意推卸或在工作中造成失误，并造成 严重后果的。

3、违反学生委员会各项制度中任一项累计三次。

4、违反校纪校规，被学校做警告或以上处分。

5、一学期内有不及格达两个学科以上。

6、严重破坏学院、学生委员会声誉。

第四篇：2012毕节学院欢送晚会工作总结

2012毕节学院欢送晚会工作总结

寒来暑往，大四的学长学姐在毕节学院走过了四个春秋，他们对毕节学院有着难以言表的情感。为了让他们在离开毕节学院时能留下美好回忆，我们学院准备了这场毕业生欢送晚会。此次晚会在学院领导、团委老师的高度重视下，校学生会全体干部干事及演员、工作人员的共同努力下取得了圆满的成功。

一、前期准备

文艺部在3月份确定了策划方案，以及晚会主题，并在以后的工作中通过协商最终确定晚会时间，定在了5月10号。

为了办一台真正属于毕业生的欢送晚会，在前期我们针对毕业生和学生干部制作了调查问卷，发到各院征集关于晚会主题和节目形式的意见和建议；针对各院所长，下派节目任务，这样不仅提高了节目质量，也减轻了本部门繁重的节目任务，安排本部干事负责督促节目排练，不断抓细节，提高节目质量；在晚会开始之前，宣传部负责写海报进行了宣传，节目的筛选还进行了多次排练，并在老师的指导下加以改进以提高节目质量；在学生会各部门和团委老师的配合下，各项工作开展井然有序，所有这些都保证了晚会的如期成功举办。

二、工作安排

从本次晚会的策划看，我们总结了历届晚会的经验，具体分出了节目组（文艺部、礼仪部、音乐学院文艺部）、舞台组（宣传部、实践部、礼仪部、音乐学院志愿者部）、外联组（外联部、音乐学院外联部）、礼仪组（礼仪部、女工部）、机动组（生活部、体育部）、采购组（办公室、学习部）、外景组（宣传部、音乐学院宣传部）、保卫组（体育部、学管部）、监督组（学生会副主席、音乐学院副主席、社联负责人），各组组长由各部门部长担任。

三、晚会举办

以灯光秀开场，伴随主持人倒计时“5,4,3,2,1,”，晚会正式开始。

第一篇章——经典荟萃：情景舞蹈《毕业照》结合灯光效果，勾起观众对过去回忆和对未来的想象，奠定了晚会的情感基调；小品《疯狂旅行团》配合演员夸张表现，笑点连连；乐器伴舞《美丽的神话》，把我们带回到了那个曾经风靡一时的“神话热”；独唱《踏歌起舞》，更是让我们领略了“苗家飞出的百灵鸟”的风采。

互动：真情交流之感动瞬间，讲述优秀毕业生先进事迹，配合PPT展示他们的活动照片，让我们了解了他们的生活、学习和工作；优秀毕业生现场发表感言更感人。

第二篇章——青春交响：Poppin、Breaking与肚皮舞的完美结合,加上生活中的场景——2路公交车站牌下的无聊等待，演绎了不一样的《Bus Station》;梁祝爱情人人皆知，但英语戏剧《新梁祝外传》却给我们带来了不一样的精彩，英语演绎加上PPT中文讲解，不一样的剧情更引得观众喝彩；民谣联唱《那些年》选取校园人熟知的歌曲，更能勾起大家对校园生活的美好回忆；穿越剧《宫锁餐厅》给我们带来了多多欢笑的同时，更引起我们对当下社会现状的思考。

互动：真情交流之幸福留言，通过微博平台抽取现场幸运观众，表达对毕业生的祝福。

第三篇章——今宵别梦：手语情景《明天，你好》以一种温馨的形式达到了感人效果；独唱《父亲对我说》，让我们再次感受深沉父爱；情景朗诵《我们毕业了》，描述我们身边的人和事，感人至深；最后以歌伴舞《老师，我想你》结尾，使整场晚会达到了高潮。

四、后续工作

1、工作总结：举办晚会时，全体干部干事各司其职，分工明确，工作认真，使晚会流程顺畅；各演员准备充分，表演时表现出最好的水平；在大家的带领下，观众反应强烈，气氛浓厚，一起把晚会推向最高潮。最后在《老师，我想你》的歌声以及观众的意犹未尽中，毕业生欢送晚会圆满结束。

2、本次晚会表达了我院领导，全院师生对毕业生的真挚祝福和良好祝愿；同时，激励了同学们要珍惜校园时光，勤奋学习，团结友爱，权衡好情感和学业。本次晚会意义颇深，同学们受益良多。

3、晚会不足之处：音响老师没能提前到位，导致晚会开始之前现场混乱；大四毕业生闹情绪，干扰了清场工作；工作人员没有各司其职，导致清场工作出现失误；灯光效果不好，没有达到预定要求；演员席座位不够，演员演出完毕没座位就只能提前离场。。

4、需改进；针对本次晚会出现问题，吸取经验教训。如通知灯光师和音响师提前到位，商量晚会相关事宜；工作人员分工明确，监督人员和工作组组长负起责任；演员席留够座位，避免演员演出完毕没座位等等

5、颁奖；（1）奖项设置一律采用集体奖，不在颁发给个人；（2）除了最佳节目奖、节目优秀奖，首创“最佳工作人员奖”，提高了工作人员工作积极性。

6、虽然在晚会开始之前出现了一些小状况，但总体整场晚会还是比较成功的，赢得了老师和观众同学的认可。

毕节学院校学生会文艺部

2012年5月17日

第五篇：毕业论文4

倒立摆系统的研究现状及发展

1绪论

1.1课题的来源与意义

自动控制自从其产生以来，广泛地应用在工业、农业、交通运输和国防各个方面，凡是控制性能要求较高的场合，都离不开自动控制。倒立摆系统作为研究控制理论的一种典型的实验装置，具有成本低廉，结构简单，物理参数和结构易于调整的优点。然而倒立摆系统本身所具有的高阶次、不稳定、多变量、非线性和强耦合特性，是一个绝对不稳定系统，必须采用十分有效地控制策略才能使之稳定。倒立摆系统是研究变结构控制，非线性控制，目标定位控制，智能控制等控制方法理想的试验平台[1]。

研究倒立摆系统除了较强的理论意义，同时还具有广泛的实践意义。控制理论中许多抽象的概念如稳定性，能控性，快速性和鲁棒性，都可以通过倒立摆系统直观的表现出来，同时其动态过程与人类的行走姿态类似，其平衡与火箭的发射姿态调整类似，因此倒立摆在研究双足机器人直立行走、火箭发射过程的姿态调整和直升机飞行控制领域中有重要的现实意义，相关的科研成果已经应用到航天科技和机器人学等诸多领域。1.2国内外研究现状

对倒立摆的控制研究主要是稳定问题和起摆问题的研究，目前对稳定问题的关注比较多。1.2.1倒立摆稳定问题的研究

倒立摆稳定的研究就是设计控制器使倒立摆系统在稳定点保持稳定，并且在一定限度内的干扰下可以回复到稳定状态。倒立摆系统的最初研究开始于二十世纪50年代，麻省理工学院（MIT）的控制论专家根据火箭发射助推器原理设计出一级倒立摆实验设备。控制目的一般是使摆杆在垂直位置倒立。而后世界各国都将一级倒立摆控制作为验证某种控制理论或方法的典型方案。后来人们参照双足机器人控制问题研制二级倒立摆控制设备。最常见的典型倒立摆有三种：它们是直线型倒立摆，平面型倒立摆，环型倒立摆等，它们是目前国内外广泛采用的模型，这也是研究各种控制算法的基础，分别简述如下:(l)直线型倒立摆

它是最常见倒立摆系统，也称车摆装置，根据目前的研究它又分为1、2、3、4级车摆，典型结构图如图1一1所示，图中以一级车摆为例，它是由可以沿直线导轨运动的小车以及一端固定于小车之上的匀质长杆组成的系统，小车可以通过转动装置由力矩电机、步进电机、直流电机或者交流伺服电机驱动，车的导轨一般有固定的行程，因而小车的运动范围都是受到限制的。

(2)环型倒立摆

环型倒立摆也称摆杆式倒立摆，如图1一1所示，图中以二级为例，一般是由水平放置的摆杆和连在其端接的自由倒摆组成，原理上也可以看成是车摆的轨道为圆轨情况，摆杆是通过传动电机带动旋转的。此摆设计好了可以摆脱普通车摆的行程限制，但是同时带来了一个新的非线性因素:离心力作用。

(3)旋转式倒立摆

环型摆也叫旋转式倒立摆，但是这里的旋转式倒立摆不同于第二种的环型摆，它的摆杆(旋臂)是在竖直平面内旋转的，而环型摆摆杆是在水平面旋转的。

(4)复合倒立摆系列

复合倒立摆为一类新型倒立摆，由运动本体和摆杆组件组成，其运动本体可以很方便的调整成三种模式，一是(2)中所述的环形倒立摆，还可以把本体翻转90度，连杆竖直向下和竖直向上组成托摆和顶摆两

种

形

式的倒

立

摆。

图1-1

各种倒立摆系统

国外对倒立摆系统的研究可以追朔到六十年代，1966年，Scheafer和Cannon应用Bang-Bang控制理论首先将一个曲轴稳定于倒置位置上。在60年代后期，作为一个典型的不稳定、严重的非线性证例提出了倒立摆的概念，并将其用于对一类不稳定、非线性和快速性系统控制能力的检验。由于倒立摆系统的典型性，对它的控制引起了各国科学家的普遍重视，从而使得用多种方法对倒立摆的控制成为具有挑战性的世界性课题。当时主要集中在直线倒立摆系统的线性控制上面。到70年代初，各国学者用状态回馈理论对不同类型的倒立摆控制问题进行了广泛的研究，1976年Morietc[2]发表的研究论文，首先把倒立摆系统在平衡点附近线性化，利用状态空间方法设计比例微分控制器,实现了一级倒立摆的稳定控制。1980年，Furuta etc[3]等人基于线性化方法，实现了二级倒立摆的控制。1984年，Furuta等人首次实现双电机三级倒立摆实物控制[4]。

1984年，Wattes研究了LQR(Linear Quadratic Regulator)法控制倒立摆[5]。LQR方法主要基于系统的线性模型和二次性能指针: J(XTQXuTRu)dt

(1.1)0

实际上是寻找一个最优的状态回馈向量K，从而设计一个最优回馈控制器。Wattes验证了改变权重矩阵可以得到不同的状态回馈向量，从而产生不同的控制效果。

八十年代后期开始，倒立摆系统中的非线性特性得到较多的研究，并且提出了一系列基于非线性分析的控制策略。1992年，Furuta等人[6]提出了倒立摆系统的变结构控制。1995年，Fradkov等人[7]提出的基于无源性的控制。另外Wiklund等人[8]应用基于李亚普诺夫的方法控制了环形一级倒立摆，Yamakita等人[9]给出了环形二级倒立摆的实验结果。

近年来随着智慧控制方法的研究逐渐受到人们的重视，模糊控制、神经网络、拟人智能控制、遗传算法和专家系统等越来越多的智能算法应用到倒立摆系统的控制上。1997年，T.H.Hung等[10]设计了类PI模糊控制器应用于一级倒立摆控制，具有系统结构简单对硬件依赖小的特点。1995年，Li[11]利用两个并行的模糊滑模来分别控制小车和摆杆偏角。1996年张乃尧等[12]采用模糊双死循环控制方案成功地稳定住了一级倒立摆。Deris[13]利用神经网络的自学习能力来整定PID控制器参数。1997年，Gordillo[14]比较了LQR方法和基于遗传算法的控制方法，结论是传统控制方法比遗传算法控制效果更好。1993年，Bouslama[15]利用一个简单的神经网络来学习模糊控制器的输入输出数据，设计了新型控制器。1994年，北京航空航天大学张明廉教授[16]将人工智能与自动控制理论相结合，提出“拟人智慧控制理论”，实现了用单电机控制三级倒立摆实物。北京师范大学李洪兴[17]教授采用变论域自我调整模糊控制理论研究四级倒立摆控制问题，成功实现了四级倒立摆实物系统控制[18]。

对倒立摆这样的一个典型被控对象进行研究，无论在理论上和方法上都具有重要意义。不仅由于其级数增加而产生的控制难度是对人类控制能力的有力挑战，更重要的是实现其控制稳定的过程中不断发现新的控制方法、探索新的控制理论，并进而将新的控制方法应用到更广泛的受控对象中。各种控制理论和方法都可以在这里得以充分实践，并且可以促成相互间的有机结合。随着控制理论的不断向前发展，越来越多的理论被成功运用于倒立摆系统的控制：如基于状态空间极点配置、二次型最优控制[19~21]、基于能量的控制[22]、基于滑模控制的方法[23]、基于模糊逻辑的控制[36~46]、基于神经网络理论[24~25]、模糊逻辑与神经网络相结合的控制[26]、基于遗传算法的控制[27]以及基于遗传算法的神经网络控制[28]等等。常见的控制策略与算法有以下几种：

(1)状态回馈H∞控制方法(2)智慧控制理论的方法(3)鲁棒控制方法 1.2.2起摆问题的研究

倒立摆起摆问题是指设计控制器，能够将摆杆从竖直向下的自然状态摆动到竖直向上的位置。对于倒立摆起摆问题的研究主要方法有能量控制、启发式控制、拟人智慧控制等。

较早研究起摆问题的文献有：1976年，Mori[2]等人提出包含两个控制器，一个控制器用来自起摆，另一个控制器用来使摆杆稳定在平衡态附近。1996年，K.J.Astrom[32]研究了用能量控制策略，实现了一级倒立摆的起摆。

朱江滨等人提出了一种基于专家系统及变步长预测控制的实时非线性控制方法，仿真实现了二级倒立摆的摆起及稳定控制[33]。李祖枢等人利用拟人智慧控制理论研究了二级倒立摆的起摆和控制问题[34]。

目前用于倒立摆起摆的控制方法主要有：能量控制，启发式控制，拟人智慧控制等。

社会化的大生产使工业生产规模越来越大，生产装置越来越复杂，工业对象成为高阶次、非线性、多输入多输出的复杂对象，而且控制精度要求越来越高。这就对控制理论提出了新的更高的要求。倒立摆系统是一个典型的多输入多输出、非线性、高阶次的不稳定系统。研究倒立摆的精确控制对复杂工业对象的控制有着不可估量的工程应用价值。

1.2.3倒立摆控制存在的主要问题

倒立摆系统是一个非线形、不稳定、单输入多输出的多变量系统，对它进行稳定控制，其控制方法大致可分为两类:(1)现代控制理论方法:在非线形模型的平衡点附近对其进行线性化，再根据近似线性模型，设计出控制规律。常见的有状态回馈的极点配置法，二次型性能指针的最优控制和基于非线性观测器的控制方法等。(2)智慧控制方法:其主要特点是不依赖于系统数学模型，通过模拟人的智慧或利用专家的经验较为直接地对倒立摆进行控制。有模糊控制、神经网络控制、规则控制和模糊神经网络控制等。

应用现代控制理论方法设计出的倒立摆的控制规律存在以下几个问题:(1)由于系统本身是一个非线性系统，经过线性化后，所得到的模型与原模型只能在很小的范围内接近，从而限制了系统的稳定范围；(2)对于二级倒立摆系统来说，线性化后得到一个六阶的状态方程，如果采用状态回馈的方法，则必须测量出系统的六个状态变量，由于其中三个速度变量测量起来很困难，这样就必须设计状态观测器，而状态观测器的引入对系统的稳定性和鲁棒性都有一定的不良影响；(3)倒立摆系统是一个灵敏度很高、变化很快的系统，要求控制器有很决的响应速度。据计算倒立摆系统的采样周期应在5ms左右，因此，不能进行在线控制规律的适应性调整，也就是说，只能预先根据系统模型求出一个不变的控制规律固定在控制器中，这样就对系统的模型精度要求很高。而模型参数中的一些非线性因素是容易变化的，例如转动摩擦系数，水平摩擦系数及皮带的滞后，使基于模型的控制规律难以严格符合系统实际模型，这会导致系统的鲁棒性和稳定性较差。智慧控制可以部分地解决上述问题。首先智能控制不依赖系统数学模型，所以就不存在因简化模型所带来的稳定范围减小的问题。其次智慧控制规律的建立并不以预先确定的系统模型为基础的，而是基于专家的经验或人们的常识，只要该经验或常识基本反映系统的特性，那么被控对象的参数变化对控制系统的收敛问题的影响就很小。最后，智能控制规律的修改要方便得多，要修改基于数学模型的控制规律，整个算法结构都得变动，而修改智能控制中的规则只需修改某一或某几个规则，便可达到修改的目的。因此，智能控制系统维护起来较为简单易行，其稳定性和鲁棒性较好。

另外，倒立摆在实现方面还需要解决许多具体控制问题，如传感器的线性度执行电机的死区、外围电路的零点漂移、信号采集的速度和精度等问题，这些问题的解决是成功地稳定倒立摆的关键。

2倒立摆系统数学模型

系统建模可以分为两种：机理建模和实验建模。实验建模就是通过在研究对象上加上一系列的研究者事先确定的输入信号，激励研究对象并通过传感器检测其可观测的输出，应用数学手段建立起系统的输入－输出关系。这里面包括输入信号的设计选取，输出信号的精确检测，数学算法的研究等等内容。机理建模就是在了解研究对象的运动规律基础上，通过物理、化学的知识和数学手段建立起系统内部的输入－状态关系。

对于倒立摆系统，由于其本身是自不稳定的系统，实验建模存在一定的困难。但是忽略掉一些次要的因素后，倒立摆系统就是一个典型的运动的刚体系统，可以在惯性坐标系内应用经典力学理论建立系统的动力学方程。下面我们采用其中的牛顿－欧拉方法和拉格朗日方法分别建立直线型一级倒立摆系统的数学模型。采用拉格朗日法建立二级倒立摆系统的数学模型。2.1直线一级倒立摆的数学模型 2.1.1运动方程的推导 2.1.1.1牛顿力学方法

在忽略了空气阻力和各种摩擦之后，可将直线一级倒立摆系统抽象成小车和匀质杆组成的系统，如图2-1所示。

图2.1 直线一级倒立摆模型 为了建立倒立摆系统的数学模型，做以下假设： M小车品质 m摆杆品质 b小车摩擦系数

l摆杆转动轴心到杆质心的长度 I摆杆惯量 F加在小车上的力 x小车位置

图2-2和2-3是系统中小车和摆杆的受力分析图。其中，N和P为小车与摆杆相互作用力的水平和垂直方向的分量。

在实际倒立摆系统中检测和执行装置的正负方向已经完全确定，因而向量方向定义如图2-2所示，图示方向为向量正方向。

分析小车水平方向所受的合力，可以得到以下方程：

FbxN

(2.1)Mx由摆杆水平方向的受力进行分析可以得到下面等式：

d2Nm2(xlsin)

(2.2)dt把这个等式代入式(2.1)中，就得到系统的第一个运动方程

cosml2sin

mlNmx

(2.3)即 cosml2sinF

（2.4）bxml(Mm)x为了推出系统的第二个运动方程，对摆杆垂直方向上的合力进行分析，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)，约去P和N，得到第二个运动方程

(Iml2)mglsinmlxcos

（2.8）线性化后两个运动方程如下

(Iml2)mglmlx

(Mm)xbxmlu

（2.9）对(2.9)进行拉普拉斯变换，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假设初始条件为0。

由于输出为角度，求解方程组的第一个方程，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，则有

到

(s)ml

(2.13)22V(s)(Iml)smgl把上式(2.13)代入方程组(2.10)的第二个方程，得到

(Iml2)g(Iml2)g2U(s)(Mm)[](s)sb[2](s)sml(s)s2mlsmls

（2.14)

整理后得到传递函数

ml2s(s)q

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

设系统状态空间方程为

AXBuXYCXDu

(2.16)方程组(2.16)对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）

整理后得到系统状态空间方程 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对于质量分布均匀的摆杆有

I12ml

(2.20)3由式(2.9)的第一个方程可以得到

3g3

(2.21)x4l4l,u',,,则有 设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对单级倒立摆系统建模。拉格朗日方程为

)T(q,q)V(q,q)

L(q,q

（2.24）

其中L为拉格朗日操作数,q为系统的广义坐标，T为系统的动能，V为系统的势能

dLLfi

（2.25）iqidtq其中i1,2,3n，fi为系统在第i个广义坐标上的外力，在一级倒立摆系统中，系统的广义坐标有二个广义坐标，分别为x,。

首先计算系统的动能

TTMTm

（2.26）

其中TM,Tm分别为小车和摆杆1的动能 小车的动能

TM1（2.27）Mx2摆杆的动能

Tm

(2.28)TmTm其中Tm,Tm分别为摆杆的平动动能和转动动能。设以下变数：

Xpend------摆杆质心横坐标 Ypend------摆杆质心纵坐标

则有

xpendlsin

(2.29)ypendlcos摆杆的平动动能和转动动能分别为

221dxpenddypendTmm2dtdt

(2.30)121ml22TmJp226于是有摆杆的总动能

221221dxpenddypend

（2.31）mlTMmTMTM2dtdt6系统的势能为

VVmmgypendmglcos

（2.32）

由于系统在φ广义坐标下没有外力，所以有

dLL0

（2.33）dt对直线一级倒立摆，系统的状态变量为：求解状态方程：

AXBuX(2.34)yCXDu

则有

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顿力学方法得到的状态方程是相同的，不同之处在于，输入u′为小车的加速度x′，而输入u为外界给小车施加的力，对于不同的输入，系统的状态方程不一样，对比较简单的直线一级倒立摆，利用牛顿力学的方法计算比较方便和快捷，但对于多级倒立摆，利用拉格朗日方法程序设计计算会比较方便。

二级倒立摆系统数学模型 二级倒立摆系统结构

二级倒立摆系统如图所示。二级倒立摆装置由沿导轨运动的小车和通过转轴固定在小车上的摆体组成。在轨道一端装有用来测量小车位移的光电编码器。摆体与小车之间、摆体与摆体之间由转轴连接，并在连接处有2个光电编码器分别用来测量一级摆和二级摆的角度。一摆、二摆可以绕各自的转轴在水平导轨所在的铅垂面内自由转动而小车则由交流伺服电机、皮带轮、传动带带动在水平导轨上左右运动，从而使倒立摆稳定在竖直位置并且可以沿着导轨倒立行走。

二级倒立摆系统的微分方程

本文采用分析力学中的Lagrange方程建立二级倒立摆系统的微分方程。

首先，对系统作如下假设: 1)小车、一级摆杆和二级摆杆都是刚体。2)皮带轮与皮带间无相对滑动，皮带不能拉伸变长。3)小车与导轨之间的摩擦力与小车速度成正比。

4)各级摆杆与转轴间的转动摩擦力矩与摆杆的角速度成正比。数学模型推导: a)系统总动能:TT0T1T2



2小车的动能:T0m0r22121ddT1J11m1(rl1sin1)(l1cos1)一级摆动能：22dtdt

12lsin2

l1cos1

J112m1r111121212二级摆动

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)系统总势能：V=V0+V1+V2

小车势能：V00，一级摆势能：V1m1gl1cos1

二级摆势能：V2m2g(L1cos1l2cos2)； C）系统总耗散能：DD0D1D2，小车耗散能：D012，f0r21一级摆耗散能：D1f121

221二级摆耗散能：D2f221;

2由Lagrange函数和Lagrange函数 设（2.36）

q11时：

q22时：

dLLD0

（2.37）dt111dLLD0

（2.38）dt222q0r时：

dLLDu

dtrrr将L=T一v和D代入式(2一36)、式(2一37)、式(2一38)，并进行化简的到:

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根据上面3个微分方程式 rH11,21H21,2,1,22r1h31,2h0u 2（mohu）

……………………………………………………………….3神经网络控制

3.1神经网络发展现状

人工神经网络(ArtificialNeuralNctwork，ANN)是80年代之后迅速发展起来的一门新兴学科。它是模仿生物神经系统的信息传递和反射功能来获得处理事物的一种“智能”信息处理系统。人工神经网络从理论探索到进入大规模工程实用阶段，到现在也只有短短10多年的时间。

美国神经网络学家HechtNielsen曾为人工神经网络给出以下定义:人工神经网络是由多个非常简单的处理单元彼此按某种方式连接而成的计算机系统，该系统是靠其状态对外部输入信息的动态响应来处理信息的。可见人工神经网络的信息处理功能是依靠计算机的强大处理能力来实现的，但它又不同于一般的计算机系统。它没有预先确定的、串行的运算操作，也没有确定的内存。它由许多互连的简单处理单元组成，学习达到平衡后，由各个神经元的权值组成的整个网络的分布状态，就是所求的结果。网络学习的过程也就是各神经元权值的调整过程[]。

1958年美国计算机学家罗森布拉特(FrallkRosenblatt)提出了一种具有三层网络特性的神经网络结构，称为“感知机”(PercePtion)，这或许是世界上第一个真正优秀的人工神经网络。在此以后的一段时间内，神经网络引进了许多人的兴趣，同时也引起了很大的争议。1969年，美国著名人工智能学者Minsky和PaPert写了一本评论人工神经网络的书《感知机》(PercePtion)。称感知机不能解决“阂值”这一问题，这本书引起了人们对60年代后期神经网络发展面临过热现象的争议。此书的发表为刚燃起的人工神经网络之火，泼了一大盆冷水。加以那时人工智能以功能模拟为目标的另一分支出现了转机，产生了以知识信息处理为基础的知识工程，给人工智能从实验室走向实用带来了希望。这使神经网络的研究进入低潮时期。

70年代后期，在人的智慧行为机器再现上，由于传统模型距离人类自身的真实模型较远，表现出了极大的局限性。对于那些还找不到有效计算方法和明确的计算方法的问题，如:在人工智能、模糊识别、动力学过程模拟等方面，就碰到了有限时间和空间的障碍，对于人脑所具有的直觉感知、创造性思维、联想功能等，这些迫使人工智能和计算机科学家必须另外寻找发展智能计算机的途径，并把注意力重新转向人脑的信息处理模式。难能可贵的是，在此期间，仍由不少学者在极端艰苦的条件下致力于人工神经网络研究。

1982年，Hopfield将人工神经网络成功地应用在组合优化问题，提出了HNN模型从而有力地推动了神经网络的研究。他引入了“计算能量函数”的概念，给出了网络定性判据。它的电子电路实现为神经计算机的研究奠定了基础，同时开拓了神经网络于联想—记忆和优化计算的新途径。1985年，Rumelhart提出了误差反向传播算法，即BP算法，把学习的结果回馈到中间层的隐含单元，改变它们的权系数矩阵，从而到预期的学习目的，它是至今为止最普遍的网络。这一算法的出现，使神经网络获得一个比较实用和有效的训练方法。由于它具有节后化、全息性、鲁棒性、并行性、非线性等突出的特点，在许多领域如工况监测和控制、故障诊断、结构分析、高智商机械设计、多传感器信息集成和融合、系统识别与智能控制、制造过程中作业计划的优化等面得到了成功的应用[9][10]。它的应用和发展不但会推动神经动力学本身，而且将影响一代计算机的设计原理，有可能为新一代计算机和人工智能开辟一条崭新的途径。同时它为学习识别和计算提供了新的途径，有可能给信息科学带来革命性的变化。

目前已经建立了多种神经元与网络的模型，尤其在自动控制领域神经网络技术得到了巨大发展。神经网络对控制领域有着巨大吸引力，是由它本身的一些重要特点和性质决定的: 1.人工神经网络是从输入到输出的高度非线性映像，任意的连续非线性函数映像关系都可由某一多层神经网络以任意精度加以逼近，便于解决非线性控制问题。

2.具有分布式存储信息的特点，即一个信息不是存在一个地方，而是分布在不同的位置，当局部网络受损时，能恢复原 的信息。

3.对信息的处理及推理过程具有并行的特点。大规模互联网络结构能很快实现全局性的实时信息处理，并很好地协调多种输入信息之间的关系，同时人工神经网络模型具有自动搜索能量函数极值点的功能，这种优化计算能力在自我调整控制设计中十分有用。

4.神经网络具有自组织、自学习、自适应等特点。对信息处理过程中具有很强的泛化能力。同时它还具有较强的容错特 性，提高了信息处理的可靠性和鲁棒性。

5.神经网络的结构是相同神经元的大规模组合，可处理多输入信号并具有许多输出，适合用于多变量系统;适合用大规模 集成电路实现;也适合于用计算技术进行模拟实现。

3.2神经网络原理和模型 1神经网络基本结构单元

神经网络的基本单元是神经元，它类似于生物体的神经系统基本单元，神经元是一个多输入单输出结构，其功能为模拟生理神经元的最基本特征。其结构示意图如图2一1所示。图中，为神经元输入信号，为平移信号，为神经元闭值，为到连接的权值。对图示神经元，其输入可表示为:

+输出为：

-=f（）

其中，f是神经元转换函数，又称为神经元启动函数。神经网络是由大量神经元的关联而构成，它是一个非线性动力学系统，其特点在于对信息的分布式存储和并行协同处理。虽然单个神经元的结构极其简单，功能有限，但大量神经元构成的网络系统所能实现的行为却是极其强大。神经网络的基本结构可以描述为具有下列性质的有向图:(l)每个节点有一个状态向量，;(2)节点i到节点j有一个连接权系数(3)每个节点有一个阂值;(4)每个节点定义一个变换函数f

最基本形式为

;

f()神经网络模型各种各样，它们是从不同的角度对生物神经系统不同层次的描述和模拟。代表性的网络模型有感知器、多层前馈B一P网络、RBF网络、双向联想记忆(BAM)、Hopfield网络等.3.3神经网络在控制系统中的应用

神经网络在非线性系统控制中有着广泛的应用，迄今为止己经有了十几种控制案，但总体上仍可归结为以下几类:(l)在基于模型的各种控制结构中充当对象的模型;(2)充当控制器;(3)在控制系统中起优化计算的作用;(4)与其它智能控制方法，如专家系统、模糊控制相融合，为其提供非参数化对模型、推理模型等。下面给出几种典型的神经网络控制(1)神经网络直接逆控制

直接逆控制是使系统的一个逆模型与受控系统串联，直接作为系统的前馈控制器使受控系统的输出等于期望输出。该方案很大程度上依赖于逆模型的精确程度。逆系的输入必须与训练时的输出足够接近，系统方能正常工作，因此无法有目的地选择训信号。(2)神经网络自适应控制

神经网络具有逼近任意连续有界非线性函数的能力，将神经网络与常规的自适应制方案相结合，产生了神经网络自适应控制的两种类型，即神经网络自校正控制系(NeuralNetworkSelf-TuningControl，简称NNSTc)和神经网络模型参考自适应控制

(3)神经网络PID控制

利用神经网络所具有的自适应能力和非线性映像功能，通过实际系统性能的学来实现具有最佳组合的PID控制。(4)神经网络内模控制

在内模控制结构中，系统的正向模型与实际系统并联，两者输出之差被用做回馈号，此回馈信号又由前馈信道的滤波器及控制器进行处理。由内模控制性质知，该控器直接与系统的逆有关。引入滤波器是为了获得期望的鲁棒性和跟踪响应。(5)神经网络预测控制

预测控制的特征是预测模型、滚动优化和回馈校正。其中神经网络预测控制器建了非线性被控对象的预测模型，可在线学习修正。利用此预测模型就可以由目前的控太原理土大学硕士研究生学位论文输入，预测出被控系统在将来一段时间范围的输出值。(6)神经网络解耦控制

神经网络解祸通常基于逆系统控制的思想，一般采用三层前向静态网络;除直接逆控制解祸方法，还有基于自我调整解祸思想的神经网络解棍方法和PID神经网络解祸方法。神经网络解祸控制的难点是难以确定通用的解藕条件判据，目前的解祸策略都带有尝试性，主要依靠模拟试验来进行研究。(7)神经网络专家系统控制

这是一种将神经网络与专家系统相结合的控制方式。由于专家系统善于表达知识和逻辑推理，神经网络善于非线性映像和直觉推理，将二者相结合发挥各自的优势，就会获得更好的控制效果。(8)神经网络模糊控制

神经网络和模糊逻辑相结合的方式有:1.用神经网络驱动模糊推理的模糊控制;2用神经网络记忆模糊规则的控制;3.用神经网络优化模糊控制器的参数。

(9)神经网络与遗传算法的结合

遗传算法与神经网络的结合主要体现在三方面:1.网络连接权值的进化;2，网络结构的进化;3.学习算法的进化。基于进化计算的神经网络设计和实现己在众多领域得到应用，但总体上看，理论方法有待于完善规范，应用研究有待于加强提高。3.4神经网络控制的不足

在智能控制领域中，BP网络是一类有力的学习系统，其结构简单，易于程序设计，因此在控制领域中得到广泛的应用。但实际应用中还存在一些问题。1，需要较长的训练时间

对于一些复杂的问题，BP算法可能要进行几小时甚至更长的时间训练。这主要是由于学习速率所造成的，针对这一问题可采用变化的学习速率或自适应的学习速率来加以改造。

2、未成熟饱和

在网络的训练过程中，当其权值调得过大，可能使得所有的或大部分神经元的权总和值n偏大，这使得启动函数的输入工作在S型转移函数的饱和区，从而导致其导数f(n)非常小，从而使得对网络权值的调节过程几乎停顿下来。通常为了避免这种现象的发生，一是选取较小的初始权值，二是采用较小的学习速率，但这又增加了训练时间。

3、局部极小值

BP算法可以使网络权值收敛到一个解，但它并不能保证所示为误差超平面的全局最小解，很可能是一个局部极小解。这是因为BP算法采用的是下降法，训练是从某一起始点沿误差函数的斜面逐渐达到误差的最小值。对于复杂的网络，其误差函数为多维空间的曲面，就像一个碗，其碗底是最小值点。但是这个碗的表面是凹凸不平的，因而在对其训练过程中，可能存在某一小谷区，而这一小谷区产生的是一个局部极小值。由此点向各方向变化均使误差增加，以致于使训练无法跨出这一局部极小值。通常的作用是采用多层网络和较多的神经元，有可能使结果得到改善。然而，增加神经元或者增加同层神经元的个数，同时增加了网络的复杂性以及训练的时间。在一定的情况下可能是不明智的。因此可通过选用几组不同初始条件对网络进行训练，然后再从中挑选出最好的结果。3.5倒立摆神经网络理论的应用

早在1983年，Barto等【15】就设计了两个单层神经网络，采用AHC(Adantiveheuristiccritic)学习算法实现状态离散化的倒立摆控制。而在1989年，Anderson【16】进一步用两个双层神经网络和AllC方法实现了状态未离散化的倒立摆系统平衡控制。但这两种算法都 只能针对一类模型。蒋国飞等【17】通过训练BP网络来逼近口值函数，并利用BP网络的泛化能力，实现了基于口学习算法的状态未离散化的确定和随机倒立摆的无模型学习控制，不仅处理的模型对象更广泛，而且相对前两种算法而言，该算法具有更好的学习效果。

单波等[18]利用神经网络建立倒立摆系统模型，以此来描述被控对象的输人输出关系，并由此计算出系统在未来若干时刻的误差。然后由误差确定系统的目标函数，通过滚动优化、反馈校正来实现对系统的实时控制。运用该算法不仅可以避免对被控对象做复杂的数学分析，而且还具有较快的收敛速度以及较强的鲁棒性。

为了克服神经网络控制器结构不能改变的缺点，si等【19]将神经网络理论与增强式学习基本原理相结合，提出了一种在线学习控制系统。该实时学习系统能随着时间的推移而在两方面逐步提高它的性能:通过自身偏差不断学习;系统状态通过神经网络学习过程被储存。

应用于倒立摆系统的神经网络控制算法一般都需要倒立摆系统的输人输出数据以及各种提示信息。而Houge等【】利用参数均取整数值的SONNET(Self-organizing neural net work eligibility trace)网络模型[]，无需预先分开输人空间，不必依赖系统输出数据，而仅仅只需知道倒摆系统的失败信号和系统的当前状态，即可对倒立摆进行有效的控制

将神经网络理论应用于倒立摆系统的控制还有许多成功的例子，但由于神经网络理论本身的缺陷，有一些问题需要解决。如在如何有效地获取神经网络控制器的初始结构和参数值等方面就有许多间题值得探讨。有许多学者已经在这一方面做了有益尝试并取得了一些成果【】例如，Pasemann等〔提出了一种ENS(Evolution of neurl system by stochastic synthesis)算法来获取神经网络的内部结构和权值。运用该控制算法，系统各状态变量不必量化，可以连续取值，且系统具有很强的鲁棒性。

4遗传算法 4.1遗传算法的发展概述

遗传算法(Genetic Algorithms，简称GAs)是一种基于生物界中的自然选择原理和自然遗传机制的随机搜索算法[39]。它模拟了生物界中的生命进化机制，并用在人工系统中实现特定目标的优化。这是一种在思想和方法上别开生面的全新优化搜索算法。传统的优化搜索算法往往要求所求解的函数具有连续、可微的性质，有要求搜索空间及噪声相对较小的限制。而遗传算法不受问题性质的限制，可以在巨大的空间上实行概率性搜索，能在搜索的过程中自动获取和积累有关搜索空间的指示，并自我调整地控制搜索过程，以求得最优解或较优解。遗传算法的这种特点使得它能够处理许多复杂问题，具有广泛的适用性和鲁棒性。在自动控制、组合优化、模式识别、机器学习、人工生命、管理决策等许多领域都得到了广泛的应用[40][41]。

近年来，自动控制己成为遗传算法最活跃的研究领域之一，包括PID控制、最优控制、自我调整、鲁棒控制、模糊控制、神经网络控制及系统辨识等许多分支[42][43]。越来越多的研究人员开始研究用遗传算法及其改进算法解决控制领域中的难题。在科技高速发展的今天，对大规模的、复杂的、不确定性的系统进行有效控制的要求在不断提高，如何准确方便地优化各种控制方法中控制器的结构和参数己成为迫切需要解决的问题。尽管遗传算法经过几十年的理论及应用研究已获得了大量的成果，但其理论基础仍较薄弱，一些参数的选取还要依靠实验经验的积累。因此，对遗传算法本身及其解决控制问题的能力的深入研究具有重要的现实意义。

从本世纪40年代，生物模拟就成为了计算科学的一个组成部分，如早期的自动机理论就是假设机器是由类似于神经元的基本元素构成的。近几十年来，人们关注着如:机器能否思维、基于原则的专家系统是否胜任人类的工作、以及神经网络可否使机器具有看和听的能力等等这些有关生物模拟的问题。

自从人们接受了达尔文的生物进化理论之后，科学家们就对生物的进化机制产生极大的兴趣。自然进化特征在60年代就引起了美国Michigan大学的JohnHolland的极大兴趣，那时Holland从事如何建立能学习的机器研究。他注意到学习不仅可通过单个生物体的适应，而且可通过一个种群的许多代进化适应实现。他受达尔文进化论—“适者生存”的启发，逐渐认识在机器学习的研究中，为获得一个好的学习方法，仅靠单个策略的建立和改进是不够的，还要依赖于包含许多候选策略的群体繁殖。这种研究思想起源于遗传进化，Holland就将这个研究领域取名为遗传算法。

从1985年到1993年，召开了五届国际遗传算法学术会议，遗传算法己经有了很大的发展，并开始渗透到人工智能、神经网络、机器人和运筹学等领域。遗传算法是多学科相互结合与渗透的产物，它已经发展成一种自组织、自适应的综合技术，广泛用在计算机科学、工程设计、管理科学和社会科学等领域。4.2遗传算法的概念、特点及应用

4.2.1遗传算法的基本步骤

遗传算法GA是建立在自然选择和群体遗传机制基础上的随机迭代、进化，具有广泛适应性的概率搜索寻优算法。

对于某个给定的优化问题，目标函数为: H=f(x，y，z，〕(x，y，z„要求（HR

„)使H为极大值和极小值，以适应优化的需要。此处，是(x，y，z„)的定义域，H为实数，f为解空间(x，y，z)到实数域H

R的一种映射。GA要根据目标函数H设定一个适应性函数F，用以判别某个样本的优劣程度。遗传算法的基本步骤如下:(1)编码

采用二进制编码方案对优化变量进行编码。采用二进制编码的策略是将各优化分量分别进行编码然后合并成l个二进制位串，就代表了优化问题的1个可能解。如自变量X、Y、Z的1组取值用12个比特的二进制代码串表示为: 1000

1001

1100 X

Y

Z(2)初始群体的生成

通过随机方法产生出给定数量初始群体的个体，这些个体就是一批二进制代码串。首先，对每个个体计算其相应的适应度,按的大小评价该个体染色体的素质。愈大表示第i个个体的素质愈好，优化的目标是找到最大时所对应的个体。初始种群的素质一般还比较差，GA操作数的任务就是从这些初始群体出发，模拟进化过程择优去劣，逐次迭代，选出优秀的种群与个体，以达到优化的目的。

(3)选择

根据各个个体的适应度，按照一定的规则和方法，从第t代群体P(t)中选择出一些优良的个体遗传到下一代群体P(t+1)中。一般选择的规则是适应度越大的个体，赋予更大的选择概率，通常，即适应度值高的个体有更多的繁殖后代的机会，以使优良特性得以遗传和保留。

(4)交叉

将群体P(t)内的各个个体随机搭配成对，对每一对个体，以交叉概率交换他们之间的部分染色体。交叉的方法是随机选取一个(或两个)截断点，将双亲的二进制代码串在截断点处切开，然后交换其尾部(或中间部分)以产生新的一代如:

双亲

后代

A1001 0110

A’1001 1001

B1100 1001

B’1100 0110

(5)变异

对群体P（t）内的每个个体，以变异概率

改变某一个或某一些基因串上的基因值为其他的等位基因。对于二进制基因串就是将1改为0或将0改为1，如:

变异

A

1100 1101——110101101 重复上述过程，各代种群的优良基因逐渐积累，种群的平均适应度和个体适应度不断上升，直到迭代收敛，即找到最优解为止。

虽然在目前的技术条件下，关于整个进化的机制还没有完全弄清楚，但通过许多实验和在微观世界里面进行的科学研究，人们逐渐认识了它们的许多特征。生物体的生成是染色体译码的结果，所以生物体结构编码的染色体变化是进化发生的根本原因。染色体的编码和译码过程的细节人们并不是完全了解，但下面几个关于进化理论的一般特性己广为人们所接受，(这些特性往往又作为遗传算法的基本法则): ①进行过程发生是在染色体上，而不是发生在它们所编码的生物体上;②自然选择把染色体以及由它们所译成的结构的表现联系在一起，那些适应性好的个体的染色体经常比差的个体的染色体有更多的繁殖机会;③变异可以使生物体子代的染色体不同于它们父代的染色体。通过结合两个父代染色体中的物质，重组过程可以产生有很大差异的染色体;④生物进化没有一记忆。有关产生个体的信息包含在个体所携带染色体的集合以及染色体编码的结构之中，这些个体会很好地适应它们的环境。

4.2.2遗传算法的一般流程

与自然界的生物进化过程相类似，遗传算法的运算过程也是一个反复迭代的过程，第t代群体记做P(t)，经过一代遗传和进化后，得到第t+l代群体，它们也是由M个个体组成的群体，记做P(t+l)。这个群体不断地经过遗传和进化操作，并且每次都按照优胜劣汰的规则，将适应度值较高的个体更多地遗传到下一代。这样最终在群体中将会得到一个优良的个体C*，它所对应的表现型X将达到或接近于问题的最优解X*。遗传算法的主要计算过程如下:(1)对问题的可行解进行染色体编码;(2)产生初始种群;(3)对种群内的各个个体进行适应度评价;(4)根据个体的适应度进行选择操作，然后交叉、变异产生新的群体;(5)返回到(3)，对该组群体译码进行新的评价;(6)若当前解满足要求或进化过程中达到一定的进化代数，计算结束，否则转(3)，继续进行。

遗传算法的基本流程如图2.4所示 图2.4

遗传算法基本流程图 4..2.3遗传算法的特点

与其他优化算法相比，遗传算法具有如下优点:(1)将搜索过程作用在编码后的字符串上，不直接作用在优化问题的具体变量上，在搜索中用到的是随机的变换规则，而不是确定的规则。它在搜索时采用启发式的搜索，而不是盲目的穷举，因而具有更高搜索效率。

(2)现行的大多数优化算法都是基于线性、凸性、可微性等要求，而

遗传算法只需要适合度信息，不需要导数等其他辅助信息，对问题的依赖性较小，因而具有高度的非线性，适用范围更广。此外还可以写出一个通用算法，以求解许多不同的优化问题。

(3)遗传算法从一组初始点开始搜索，而不是从某一个单一的初始点开始搜索。而目_给出的是一组优化解，而不是一个优化解，这样可以给设计者更大的选择余地。它能太原理}_大学硕十研究生学位论文在解空间内充分搜索，具有全局优化能力。

(4)遗传算法具有很强的易修改性。即使对原问题进行很小的改动(比如目标函数的改进)，现行的大多数算法就有可能完全不能使用，而遗传算法则只需作很小的修改就完全可以适应新的问题。

(5)遗传算法具有很强的可并行性，可通过并行计算来提高计算速度，因而更适用于大规模复杂问题的优化。正是基于以上优点，遗传算法对优化工作者来说充满了吸引力。

但是由于遗传算法是一种较新的算法，在实际运用中也还有许多地方有待进一步地深入和改进，主要集中在以下几个方面:(1)遗传算法的理论研究比较滞后。由于遗传算法本身也是一种仿生的思想，尽管实践效果很好，但理论证明比较困难。而且这种算法提出来的时间还不是很长，因此其理论和实践的研究几乎是平行进行的。

(2)GA算法本身的参数还缺乏定量的标准，目前采用的都是经验数值，而且不同的编码、不同的遗传技术都会影响到遗传参数的选取，因而会影响到算法的通用性。(3)GA对处理约束化问题还缺乏有效的手段，传统的罚函数法中对惩罚因子的选取还是一个比较困难的技术问题。

4.3遗传算法的应用

由于遗传算法具有上述的众多特点，所以它广泛应用于很多学科。而且它不依赖于问题的具体领域，它具有自我调整性、全局优化性和隐含并行性，体现出很强的解决问题的能力。(1)函数优化和组合优化

人们构造各种各样的函数来检测遗传算法的性能，通过对各种几何特性不同的函数计算，结果表明遗传算法均具有较好的性能。而且对于一些非线性、多模型、多目标的函数优化问题，遗传算法也能得到较好的结果。同时对于大规模的组合优化问题，传统的枚举法很难得到其精确最优解。而遗传算法则是寻求这种满意解的最佳工具之一。实践证明，遗传算法对于组合优化问题的NP完全问题非常有效。例如，遗传算法已经在求解旅行商问题背包问题、装箱问题、图形划分问题等方面得到成功的应用。(2)生产调度问题

生产调度问题在许多情况下所建立起来的数学模型难以精确求解，即使经过一些简太原理}大学硕十研究生学位论文

之后可以进行求解，也会因为简化太多而使得求解结果与实际相差甚远。而遗传算法已成为解决复杂调度问题的有效工具，在单件生产车间调度、流水线生产车间调度、生产规划、任务分配等方面遗传算法都得到了有效的应用[23一25]。比如cartwright关于化工厂生产计划的优先安排，Syswerda关于飞行支持设备调度问题，Hiiliard运输军队及其装备多目标通路的作业调度，Gabbert关于铁路网络复杂运输调度等问题，采用遗传算法均取得了明显的效果。(3)自动控制

在自动控制领域中有许多与优化相关的问题需要求解，遗传算法的应用日益增加，并显示了良好的效果。例如遗传算法进行航空控制系统的优化、基于遗传算法的模糊控制器优化设计、基于遗传算法的参数辨识，都显示了遗传算法在这些领域的应用。例如:Maclay等人用遗传算法求解电车模型参数辨识问题[26]，Freeman等人提出应用遗传算法精调控制中的由人定义的模糊逻辑集合概念，取得了显著的效果[27]。

(4)人工智能与计算机科学

人工智能是计算机等人工媒体模拟或构造出具有自然生物系统特有行为的人造系统。人工智能与遗传算法有着密切的关系，基于遗传算法的进化模拟是研究人工智能的重要理论基础。遗传算法在人工智能与计算机科学中的应用包括:数据挖掘与知识获取[28]、数据库查询优化、人工神经网络结构与参数优化[30]、模式识别、专家系统等。4.4遗传算法的收敛性分析

遗传算法是一种全局性的概率搜索算法，初始种群的选取、选择、交叉、变异操作都带有随机性。这种随机性的搜索迭代过程中所产生的解或函数序列的极值，最终是否会收敛到全局最优解?因此研究GA的全局性收敛问题。不仅具有理论指导意义，而且也有重要的实践价值。

对于遗传算法的全局收敛性，取得了许多研究成果：

(l)模式定理:遗传算法中，在选择、交叉和变异操作数的作用下，具有低阶，短定义长度，并且平均适应度高于群体平均适应度的模式将按指数级增长。模式定理阐述了遗传算法的理论基础，它说明了较优模式(遗传算法的较优解)的样本数呈指数级增长，满足了寻找最优解的必要条件，即遗传算法存在着寻找全局最优解的可能性，但是它并没有说明遗传算法一定能够寻找到最优解。

(2)积木块假设:低阶，短矩，高平均适应度的模式(积木块)在遗传操作数的作用下，相互结合，能生成高阶、长矩、高平均适应度的模式，可最终生成全局最优解。遗憾的是，上述结论并没有得到证明，但目前己经有大量的实践支持积木块假设，它在许多领域的应用都取得了成功，例如平滑多峰问题，带干扰多峰问题以及组合优化问题等。

Goldberg和Segrest是首次使用马尔可夫链分析了遗传算法阴;Eiben等人用马尔可夫链分析证明了保留最佳个体的GA以概率1收敛到全局最优解[36];Rudolph用齐次有限马尔可夫链分析证明了带有复制、交叉、变异操作的标准遗传算法收敛不到全局最优解[37];Qi和Palmieri对浮点数编码的遗传算法进行了严密的数学分析，但是其结果是基于群体数为无穷大这一假设[38]。挥为民和席裕庚利用齐次有限马尔可夫链对基本遗传算法的全局收敛性和计算效率进行分析I39];徐总本和聂赞坎等人开始利用鞍理论分析遗传算法的收敛性，该文首次尝试用鞍理论证明遗传算法在保留最佳个体策略时，遗传算法在有限步内几乎必然强收敛于最优解[40]。王霞和周国标利用下鞍理论证明分析遗传算法的收敛速率，并给出保留最佳个体策略的遗传算法收敛速率的概率形式[4]。本文则是利用下鞍理论分析遗传算法在非保留最佳个体策略时，遗传算法强收敛到全局最优解的充分条件，这为用鞍理论分析遗传算法做了有益的尝试，同时也补充证明遗传算法的转移概率矩阵是不可约非周期的马尔可夫链。4.5遗传算法面临的问题

随着科学技术的迅速发展，遗传算法也应用到更多的领域。由于遗传算法来源于进化论和群体遗传学，缺乏严格的数学基础，收敛性证明比较困难，虽然可以利用马尔可夫链的性质证明在保留最优值情况下，遗传算法可以收敛到全局最优解，但是对其收敛速率估计是当前需要深入研究和讨论的问题。因为它能从理论上对遗传算法的任何修正形式提供评判标准，指明改进算法性能的正确方向。另外，利用马尔可夫链分析对遗传算法的具体应用和参数设计所提供的指导信息非常少。如何选择遗传算法的参数，才一能得到最优结果，到目前还没有理论指导。以上这两个方面还需要寻求更有效的分析手段和严格的数学证明。

作为一种搜索算法，遗传算法通过对编码、适应度函数、复制、交叉和变异等主要操作的适当设计和运行后，可以做到兼顾全局搜索和局部搜索的特点。然而，遗传算法虽然可以实现均衡搜索，并在许多复杂问题的求解中表现很好的效果，但是该算法的全局收敛性的理论分析尚待解决。简单遗传算法并不能保证全局最优收敛，即出现通常所说的早熟现象或者根本不收敛。导致GA早熟的原因可以归结为以下几个方面: 1 群体规模:群体规模与很多因素有关。当群体规模太小时，造成有效等位基因先天缺失，即使采用较大概率的变异操作数，生成具有竞争力的高阶模式的可能性还是较小，况且大概率变异算法对己有模式的破坏作用显著增大。同时，由于GA操作数存在着随机误差，即模式采样误差，妨碍小群体中有效模式的正确传播，因而使得群体进化不能按模式定理产生所预测的期望数量。当群体规模太大时，又造成计算量急剧增大。选择压力:当群体中的最优个体期望抽样较大时，个体的选择压力太大，导致群体的多样性迅速减低;相反，当群体的最优个体期望抽样较小，个体的选择太小，导致模式竞争减弱，遗传操作数重组生成高阶模式的能力降低，也会出现进化停滞现象。变异概率:当变异概率比较小时，群体多样性下降太快，容易导致有效基因的迅速丢失且难以恢复;当变异概率比较大时，尽管群体多样性可以保持在较高的水平，但是高阶模式被破坏的概率也随之增大。适应函数性质:当适应函数高度非线性，染色体基因位之间高度相关，有效模式更容易被破坏，或者当最优解附近为非常平缓的超平面时，高阶竞争模式适应度值之间的差异非常小，在适应度值比较选择方式下的模式竞争激烈，导致当前最佳个体适应度值的改进出现停滞。

5群体初始化:初始群体分布在编码空间的局部区域，导致GA的搜索范围受到限制。参数区间设定:如果编码空间选择不当，即最优参数落在区间之外，则无论如何寻优，也是无法找到全局最优解的。

针对上述情况，需要在编码方式、适应度函数的选择和遗传操作操作数的设计等方面对GA进行改进，从而抑制早熟现象的发生。SGA由于算法简单，实现容易，因而目前己得到广泛应用，但有理论证明，SGA在任意初始化，任意交叉操作数以及任意适应度函数下，无法收敛到全局最优解，而通过改进的遗传算法却能够最终收敛到全局最优解。

５模糊控制方法

5.1模糊逻辑技术的研究现状与特点

美国著名控制论学者L.A.查德(Zadeh)教授在20世纪60年代初期认为经典控制论过于强调精确性而无法处理复杂的系统，他认为“在处理生物系统时，需要一种彻底不同的数学一一关于模糊量的数学，该数学不能用概率分布来描述”，他的这些思想形成了模糊集合理论，并于1965年发表了《Fuzzyset》这一开创性论文，为处理客观世界中存在的模糊性问题提供了有力的工具。20世纪60年代后期，许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年提出了模糊决策等，并于1973年发表了另一篇开创性的文章《分析复杂系统和决策过程的新方法纲要》，该论文建立了研究模糊控制的基础理论，在引入语言变量的概念的基础上，提出了用工F一THEN的规则来量化人类的知识。在1975年英国的马丹尼(Mamdani)创立了模糊控制器的基本框架，并将模糊控制用于控制蒸汽机〔24’，发现模糊控制器非常易于构造且运作效果较好，他们的研究成果发表在文章《带有模糊逻辑控制器的语言合成实验》中。进入20世纪80年代初这一领域进展缓慢，没有新的概念和方法被提出，到90年代初有许多的模糊产品大量出现，因此可说实践是模糊系统和模糊控制理论发展的驱动力。我国的模糊控制理论及其应用研究工作是从20世纪70年代开始的，至今快有30年的时间，大多数是在一些著名的高校和研究所中进行的理论研究，如对模糊控制系统的结构，模糊推理算法，自学习和自组织模糊控制器，以及模糊控制稳定性等问题的研究。其成果应用主要集中于工业炉窑方面，如退火炉、电弧冶炼炉、水泥窑以及造纸机的控制等。

5.1.1模糊控制理论应用的进展

1965年美国加利福尼亚大学的L.A.Zadeh教授创建模糊集理论来描述模事物。

1974年英国的E.H.Mandani首先利用模糊控制语句组成模糊控制器。并功地将模糊控制应用于锅炉和蒸汽机控制，这一开拓性的工作，标志着模糊制理论的诞生。

1975年，英国的Fing及Mandani利用模糊控制器控制一个反应炉搅拌池温度，并获得成功。

1976年，荷兰Kichert等研究了热水站的模糊控制，使这个用传统方法难以进行控制的多变量非线性对象实现了稳定可靠的运行。丹麦Storgard利用模糊控制器对双输入双输出的热交换过程进行了模糊控制，英国学者Tong对压力容器内部的压力和液位进行了模糊控制，也得到了传统控制方法难以达到的控制效果。

1979年，英国的PappiS利用模糊控制对十字路口的交通管理进行试验，取得了成功。

1985年，世界上第一块模糊逻辑芯片在美国著名的贝尔实验室问世，这是模糊技术走向实用化的又一里程碑。

1990年来以来，模糊控制的应用得到了进一步的推广，模糊家电开始出现在我们的日常生活中。

虽然模糊理论的提出只有短短30多年的时间，但其发展速度却十分的惊人。大量对模糊理论进行研究的文献论文不断发表，并且数量呈几何趋势增长。这充分体现了模糊理论的发展速度[25]，而且显示了模糊控制理论巨大的发展潜力。随着科学技术的不断进步，自动控制系统被控对象也朝着复杂化的方向发展，主要表现在多输入一多输出的强耦合性、参数时变性和严重的非线性等特点上。然而就在这样复杂的多变量、非线性、时变的系统中，对控制质量的要求却越来越高。正是由于模糊控制具有突出的优点，并且在解决控制系统中的复杂问题上有着特别的优势，所以对模糊控制理论的深入研究对控制理论的发展来说是十分重要的，并且很有实际意义。

模糊逻辑应用最有效、最广泛的领域就是模糊控制，它在许多领域成功解决了传统控制方法无法或难以解决的问题，模糊控制是以人的控制经验作为控制的知识模型，以模糊集合、模糊语言变量及模糊逻辑推理作为控制算法的数学工具，使用计算机来实现的一种智能控制。模糊控制技术的理论基础的核心是模糊推理理论。

5.1.2模糊控制技术之所以得到广泛应用是由于它具有以下一些突出特点: 1.直接采用语言型控制规则，设计中不需要建立被控对象的精确数学模型，使得控制机理与策略易于接受，便于应用。

2.系统语言控制规则具有相对的独立性，利用这些控制规律间的模糊连结，容易找到折中的选择，使控制效果优于常规控制器。

3.有利于模拟人工控制的过程和方法，增强控制系统的适应能力，使之具有一定的智慧水平。

4.鲁棒性强，干扰和参数变化对控制效果的影响被大大减弱，尤其适合于非线性、时变及纯滞后系统的控制。模糊控制理论落后于应用的发展，所以目前模糊控制研究应集中在理论上的挖掘。

模糊控制理论是建立在模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理基础上的一种计算机数字控制理论。它因在设计系统时不需要建立被控对象精确的数学模型而得到了日益广泛的应用。模糊控制在研究像倒立摆这样的高度非线性系统上有很大的优势。但是，在用模糊控制理论解决倒立摆这样多变量系统控制问题时，不可避免会遇到规则爆炸(Rule Explosion)问题，本章研究了运用最优控制方法设计融合函数以降低模糊控制器的输入变量维数，大大减少模糊控制的规则数，成功解决了规则爆炸问题;并研究了量化因子对控制效果的影响，通过设置阈值使量化因子可以自动调节，进而提升了模糊控制器的性能质量。

5.1.3模糊控制相对于常规控制，对于被控对象的非线性和时变性具有一定的适应能力，然而它也存在一定的缺陷: 1.精度不太高。这主要是由于模糊控制表的量化等级有限而造成的，通过增加量化等级数目虽然可以提高精度，但是查询表将过于庞大，须占用较大空间，使运算时间增加。实际上，如果模糊控制器不引入积分机制，原则上误差总是存在的。

2.自我调整能力有限。由于量化因子和比例因子是固定的，当对象参数随环境的变化而变化时，它不能对自己的控制规则进行有效的调整，从而使其良好的性能不能得到充分的发挥。

3.易产生振荡现象。如果查询表构造不合理或者量化因子和比例因子选择不当，都会导致系统振荡。

5.2模糊控制理论简介

模糊控制是以模糊集合、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制。从线性控制与非线性控制的角度分类，模糊控制是一种非线性控制；从控制器的智慧性看，模糊控制属于智慧控制的范畴，而且它已经成为目前智慧控制的一种重要而有效的形式[35~36]。

5.2.1模糊控制系统组成

模糊控制属于计算机数字控制的一种形式，因此，模糊控制系统的组成类似于一般数字控制系统，其框图如图4-1所示。

图5-1 模糊系统框图

(1)模糊控制器:这是模糊控制系统的核心部分，采用基于模糊控制知识表示和规则推理的语言型“模糊控制器”，这也是模糊控制系统区别于其他自动控制系统的特点所在。

(2)输入/输出接口:模糊控制器通过输入/输出接口从被控对象获取数字信号量，并将模糊控制器决策的数字信号经过数模转换，将其转变为模拟信号，然后送给被控对象。在I/O接口装置中，除A/D,D/A转换外，还包括必要的电平转换电路。

(3)执行机构:包括交、直流电机，伺服电机，步进电机，气动调节阀和液压电动机、液压阀等。

(4)被控对象:这些被控对象可以是确定的或者模糊的、单变量的或者多变量的、有滞后的或者无滞后的，也可以是线性的或者非线性的，定常的或者时变的，以及具有强耦合和干扰等多种情况。对于那些难以建立精确数学模型的复杂对象，更加适合采用模糊控制。

(5)传感器:是将被控对象或者各种过程的被控量转换为电信号(模拟或者数字)的一类装置。被控制量往往是非电量，如位移、速度、加速度、温度、压力、流量、浓度、湿度等。传感器在模糊控制系统中占有十分重要的地位，它的精度往往直接影响整个控制系统的精度，因此，在选择传感器时，应该选择精度高且稳定性好的传感器。5.2.2模糊控制器设计的基本方法

图5-2 模糊系统结构图

模糊控制系统的核心是模糊控制器(Fuzzy Controller)，其组成见图5－２模糊控制器一般是可以靠软件程序设计来实现的，实现模糊控制的一般步骤如下：

(1)确定模糊控制器的输入变量和输出变量(即控制量)；(2)设计模糊控制器的控制规则；(3)进行模糊化和去模糊化；

(4)选择模糊控制器的输入变量及输出变量的论域，并确定模糊控制器的量化因子、比例因子)；

(5)编制模糊控制算法的应用程序；(6)合理选择模糊控制算法的采样时间。5.3倒立摆的模糊控制方法简介

在研究倒立摆这类多变量非线性系统的模糊控制时，一个难题就是规则爆炸(Rule Explosion)，比如一级倒立摆的控制涉及的状态变量共有4个，每个变量的论域作7个模糊集的模糊划分，这样，完备的推理规则库会包含2401个推理规则；而对于二级倒立摆有6个状态变量，推理规则会达到117649，显然如此多的规则是难以实现的。

为了解决这个问题，张乃尧等提出双死循环的倒立摆模糊控制方案，内环控制倒立摆的角度，外环控制倒立摆的位移[12]。范醒哲等人将这一方法推广到三级倒立摆控制系统中，并提出两种模糊串级控制方案，用来解决倒立摆这类多变量系统模糊控制时的规则爆炸问题[37]。Shuliang Lei和Reza Langari应用分级思想将四个状态变量分成两个子系统，分别用两个模糊控制器控制，然后再设计一个上层模糊控制器来协调子系统之间的相互作用[38]。文献[39,40]提出参变量模糊控制方法解决规则爆炸问题。这种控制器结构如图4-3所示。

图5-3 二级倒立摆模糊控制结构

5.4

融合技术和融合函数 5.4.1融合技术

从理论上讲，小车位移x以及速度与摆杆角度及摆杆角速度

存在很大的藕合关系。既要将小车运动控制在零点位置范围内，又要使摆不倒，就要综合考虑摆杆和小车的力学关系以及各自所处的状态。对于多因素问题，采用分步处理的方法能简化问题的解决过程，这一思想可以应用到多输入模糊控制器的设计过程中。假设要设计高维输入变量X映像到输出变量Y的模糊控制器，鉴于直接设计由X到Y的单级模糊控制策略比较困难，因而可以采用多级控制方式，将单一 的模糊控制策略转化为多级控制策略嵌套:

Y=F2[F1(X)]

(5-1)即先使用算法F1（X）对输入变量进行初步处理，再利用算法F2（X）根据前级算法的输出进行控制。如果算法F1（X）的输出维数小于X的维数，那么算法F2（X）所要完成的控制工作就得到了简化。可以看出，算法F1（X）利用系统状态的相关性和输入信息的可融合性完成了组合、提取问题信息的过程，可称为“融合函数”。而算法F2（X）实现了根据约简因素进行模糊推理的功能，可以称为模糊作用函数。基于信息融合的多输入模糊控制器设计方法就是通过融合函数进行信息、合并与提取，从而实现控制问题的逐步简化。融合函数设计

二级倒立摆是典型的多输入单输出(MISO)系统，已经得到二级倒立摆系统近似线性状态方程，因此利用线性系统的输出信息具有可直接融合的特点，我们构造了一个线性融合函数，把二级倒立摆6维状态变量融合成综合误差E和综合误差变化EC。构造融合函数的步骤：

1)利用最优控制理论计算出一组可以让二级倒立摆系统的线性模型基本稳定的状态回馈矩阵K 2)利用状态反馈矩阵K构造融合函数F1(X)3)通过F1(X)把输入变量X降维，得到综合误差E和综合误差变化率