当前位置:文档之家› 第1章 智能控制概论1

第1章 智能控制概论1


2011年4月8日


INTELLIGENT CONTROL
智能控制是近三十年来发展起来的一门新兴学科。 本课程讲述智能控制的基本概念、工作原理、设计 方法和实际应用。 主要内容包括:智能控制的基本概念、模糊控制理 论基础、模糊控制系统、人工神经元网络模型、神经网 络控制论和集成智能控制系统。在深入介绍智能控制系 统设计理论和实现手段的同时,给出一些设计实例。 教材:姜长生等编. 智能控制与应用. 北京: 教材 科学出版社,2007
2011年4月8日
二、智能控制的提出与发展的几个主要时间
INTELLIGENT CONTROL
1.“智能控制理论”最早是由美籍华人教授K.S.Fu (傅京孙 傅京孙)于 傅京孙 1965年提出;
2. K.S.Fu (傅京孙 于1971年提出:智能控制(IC)是人工智能(AI ) 傅京孙) 傅京孙 和自动控制理论(AC)二者的结合——二元交集结构理论 ; 2. G.N.Saridis(萨里迪斯)于1977年提出: IC是AI 、AC和运筹 (萨里迪斯) 学(OR)三者的结合——三元交集结构理论; 3.蔡自兴 蔡自兴在1986年提出:IC是AI、AC、OR和信息论 ( IT 或 IN ) 蔡自兴 四者的结合——四元交集结构理论; 4. 1985、8,世界智能控制专业委员会成立——IEEE智能控制专 业委员会; 5. 1993、5,中国第一届智能控制大会召开; 6. 1995、8,中国首届智能控制专业委员会成立;
2011年4月8日
INTELLIGENT CONTROL
(三)、智能控制系统研究的数学工具 三、
信号处 理形式 语言启 发 人工智能 记忆 学习
智能 控制
规划 运筹学 调度 管理 管理 协调
动力学 优化 动态反馈 动力学 动态反馈 自动控制
2011年4月8日
INTELLIGENT CONTROL
2011年4月8日
INTELLIGENT CONTROL
智能控制的基本概念
• 智能控制的定义一 智能控制是由智能机器自主 智能控制的定义一: 智能控制是由智能机器 智能机器自主 地实现其目标的过程。而智能机器则定义为, 地实现其目标的过程。而智能机器则定义为,在 结构化或非结构化的、熟悉的或陌生的环境中, 结构化或非结构化的、熟悉的或陌生的环境中, 自主地或与人交互地执行人类规定的任务的一种 机器。 机器。
INTELLIGENT CONTROL
(二)、智能控制系统的特点 二 、智能控制系统的特点 1.智能控制系统一般具有以知识表示的非数学广 义模型和以数学模型表示的混合控制过程。 2. 2.智能控制器具有分层信息处理和决策机构。 3.智能控制器具有非线性和变结构的特点。 4.智能控制系统是一们新兴的边缘交叉学科,需 要更多的相关学科配合支援。。
2011年4月8日
INTELLIGENT CONTROL
第一章
智能控制概述
第一节 智能控制的提出和发展 智能控制问题的提出 一、智能控制问题的提出 以1932年美国贝尔实验室工程师H.Nyquist发表 的有关反馈放大器的稳定性论文为标志,控制理论 学科已走过70年的发展历程。 在经典控制理论 经典控制理论中,系统的数学模型采用传递 经典控制理论 函数表示,分析方法主要是基于根轨迹法和频率法; 在现代控制理论中,系统分析的数学模型主要是状 态空间方程描述法。
2011年4月8日
INTELLIGENT CONTROL
• 智能控制 智能控制:是研究与模拟人类智能活动及其控制 与信息传递过程的 规律,研究具有某些仿人智 能的工程控制与信息处理的系统理论。 • 特点:高度非线性、时变和不确定。为不确知性 特点: 系统(高度复杂性) 系统有三高三性:高度复杂性,高度不确定 性,高度(高标准)的控制性能要求。 • 传统控制是智能控制的一个组成部分,智能控制 智能控制 是传统控制最高发展形式。(目前而言) 是传统控制最高发展形式 • 研究的意义 研究的意义: 解放生产力,从繁重的体力劳动中解放出来;强 调进一步地从复杂、头痛的脑力劳动中解脱出来。
二. 智能控制系统的构成
(一)、智能控制系统的结构 )、智能控制系统的结构 通信接口 感知信息处理 认知 智能控制器 规划和控制
传感器 广义对象
执行器 被控对象
2011年4月8日
INTELLIGENT CONTROL
智能控制系统的分层递阶结构:
组织级 协调级 识 别 执行级 对 象
2011年4月8日
2011年4月8日
INTELLIGENT CONTROL
傅京逊在 Learning Control System and Intelligent 傅京逊 Control System:An Intersection of Artificial Intelligence and Automatic Control一文中,列举了三种智能控制的例子: 1.人作为控制器的控制系统
2011年4月8日
INTELLIGENT CONTROL
复杂系统的数学模型难以通过传统的数学工具来描 复杂系统 述。就是说,采用数学工具或计算机仿真技术的传统控 制理论,已无法解决此类系统的控制问题。 从生产实践中可以看到,许多复杂的生产过程 复杂的生产过程难以 复杂的生产过程 实现的目标,可以通过熟练的操作工、技术人员或专家 的操作得到满意的控制效果。 如何有效地将熟练操作工、技术人员或专家的经验 知识和控制理论结合,去解决复杂系统的控制问题,就 是智能控制研究的目标 智能控制研究的目标。 智能控制研究的目标
2011年4月8日
INTELLIGENT CONTROL
智能控制的基本概念
• 定义三: 智能 定义三: 控制是一类无 需人的干预就 能够自主地驱 动智能机器实 现其目标的自 动控制, 动控制,也是 用计算机模拟 人类智能的一 人类智能的一 个重要领域。 个重要领域。
2011年4月8日
INTELLIGENT CONTROL
智能控制的基本概念
• 定义四 智能控制实际只是研究与 定义四: 模拟人类智能活动及其控制与信息 传递过程的规律,研制具有仿人智 传递过程的规律,研制具有仿人智 能的工程控制与信息处理系统 控制与信息处理系统的一 能的工程控制与信息处理系统的一 个新兴分支学科。 个新兴分支学科。
2011年4月8日
INTELLIGENT CONTROL
2011年4月8日
INTELLIGENT CONTROL
随着要研究的对象和系统越来越复杂,借助于数学 模型描述和分析的传统控制理论难以解决问题。 复杂系统有如下特点: 复杂系统 (1)不确定性的模型 传统的控制是基于模型的控制,这里的模 在传统的控制理论中,线性系统理论比较 在传统的控制系统中,控制的任务要求输 (2)高度非线性 成熟,对于具有高度非线性的控制对象,虽然也 型包括控制对象和干扰模型。对于传统控制, 出为定值,或者要求输出量跟随期望的值变化, 通常认为模型已知或经过辨识可以得到。而智 有一些非线性控制方法可用,但总的来说,非 因此控制任务比较单一。而对于复杂的控制任 (3)复杂的任务要求 线性理论还很不成熟,无法广泛应用。 能控制对象的模型通常存在严重的不确定性。 务:如:智能机器人系统、复杂工业过程控制 一是模型未知或知之甚少;二是模型的结构和 系统、计算机集成制造系统、航天航空控制系 参数可能在很大的范围内变化,无论是哪种情 统、社会经济管理系统、环境及能源系统等, 况,传统的方法都难于对它们进行控制。 传统的控制理论都无能为力。
(四)、智能控制的主要功能特征 )、智能控制的主要功能特征 1.学习能力。类似于人的学习过程。 2.适应性。适应对象的动力学特征、环境和远行条件变 化的能力。 3.容错性。对各类故障具有自诊断、屏蔽和自恢复功能。 4.鲁棒性。对环境干扰和不确定因素不敏感。 5.组织功能。即系统具有自组织和协调功能。 6.实时性。具有在线(随时)实时响应能力。 7.人机协作性。好的人机界面、通信、互助、协同工作 功能。
2011年4月8日
INTELLIGENT CONTROL
• 现代控制论:--状态空间法 现代控制论:--状态空间法 代表人物:1)庞特里亚金(俄)1961年极大值 原理;2)贝尔曼(美. Bellman)1957年,动态 规划;3)卡尔曼( Kalman )1959年,卡尔曼 滤波;4)李亚普诺夫稳定性理论。 • 现代控制论:(1)大系统理论--宏观上、广 现代控制论: 度上的开拓;(2)智能控制--微观上、深度 上的挖掘。 • 大系统理论:是用控制和信息的观点,研究各 大系统理论: 种大系统的 结构方案,总体设计中的 分解方法 和 协调等问题的技术基础理论。
2011年4月8日
INTELLIGENT CONTROL
三、智能控制的发展主要标志 60年代,自动控制理论和技术的发展已渐趋成熟, 1966年J.M.门德尔(Mendel) [当年发表的论文是: 门德尔(Mendel) 门德尔 Application of Artificial Intelligence Techniques to Spacecraft Problem].首先主张将人工智能用于飞船控制 系统的设计。 标志着人工智能 人工智能新技术的诞生。 人工智能 1971年著名学者傅京逊(K.S.Fu)从发展学习的角度 傅京逊(K.S.Fu) 傅京逊 首次正式提出智能控制这个新兴的学科领域。[当年发 表的论文是:[Learning Control System and Intelligent Control System:An Intersection of Artificial Intelligence and Automatic Control]
3.无人参与的智能控制系统
指 令 输 入 控制器 传感信 息分析 执 行 对象-环境 执行器 环境
问题 环境 反射 求解 建摸 响应 规划
机器人 车 传感器
机器人系统
相关主题