7
组织器 分配器
12.2 智能控制的结构理论与特点
组织级
协调器1 硬件控制器1
协调器n 硬件控制器n
过程1
过程n
图12-4 分级智能控制系统
协调级 执行级
8
12.2 智能控制的结构理论与特点
3. 四元结构
蔡自兴提出四元智
能控制结构，把智能控
AI
制看做自动控制、人工
AC IC OR
智能、信息论和运筹学
IN
四个学科的交集。
图12-5 智能控制的四元结构
9
❖信息论作为智能控制结构一个子集的理由：
❖信息论是解释知识和智能的一种手段； ❖控制论、系统论和信息论是紧密相互作用的； ❖信息论已成为控制智能机器的工具； ❖信息熵成为智能控制的测度； ❖信息论参与智能控制的全过程，并对执行级起
到核心作用。
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12.2 智能控制的结构理论与特点
12.2.2 智能控制器的一般结构
不完全任务描述 任务协商
混合知识表示
多传感器 感知系统
各种传感器
高层规划/控制 常规控制过程 各种驱动器
世界（环境）
图12-6 智能控制器的一般结构
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12.2 智能控制的结构理论与特点
12.2.3 智能控制的特点
❖智能控制以知识进行推理，以启发引导求解过程。 ❖智能控制的核心在高层控制，即组织级。 ❖智能控制是一门边缘交叉学科。 ❖智能控制是一个新兴的研究领域。
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12.2 智能控制的结构理论与特点
(Structural Theories and Feature of Intelligent Control)
12.2.1 智能控制的结构理论
1. 二元结构
傅京孙(K.S.Fu) 首先
论述了人工智能与自动控 制的交接关系 ，指出“智
AI IC AC
能控制系统描述自动控制
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12.3 智能控制的研究领域
❖专家控制系统 ❖智能调度 ❖语音控制 ❖康复机器人控制 ❖智能仪器
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12.4 智能控制系统
(Intelligent Control Systems)
12.4.1 递阶控制系统
❖递阶智能控制(hierarchically intelligent control)是 从工程控制论的角度总结人工智能与自适应、自学 习和自组织控制的关系之后而逐渐地形成的，是智 能控制的最早理论之一。
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12.4 智能控制系统
4. 具有熵函数的执行级
❖ 执行级是递阶智能控制的最底层，要求具有 较高的精度和较低的智能；按控制论进行控 制。
❖ 执行级的性能也可由熵来表示，因而统一了 智能机器的功用。此熵的量度选择一适当的 控制，以执行某任务的不确定性。我们能够 选择某个最优控制使此熵(即执行的不确定性) 为最小。
的熵用于度量协调的不确定性。 ❖执行级：执行代价等价于系统所消耗的能量，并由
Boltzman的熵来表示。
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2. 组织级与知识基系统
12.4 智能控制系统
组织器(organizer)是智能控制的最高级，它的功 能是建立在几个人工智能(基于知识)概念基础上的。 这些概念转换为概率模型，表示推理、规划、决策、 长时记忆交换和反馈学习等功能，以规定一个响应外 部指令的任务。
❖两种分级递阶控制理论: 基于知识/解析混合多层 智能控制理论以及递阶智能控制理论。
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12.4 智能控制系统
1. 定义与假设
智能控制系统各级的共同要素涉及机器各种作用 的不确定性，采用概率模型来描述这些具有共同度量 的作用，即它们各自的熵(entropies)。
❖组织级：以知识为主体，用香农熵来衡量所需知识。 ❖协调级：以概率描述的决策方式来表示，这些方案
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12.3 智能控制的研究领域
(Research Fields of Intelligent Control)
❖ 智能机器人 随着机器人技术的发展和自动化程度的提高，对 机器人的功能提出更高的要求，特别是各种具有 不同程度智能的机器人，包括空间智能机器人。
❖ 智能过程控制与规划 差异过程规划；生成过程规划；基于知识的过程 规划。
人工智能
第十二章 智能控制
❖ 智能控制的发展与定义 ❖ 智能控制的结构理论与特点 ❖ 智能控制的研究领域 ❖ 智能控制系统 ❖ 智能控制应用示例 ❖ 小结
12.1 智能控制的发展与定义
(Development and Definition of Intelligent Control)
12.1.1 智能控制的产生和发展
长期存储交换单元
uj 机器推理
机器规划
编译指
令输入 自顶向下
机器决策 自底向上
图12-7 组织级的结构框图
规划 输出
YF 协调级
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12.4 智能控制系统
3. 协调级与嵌套树
❖ 协调级的目标是把控制问题的实际公式与最有希 望的完全的协调规划联系起来，包括在可供选择 的原本中挑选一个规划。
❖ 协调级由一定数目的协调器组成，每个协调器与 执行级的具体硬件(执行装置)连接。当某个指令 由相应的协调器发送至执行装置时，这些装置就 执行规定好的任务。这种结构意味着：协调级不 具有推理能力。
系统与人工智能的交接作
用”。
图12-2 智能控制的二元结构
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12.2 智能控制的结构理论与特点
2. 三元结构
❖ 萨里迪斯(Saridis)认为，二元 交集的两元互相支配无助于 智能控制的有效和成功应用， AI 必须把远筹学的概念引入智 能控制，使它成为三元交集 中的一个子集。
OR IC
CT
❖萨里迪斯提出分级智能控制 图12-3 智能控制的三元结构 系统，由3个智能(感知)级组 成：组织级、协调级、执行 级。
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12.1.2 智能控制的定义 12.1 智能控制的发展与定义
❖智能机器
能够在定形或不定形、熟悉或不熟悉的 环境中自主地或与操作人员交互作用以 执行各种拟人任务的机器。
❖自动控制
能按规定程序对机器或装置进行自动操 作或控制的过程。
❖智能控制
驱动智能机器自主实现其目标的过程。
❖智能控制系统
用于驱动自主智能机器以实现其目标而 无需人员干预的系统叫智能控制系统。
❖ 智能控制的发展
❖ 自动控制的发展过程
❖ 智能控制思潮出现于60年代； ❖ 60年代中期，自动控制与人工智能开始交接； ❖ 近十年来，智能控制的研究出现一股新的热潮。
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12.1 智能控制的发展与定义
智能控制
进
自学习控制
展
方机控制
最优控制
确定性反馈控制
开环控制
控制复杂性 图12-1 自动控制的发展过程