18
智能控制的定义、特点
❖ 智能控制的定义 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 的机器叫做智能机器。
❖ 源自物理学与数学的自动控制理论(在当时称为自动 调节原理，简称调节原理)开始逐步形成。
❖ 1892年，俄国李亚普诺夫(Lyapunov)的博士论文-“论运动稳定性的一般问题”，提出了李亚普诺夫 (Lyapunov)稳定理论。
❖ 1922年，美国N.Minorsky 研制出用于船舶驾驶的伺 服结构，提出了PID控制律。
▪ 此 外 ， 奥 斯 特 洛 姆 (ÅstrÖm) 、 迪 席 尔 瓦 (de Silva)、周其鉴、蔡自兴、霍门迪梅洛(Homen de Mello)和桑德森(Sanderson)等于80年代分别提出 和发展了专家控制、基于知识的控制、仿人控制、 专家规划和分级规划等。
15
智能控制的产生和发展
开环控制
控制复杂性 8
智能控制的产生和发展
❖ 控制理论发展的三个阶段
▪ 第一阶段：经典控制理论（形成于20世纪40到60 年代）。
▪ 第二阶段：现代控制理论（形成于20世纪60到70 年代）
▪ 第三阶段：智能控制理论（20世纪70年代至今）
9
智能控制的产生和发展
传递函数
经
典
根轨迹图
控
制
波特图
理
奈奎斯特图
▪ 苛刻的系统假设在应用中往往与实际不相吻合； ▪ 复杂、不确定性的对象,以传统方法无法解决建模
问题； ▪ 为了提高性能,传统控制系统可能变得很复杂,从
而增加了设备的初投资和维修费用,降低系统的可 靠性； ▪ 应用要求进行创新，提出新的控制思想，进行新 的集成开发，解决未知环境中复杂系统的控制问 题。
▪ 1967年,利昂兹(Leondes)等人首次正式使用“智 能控制”一词。这一术语的出现要比“人工智能” 晚11年,比“机器人”晚47年。
14
智能控制的产生和发展
▪ 萨里迪斯(Saridis)对智能控制系统的分类作出贡 献。他把智能控制发展道路上的最远点标记为人 工智能。他认为,人工智能能够提供最高层的控制 结构,进行最高层的决策。
▪ 《模式识别与人工智能》、《智能系统学报》等 学术刊物
▪ 标志着智能控制作为一门独立的新学科在我国已 经建立起来了
17
智能控制的产生和发展
❖ 智能控制作为一门新学科的科学意义 ▪ 为解决传统控制无法解决的问题找到了一 条新途径； ▪ 促进自动控制向着更高水平发展； ▪ 激发学术界的思想解放，推动科技创新； ▪ 为实现脑力劳动和体力劳动的自动化做出 贡献； ▪ 为多种学派合作树立了典范
论
❖主 要 代 表 人 物 ： Bode, Evans, Nyquist ， Routh，……
10
智能控制的产生和发展
状态空间法
现
代
卡尔曼滤波
控 制
最优控制
理
能控性和能观性
论
❖ 主要代表人物：卡尔曼(Kalman), 庞特里亚金 (Pontryagin),贝尔曼(Bellman),奥斯特隆姆 (Astrom)，……
❖两次学术会议
▪ 1985年8月美国纽约，IEEE召开了第一 届智能控制学术讨论会，成立IEEE智 能控制专业委员会。
▪ 1987年1月美国费城，第一次智能控制 国际会议。标志着智能控制作为一门 独立学科，正式在国际上建立。
16
智能控制的产生和发展
❖ 国内发展状况
▪ 成立中国人工智能学会智能控制与智能管理专业 委员会及智能机器人专业委员会，中国自动化学 会智能自动化专业委员会等学术团体。
智能控制初步介绍
——产生与发展
主要内容
❖智能控制的产生和发展 ❖智能控制的定义、特点 ❖智能控制的主要分支 ❖智能控制的结构理论体系
2
智能控制的产生和发展
瓦特蒸汽机
瓦特 3
智能控制的产生和发展
瓦特的离心调速器 4
智能控制的产生和发展
❖在公元1788年前后，瓦特采用离心调速器， 改进了蒸气机，促进了工业大生产的进程。 这种采用机械式调节原理实现的动力机速度 自动控制是自动化发展中的第一个里程碑。
❖ 传统控制理论：经典反馈控制、现代控制、 大系统理论等，在应用中遇到不少难题。多 年来，自动控制一直在寻找新的出路。现在 看来，出路之一就是实现控制系统的智能化， 以期解决面临的难题。
7
智能控制的产生和发展
自动控制的发展过程
进展方向
智能控制
自学习控制
自适应、鲁棒控制
随机控制
最优控制
确定性反馈控制
11
智能控制的产生和发展
模糊控制
智
能
神经网络
控
制
进化计算
理
论
……
❖主 要 代 表 人 物 ： Zadeh ， Hopfield ， J.Holland，……
12
智能控制的产生和发展
❖ 传统控制理论面临的难题
▪ 精确数学模型和复杂性、非线性、时变性、不确 定性、不完全性之间的矛盾，导致无法获得精确 的数学模型；
❖离心调速器开启了近代自动化控制的先河， 实现了自动化控制，标志着近代自动化控制 技术的诞生，对工业革命的影响巨大而深远。 离心调速器结构简单，性能可靠，至今仍在 大范围1868年，以离心式调速器为背景，物理学家麦克斯韦 尔(Maxwell)研究了反馈系统的稳定性问题，发表了 目 前 公 认 的 控 制 理 论 最 早 的 理 论 论 文 --“ 论 调 速 器 (On Governors)”。
❖ 1942年尼克尔斯 Nichols提出了回路整定技术(PID整 定表和设计用的尼可尔斯图 )。
6
智能控制的产生和发展
❖长期以来，自动控制科学已对整个科学技术 的理论和实践作出了重要贡献，并为人类社 会带来了巨大利益。然而，现代科学技术的 迅速发展和重大进步，对控制和系统科学提 出了更新更高要求，自动控制理论和工程正 面临新的发展机遇和严峻挑战。
13
智能控制的产生和发展
❖ 智能控制的发展
▪ 1965年,著名的美籍华裔科学家傅京孙(K.S.Fu)教 授首先把人工智能的启发式推理规则用于学习控 制系统；然后,他又于1971年论述了人工智能与自 动控制的交接关系。由于傅先生的重要贡献,他已 成为国际公认的智能控制的先行者和奠基人。
▪ 模糊控制是智能控制的又一活跃研究领域。扎德 (Zadeh)于1965年发表了他的著名论文 “模糊集 合”(fuzzy sets),开辟了模糊控制的新领域。