第五章專(zhuān)家控制系統(tǒng)

1、第五章 專(zhuān)家控制系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容;并結(jié)合實(shí)例簡(jiǎn)要介紹了專(zhuān)家介紹了專(zhuān)家系統(tǒng)和專(zhuān)家控制系統(tǒng)的定義、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和類(lèi)型 規(guī)劃器的結(jié)構(gòu)和機(jī)理、實(shí)時(shí)專(zhuān)家控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法。教學(xué)重點(diǎn) 專(zhuān)家系統(tǒng)和專(zhuān)家控制系統(tǒng)的定義、特點(diǎn)、類(lèi)型、結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)原則和技巧。教學(xué)難點(diǎn) 專(zhuān)家系統(tǒng)和專(zhuān)家控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)原則和技巧。教學(xué)方法課堂教學(xué)為主。適當(dāng)提問(wèn) ,加深學(xué)生對(duì)基本原理和概念以及各個(gè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的理解。教學(xué)要求重點(diǎn)掌握專(zhuān)家系統(tǒng)和專(zhuān)家控制系統(tǒng)的基本概念、結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)原則和技巧,了解新型專(zhuān)家系統(tǒng)的一些概念和類(lèi)型 ,了解專(zhuān)家規(guī)劃器的結(jié)構(gòu)和機(jī)理、實(shí)時(shí)專(zhuān)家控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法5.1 專(zhuān)家系統(tǒng)概述教學(xué)內(nèi)容 本小節(jié)討論專(zhuān)家系統(tǒng)的一些

2、基本概念 ,介紹專(zhuān)家系統(tǒng)的定義、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和類(lèi)型 建造專(zhuān)家系統(tǒng)的步驟和設(shè)計(jì)技巧 ,并簡(jiǎn)單介紹了新型專(zhuān)家系統(tǒng)。本小節(jié)內(nèi)容是本章的一個(gè)重 點(diǎn),是深入學(xué)習(xí)討論專(zhuān)家系統(tǒng)的基礎(chǔ)。教學(xué)重點(diǎn) 專(zhuān)家系統(tǒng)的定義、一般特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)和類(lèi)型、構(gòu)件步驟和設(shè)計(jì)技巧。教學(xué)難點(diǎn) 專(zhuān)家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、類(lèi)型、構(gòu)件步驟和設(shè)計(jì)技巧。教學(xué)方法 主要通過(guò)課堂教學(xué) ,講解各種基本概念、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、構(gòu)件步驟和設(shè)計(jì)技巧 ,分析各 類(lèi)專(zhuān)家系統(tǒng)的任務(wù)、特點(diǎn)并舉例說(shuō)明。教學(xué)要求 重點(diǎn)掌握專(zhuān)家系統(tǒng)的定義與基本結(jié)構(gòu) ,掌握專(zhuān)家系統(tǒng)的構(gòu)件步驟和設(shè)計(jì)技巧 ,了解 新型專(zhuān)家系統(tǒng)的類(lèi)型。1. 定義專(zhuān)家系統(tǒng) 是一個(gè)含有大量的某個(gè)領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R(shí)與經(jīng)驗(yàn)的智能計(jì)算機(jī)程序系

3、統(tǒng),能夠利用人類(lèi)專(zhuān)家的知識(shí)和解決問(wèn)題的方法來(lái)處理該領(lǐng)域的高水平難題。簡(jiǎn)而言之,專(zhuān)家系統(tǒng)是一種模擬人類(lèi)專(zhuān)家解決領(lǐng)域問(wèn)題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。2. 專(zhuān)家系統(tǒng)的特點(diǎn)(1) 啟發(fā)性 專(zhuān)家系統(tǒng)能運(yùn)用專(zhuān)家的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理、判斷和決策。(2) 透明性 專(zhuān)家系統(tǒng)能夠解釋本身的推理過(guò)程和回答用戶(hù)提出的問(wèn)題,以便讓用戶(hù)能夠了解推理過(guò)程增大對(duì)專(zhuān)家系統(tǒng)的信賴(lài)感。(3) 靈活性 專(zhuān)家系統(tǒng)能不斷地增加知識(shí) ,修改原有知識(shí) ,不斷更新。(4) 符號(hào)操作 專(zhuān)家系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)符號(hào)處理和符號(hào)操作 (運(yùn)算 ),使用符號(hào)表示知識(shí) ,用符號(hào)集合表示問(wèn)題的概念。(5) 不確定性推理專(zhuān)家系統(tǒng)能夠綜合應(yīng)用模糊和不確定的信息與知識(shí)，進(jìn)行推理。3專(zhuān)家

4、系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)具體地說(shuō)，包括下列八個(gè)方面：(1) 專(zhuān)家系統(tǒng)能夠高效率、準(zhǔn)確、周到、迅速和不知疲倦地進(jìn)行工作。(2) 專(zhuān)家系統(tǒng)解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)不受周?chē)h(huán)境的影響，也不可能遺漏忘記。(3) 可以使專(zhuān)家的專(zhuān)長(zhǎng)不受時(shí)間和空間的限制，以便推廣珍貴和稀缺的專(zhuān)家知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)。(4) 專(zhuān)家系統(tǒng)能促進(jìn)各領(lǐng)域的發(fā)展。(5) 專(zhuān)家系統(tǒng)能匯集多領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)以及他們協(xié)作解決重大問(wèn)題的能力。(6) 軍事專(zhuān)家系統(tǒng)的水平是一個(gè)國(guó)家國(guó)防現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一。(7) 專(zhuān)家系統(tǒng)的研制和應(yīng)用，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。(8) 研究專(zhuān)家系統(tǒng)能夠促進(jìn)整個(gè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。5.1.1專(zhuān)家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和類(lèi)型1專(zhuān)家系統(tǒng)的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)專(zhuān)家系統(tǒng)是一個(gè)

5、含有大量的某個(gè)領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R(shí)與經(jīng)驗(yàn)的智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，能夠利用人類(lèi)專(zhuān)家的知識(shí)和解決問(wèn)題的方法來(lái)處理該領(lǐng)域的高水平難題。簡(jiǎn)而言之，專(zhuān)家系統(tǒng)是一種模擬人類(lèi)專(zhuān)家解決領(lǐng)域問(wèn)題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。圖5.1表示專(zhuān)家系統(tǒng)的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)圖。圖5.1專(zhuān)家系統(tǒng)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)圖2.理想專(zhuān)家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)理想專(zhuān)家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖5.2所示。由于每個(gè)專(zhuān)家系統(tǒng)所需要完成的任務(wù)和特點(diǎn)不相同其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也不盡相同，一般只具有圖中部分模塊。圖5.2理想專(zhuān)家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖接口是人與系統(tǒng)進(jìn)行信息交流的媒介，它為用戶(hù)提供了直觀(guān)方便的交互作用手段。黑板是用來(lái)記錄系統(tǒng)推理過(guò)程中用到的控制信息、中間假設(shè)和中間結(jié)果的數(shù)據(jù)庫(kù)。它包括計(jì)劃、議程和中間解三部分。

6、知識(shí)庫(kù)包括兩部分內(nèi)容。一部分是已知的同當(dāng)前問(wèn)題有關(guān)的數(shù)據(jù)信息；另一部分是進(jìn)行推理時(shí)要用到的一般知識(shí)和領(lǐng)域知識(shí)。調(diào)度器按照系統(tǒng)建造者所給的控制知識(shí) ，從議程中選擇一個(gè)項(xiàng)作為系統(tǒng)下一步要執(zhí)行的動(dòng) 作。執(zhí)行器應(yīng)用知識(shí)庫(kù)中的及黑板中記錄的信息，執(zhí)行調(diào)度器所選定的動(dòng)作。協(xié)調(diào)器的主要作用就是當(dāng)?shù)玫叫聰?shù)據(jù)或新假設(shè)時(shí)，對(duì)已得到的結(jié)果進(jìn)行修正，以保持結(jié)果前后的一致性。解釋器的功能是向用戶(hù)解釋系統(tǒng)的行為，包括解釋結(jié)論的正確性及系統(tǒng)輸出其它候選解的原因。提問(wèn)已學(xué)過(guò)的知識(shí)表示的方法有那些？3般應(yīng)用程序與專(zhuān)家系統(tǒng)的區(qū)別一般應(yīng)用程序與專(zhuān)家系統(tǒng)的區(qū)別在于：前者把問(wèn)題求解的知識(shí)隱含地編入程序，而后者則把其應(yīng)用領(lǐng)域的問(wèn)題求解知

7、識(shí)單獨(dú)組成一個(gè)實(shí)體，即為知識(shí)庫(kù)。知識(shí)庫(kù)的處理是通過(guò)與知識(shí)庫(kù)分開(kāi)的控制策略進(jìn)行的。更明確地說(shuō)，一般應(yīng)用程序把知識(shí)組織為兩級(jí)：數(shù)據(jù)級(jí)和程序級(jí)；大多 數(shù)專(zhuān)家系統(tǒng)則將知識(shí)組織成三級(jí)；數(shù)據(jù)、知識(shí)庫(kù)和控制。提問(wèn)1專(zhuān)家系統(tǒng)的定義？2專(zhuān)家系統(tǒng)程序與常規(guī)的應(yīng)用程序之間有何不同呢？4專(zhuān)家系統(tǒng)的主要組成部分如下：(1) 知識(shí)庫(kù)(knowledge base)知識(shí)庫(kù)用于存儲(chǔ)某領(lǐng)域?qū)＜蚁到y(tǒng)的專(zhuān)門(mén)知識(shí)，包括事實(shí)、可行操作與規(guī)則等。(2) 綜合數(shù)據(jù)庫(kù)(global database)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)又稱(chēng)全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)或總數(shù)據(jù)庫(kù)，它用于存儲(chǔ)領(lǐng)域或問(wèn)題的初始數(shù)據(jù)和推理過(guò)程中得到的中間數(shù)據(jù)(信息),即被處理對(duì)象的一些當(dāng)前事實(shí)。(3) 推理

8、機(jī)(reasoning machine)推理機(jī)用于記憶所采用的規(guī)則和控制策略的程序,使整個(gè)專(zhuān)家系統(tǒng)能夠以邏輯方式協(xié)調(diào)地工作。推理機(jī)能夠根據(jù)知識(shí)進(jìn)行推理和導(dǎo)出結(jié)論,而不是簡(jiǎn)單地搜索現(xiàn)成的答案。(4) 解釋器 (explainator)解釋器能夠向用戶(hù)解釋專(zhuān)家系統(tǒng)的行為,包括解釋推理結(jié)論的正確性以及系統(tǒng)輸出其它候選解的原因。(5) 接口 (interface)接口又稱(chēng)界面 ,它能夠使系統(tǒng)與用戶(hù)進(jìn)行對(duì)話(huà) ,使用戶(hù)能夠輸入必要的數(shù)據(jù)、提出問(wèn)題和了 解推理過(guò)程及推理結(jié)果等。 系統(tǒng)則通過(guò)接口 ,要求用戶(hù)回答提問(wèn) ,并回答用戶(hù)提出的問(wèn)題 ,進(jìn)行 必要的解釋。5.專(zhuān)家系統(tǒng)的類(lèi)型(1) 解釋專(zhuān)家系統(tǒng)任務(wù) 通過(guò)對(duì)

9、已知信息和數(shù)據(jù)的分析與解釋 ,確定它們的涵義。特點(diǎn) 數(shù)據(jù)量很大 ,常不準(zhǔn)確、 有錯(cuò)誤、 不完全能從不完全的信息中得出解釋 ,并能對(duì)數(shù)據(jù)做 出某些假設(shè) ,推理過(guò)程可能很復(fù)雜和很長(zhǎng)。(2) 預(yù)測(cè)專(zhuān)家系統(tǒng)任務(wù) 通過(guò)對(duì)過(guò)去和現(xiàn)在已知狀況的分析 ,推斷未來(lái)可能發(fā)生的情況。特點(diǎn) 系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化 ,且可能是不準(zhǔn)確和不完全 ,系統(tǒng)需要有適應(yīng)時(shí)間變化的 動(dòng)態(tài)模型。(3) 診斷專(zhuān)家系統(tǒng)任務(wù) 根據(jù)觀(guān)察到的情況 (數(shù)據(jù) )來(lái)推斷出某個(gè)對(duì)象機(jī)能失常 (即故障 )的原因。特點(diǎn) 能夠了解被診斷對(duì)象或客體各組成部分的特性以及它們之間的聯(lián)系,能夠區(qū)分一種現(xiàn)象及其所掩蓋的另一種現(xiàn)象 ,能夠向用戶(hù)提出測(cè)量的數(shù)據(jù) ,并從不

10、確切信息中得出盡可能正 確的診斷。(4) 設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)任務(wù) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求 ,求出滿(mǎn)足設(shè)計(jì)問(wèn)題約束的目標(biāo)配置。特點(diǎn) 從多種約束中得到符合要求的設(shè)計(jì) ;系統(tǒng)需要檢索較大的可能解空間 ;能試驗(yàn)性地構(gòu) 造出可能設(shè)計(jì) ; 易于修改 ;能夠使用已有設(shè)計(jì)來(lái)解釋當(dāng)前新的設(shè)計(jì)。(5) 規(guī)劃專(zhuān)家系統(tǒng)任務(wù) 尋找出某個(gè)能夠達(dá)到給定目標(biāo)的動(dòng)作序列或步驟。特點(diǎn) 所要規(guī)劃的目標(biāo)可能是動(dòng)態(tài)的或靜態(tài)的,需要對(duì)未來(lái)動(dòng)作做出預(yù)測(cè) ,所涉及的問(wèn)題可能很復(fù)雜。(6) 監(jiān)視專(zhuān)家系統(tǒng)任務(wù) 對(duì)系統(tǒng)、 對(duì)象或過(guò)程的行為進(jìn)行不斷觀(guān)察 ,并把觀(guān)察到的行為與其應(yīng)當(dāng)具有的行為進(jìn) 行比較 ,以發(fā)現(xiàn)異常情況 ,發(fā)出警報(bào)。特點(diǎn) 系統(tǒng)具有快速反應(yīng)能力 ,發(fā)出

11、的警報(bào)要有很高的準(zhǔn)確性 ,能夠動(dòng)態(tài)地處理其輸入信息。(7) 控制專(zhuān)家系統(tǒng)任務(wù) 自適應(yīng)地管理一個(gè)受控對(duì)象或客體的全面行為 ,使之滿(mǎn)足預(yù)期要求。特點(diǎn) 控制專(zhuān)家系統(tǒng)具有解釋、預(yù)報(bào)、診斷、規(guī)劃和執(zhí)行等多種功能。(8) 調(diào)試專(zhuān)家系統(tǒng)任務(wù) 對(duì)失靈的對(duì)象給出處理意見(jiàn)和方法。特點(diǎn) 同時(shí)具有規(guī)劃、設(shè)計(jì)、預(yù)報(bào)和診斷等專(zhuān)家系統(tǒng)的功能。(9) 教學(xué)專(zhuān)家系統(tǒng)任務(wù) 根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)、 弱點(diǎn)和基礎(chǔ)知識(shí) ,以最適當(dāng)?shù)慕贪负徒虒W(xué)方法對(duì)學(xué)生進(jìn)行教學(xué)和輔導(dǎo)。特點(diǎn) 同時(shí)具有診斷和調(diào)試等功能；具有良好的人機(jī)界面。(10) 修理專(zhuān)家系統(tǒng)任務(wù) 對(duì)發(fā)生故障的對(duì)象(系統(tǒng)或設(shè)備)進(jìn)行處理，使其恢復(fù)正常工作。特點(diǎn)具有診斷、調(diào)試、計(jì)劃和執(zhí)行等功能。5

12、.1.2建造專(zhuān)家系統(tǒng)的步驟與設(shè)計(jì)技巧1建造專(zhuān)家系統(tǒng)的步驟(1) 設(shè)計(jì)初始知識(shí)庫(kù)，包括：?jiǎn)栴}知識(shí)化，即辨別所研究問(wèn)題的實(shí)質(zhì)，如要解決的任務(wù)是什么，它是如何定義的，可否把它 分解為子問(wèn)題或子任務(wù)，它包含哪些典型數(shù)據(jù)等。知識(shí)概念化，即概括知識(shí)表示所需要的關(guān)鍵概念及其關(guān)系，如數(shù)據(jù)類(lèi)型、已知條件(狀態(tài))和目標(biāo)(狀態(tài))、提出的假設(shè)以及控制策略等。概念形式化，即確定用來(lái)組織知識(shí)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)用人工智能中各種知識(shí)表示方法把與 概念化過(guò)程有關(guān)的關(guān)鍵概念、子問(wèn)題及信息流特性等變換為比較正式的表達(dá)。形式規(guī)則化，即編制規(guī)則、把形式化了的知識(shí)變換為由編程語(yǔ)言表示的可供計(jì)算機(jī)執(zhí)行的 語(yǔ)句和程序。規(guī)則合法化，即確認(rèn)規(guī)則

13、化了知識(shí)的合理性 ，檢驗(yàn)規(guī)則的有效性。(2) 原型機(jī)的開(kāi)發(fā)與試驗(yàn)在選定知識(shí)表達(dá)方法之后，即可著手建立整個(gè)系統(tǒng)所需要的實(shí)驗(yàn)子集，它包括整個(gè)模型的典型知識(shí)，而且只涉及與試驗(yàn)有關(guān)的足夠簡(jiǎn)單的任務(wù)和推理過(guò)程。(3) 知識(shí)庫(kù)的改進(jìn)與歸納反復(fù)對(duì)知識(shí)庫(kù)及推理規(guī)則進(jìn)行改進(jìn)試驗(yàn)，歸納出更完善的結(jié)果。經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間(例如數(shù)月至二、三年)的努力，使系統(tǒng)在一定范圍內(nèi)達(dá)到人類(lèi)專(zhuān)家的水平。再設(shè)計(jì)圖5.3建造專(zhuān)家系統(tǒng)的步驟2專(zhuān)家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技巧設(shè)計(jì)系統(tǒng)有一些對(duì)指導(dǎo)建立初始的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)有用的準(zhǔn)則。這些準(zhǔn)則有：(1) 設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，首先集中精力研究一小部分假設(shè)，以及隨之的觀(guān)測(cè)或觀(guān)察。(2) 挑選那些最有利于區(qū)別各個(gè)假設(shè)的觀(guān)測(cè)。(3)

14、 在很多情況下，為得到許多所需的結(jié)論，可以有許多方式來(lái)組合觀(guān)測(cè)。(4) 把那些并不具有很強(qiáng)的預(yù)測(cè)或區(qū)別能力的觀(guān)測(cè)組合起來(lái)，以便通過(guò)觀(guān)測(cè)或結(jié)論之間的依賴(lài)關(guān)系來(lái)改善這些觀(guān)測(cè)的區(qū)別能力。(5) 建立中間假設(shè)。(6) 以各種事例來(lái)試驗(yàn)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。5.1.3 新型專(zhuān)家系統(tǒng)1.新型專(zhuān)家系統(tǒng)的特征(1) 并行技術(shù)與分布處理。(2) 多專(zhuān)家系統(tǒng)協(xié)同工作。(3) 高級(jí)語(yǔ)言和知識(shí)語(yǔ)言描述。(4) 具有自學(xué)習(xí)功能。(5) 引入新的推理機(jī)制。(6) 具有自糾錯(cuò)和自完善能力。(7) 先進(jìn)的智能人機(jī)接口。2.兩種新型專(zhuān)家系統(tǒng)(1) 分布式專(zhuān)家系統(tǒng)這種專(zhuān)家系統(tǒng)具有分布處理的特征 ,其主要目的在于把一個(gè)專(zhuān)家系統(tǒng)的功能經(jīng)分解

15、以后分 布到多個(gè)處理器上去并行地工作 ,從而在總體上提高系統(tǒng)的處理效率。它可以工作在緊耦合 的多處理器系統(tǒng)環(huán)境中 ,也可工作在松耦合的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境 (例如某種局部網(wǎng)環(huán)境 ) 里,所以 其總體結(jié)構(gòu)在很大程度上依賴(lài)于其所處的硬件環(huán)境。(2) 協(xié)同式專(zhuān)家系統(tǒng)一般專(zhuān)家系統(tǒng)解題的領(lǐng)域面很窄單個(gè)專(zhuān)家系統(tǒng)的應(yīng)用局限性很大,很難獲得滿(mǎn)意的應(yīng)用。協(xié)同式多專(zhuān)家系統(tǒng)是克服一般專(zhuān)家系統(tǒng)的局限性的一個(gè)重要途徑。協(xié)同式多專(zhuān)家系統(tǒng)亦可稱(chēng) “群專(zhuān)家系統(tǒng) ”表,示能綜合若干個(gè)相近領(lǐng)域的或一個(gè)領(lǐng)域的多個(gè) 方面的子專(zhuān)家系統(tǒng)互相協(xié)作共同解決一個(gè)更廣領(lǐng)域問(wèn)題的專(zhuān)家系統(tǒng)。 協(xié)同式專(zhuān)家系統(tǒng)更強(qiáng)調(diào) 子系統(tǒng)之間的協(xié)同合作 ,而不著重于處理的

16、分布和知識(shí)的分布。思考 與分布式專(zhuān)家系統(tǒng)的區(qū)別5.2 專(zhuān)家控制系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容 介紹了專(zhuān)家控制系統(tǒng)的定義、 結(jié)構(gòu)、 類(lèi)型;專(zhuān)家控制系統(tǒng)的控制要求與設(shè)計(jì)原則。教學(xué)重點(diǎn) 專(zhuān)家控制系統(tǒng)的定義、結(jié)構(gòu)、專(zhuān)家控制系統(tǒng)的控制要求與設(shè)計(jì)原則。教學(xué)難點(diǎn) 專(zhuān)家控制系統(tǒng)的控制要求與設(shè)計(jì)原則。教學(xué)方法 課堂教學(xué) ,實(shí)例講解。教學(xué)要求 重點(diǎn)掌握專(zhuān)家控制系統(tǒng)的基本概念、結(jié)構(gòu)、控制要求與設(shè)計(jì)原則。定義 5.2 應(yīng)用專(zhuān)家系統(tǒng)概念和技術(shù) ,模擬人類(lèi)專(zhuān)家的控制知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)而建造的控制系統(tǒng),稱(chēng)為專(zhuān)家控制系統(tǒng)。專(zhuān)家系統(tǒng)與專(zhuān)家控制系統(tǒng)之間有一些重要的差別 :(1) 專(zhuān)家系統(tǒng)只對(duì)專(zhuān)門(mén)領(lǐng)域的問(wèn)題完成咨詢(xún)作用,協(xié)助用戶(hù)進(jìn)行工作。專(zhuān)家系統(tǒng)的推理是以

17、知識(shí)為基礎(chǔ)的 ,其推理結(jié)果為知識(shí)項(xiàng)、新知識(shí)項(xiàng)或?qū)υR(shí)項(xiàng)的變更知識(shí)項(xiàng)。然而,專(zhuān)家控制系統(tǒng)需要獨(dú)立和自動(dòng)地對(duì)控制作用做出決策,其推理結(jié)果可為變更的知識(shí)項(xiàng) ,或且為啟動(dòng) ( 執(zhí)行)某些解析算法。(2) 專(zhuān)家系統(tǒng)通常以離線(xiàn)方式工作 ,而專(zhuān)家控制系統(tǒng)需要獲取在線(xiàn)動(dòng)態(tài)信息, 并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行 實(shí)時(shí)控制。,即專(zhuān)家控專(zhuān)家控制源于自動(dòng)控制領(lǐng)域 ,按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性可把專(zhuān)家控制分為兩種形式 制系統(tǒng)和專(zhuān)家控制器 (expert controller) 。提問(wèn) 1.專(zhuān)家控制系統(tǒng)的定義。2. 專(zhuān)家控制的理論基礎(chǔ)是什么 ?3. 專(zhuān)家控制系統(tǒng)和專(zhuān)家控制的差別5.2.1 專(zhuān)家控制系統(tǒng)的控制要求與設(shè)計(jì)原則1.專(zhuān)家控制系統(tǒng)的控制

18、要求一般說(shuō)來(lái) ,對(duì)專(zhuān)家控制系統(tǒng)沒(méi)有統(tǒng)一的和固定的要求,這種要求是由具體應(yīng)用決定的。 不過(guò) ,我們可以對(duì)專(zhuān)家控制系統(tǒng)提出一些綜合要求 :(1) 運(yùn)行可靠性高對(duì)于某些特別的裝置或系統(tǒng) ,如果不采用專(zhuān)家控制器來(lái)取代常規(guī)控制器,那么 ,整個(gè)控制系統(tǒng)將變得非常復(fù)雜 ,尤其是其硬件結(jié)構(gòu)。其結(jié)果使系統(tǒng)的可靠性大為下降。因此,對(duì)專(zhuān)家控制器提出較高的運(yùn)行可靠性要求。它通常具有方便的監(jiān)控能力。(2) 決策能力強(qiáng)大多數(shù)專(zhuān)家控制系統(tǒng)要求具有不同水平的決策能力。 專(zhuān)家控制系統(tǒng)能夠處理不確定性、 不 完全性和不精確性之類(lèi)的問(wèn)題 ,這些問(wèn)題難以用常規(guī)控制方法解決。(3) 應(yīng)用通用性好 應(yīng)用的通用性包括易于開(kāi)發(fā)、示例多樣性、

19、便于混合知識(shí)表示、全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)的活動(dòng)維數(shù)、 基本硬件的機(jī)動(dòng)性、多種推理機(jī)制 (如假想推理、非單調(diào)推理和近似推理 )以及開(kāi)放式的可擴(kuò) 充結(jié)構(gòu)等。(4) 控制與處理的靈活性這個(gè)原則包括控制策略的靈活性、 數(shù)據(jù)管理的靈活性、 經(jīng)驗(yàn)表示的靈活性、 解釋說(shuō)明的靈 活性、模式匹配的靈活性以及過(guò)程連接的靈活性等。(5) 擬人能力 專(zhuān)家控制系統(tǒng)的控制水平必須達(dá)到人類(lèi)專(zhuān)家的水準(zhǔn)。2.專(zhuān)家控制器的設(shè)計(jì)原則(1) 模型描述的多樣性 所謂模型描述的多樣性原則是指在設(shè)計(jì)過(guò)程中,對(duì)被控對(duì)象和控制器的模型應(yīng)采用多樣化的描述形式 ,不應(yīng)拘泥于單純的解析模型。這些描述形式主要有:解析模型 離散事件模型 模糊模型 規(guī)則模型 基于模

20、型的模型(2) 在線(xiàn)處理的靈巧性在設(shè)計(jì)專(zhuān)家式控制器時(shí)應(yīng)注意對(duì)過(guò)程在線(xiàn)信息的處理與利用,靈活地處理與利用在線(xiàn)信息將提高系統(tǒng)的信息處理能力和決策水平。(3) 控制策略的靈活性工業(yè)對(duì)象本身的時(shí)變性與不確定性以及現(xiàn)場(chǎng)干擾的隨機(jī)性,要求控制器采用不同形式的開(kāi)環(huán)與閉環(huán)控制策略，并能通過(guò)在線(xiàn)獲取的信息靈活地修改控制策略或控制參數(shù),以保證獲得優(yōu)良的控制品質(zhì)。(4) 決策機(jī)構(gòu)的遞階性控制器的設(shè)計(jì)要體現(xiàn)分層遞階的原則，即根據(jù)智能水平的不同層次構(gòu)成分級(jí)遞階的決策機(jī)構(gòu)。(5) 推理與決策的實(shí)時(shí)性知識(shí)庫(kù)的規(guī)模不宜過(guò)大，推理機(jī)構(gòu)應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單，以滿(mǎn)足工業(yè)過(guò)程的實(shí)時(shí)性要求。522專(zhuān)家控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)專(zhuān)家控制系統(tǒng)因應(yīng)用場(chǎng)合和控制

21、要求的不同，其結(jié)構(gòu)也可能不一樣。然而，幾乎所有的專(zhuān)家控制系統(tǒng)(控制器)都包含知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)、控制規(guī)則集和/或控制算法等。提問(wèn)專(zhuān)家控制系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)？5.2.3專(zhuān)家控制系統(tǒng)的類(lèi)型根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性把專(zhuān)家控制系統(tǒng)分為兩種形式，即專(zhuān)家控制系統(tǒng)和專(zhuān)家控制器。專(zhuān)家控制器有時(shí)又稱(chēng)為基于知識(shí)控制器。以基于知識(shí)控制器在整個(gè)系統(tǒng)中的作用為基礎(chǔ)，可把專(zhuān)家控制系統(tǒng)分為直接專(zhuān)家控制系統(tǒng)和間接專(zhuān)家控制系統(tǒng)兩種。在直接專(zhuān)家控制系統(tǒng)中控制器向系統(tǒng)提供控制信號(hào)，并直接對(duì)受過(guò)程產(chǎn)生作用，如圖5.7(a)所示。圖5.5所示系統(tǒng)是直 接專(zhuān)家控制系統(tǒng)的一個(gè)例子。在間接專(zhuān)家控制系統(tǒng)中，控制器間接地對(duì)受控過(guò)程產(chǎn)生作用，如圖5.7(b)

22、所示。間接專(zhuān)家控制系統(tǒng)又可稱(chēng)為監(jiān)控式專(zhuān)家控制系統(tǒng)或參數(shù)自適應(yīng)控制系統(tǒng)。Cs J直擡專(zhuān)冢妊制農(nóng)統(tǒng)C b )間接專(zhuān)探玉制系紙圖5.7兩種專(zhuān)家控制系統(tǒng)上述兩種控制系統(tǒng)的主要區(qū)別是在知識(shí)的設(shè)計(jì)目標(biāo)上。提問(wèn)根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性把專(zhuān)家控制系統(tǒng)分為兩種形式？?jī)烧哂惺裁磪^(qū)別5.3專(zhuān)家規(guī)劃器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)索教學(xué)內(nèi)容專(zhuān)家規(guī)劃器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和規(guī)劃?rùn)C(jī)理；任務(wù)級(jí)機(jī)器人規(guī)劃三要素。教學(xué)重點(diǎn) 專(zhuān)家規(guī)劃器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和規(guī)劃?rùn)C(jī)理。教學(xué)難點(diǎn)專(zhuān)家規(guī)劃器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。教學(xué)方法課堂教學(xué)為主，利用示例系統(tǒng)加深理解。教學(xué)要求掌握規(guī)劃系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和機(jī)理，了解任務(wù)級(jí)機(jī)器人規(guī)劃三要素。5.3.1 專(zhuān)家控制系統(tǒng)的類(lèi)型1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及規(guī)劃?rùn)C(jī)理基于規(guī)劃的機(jī)器人規(guī)劃專(zhuān)家系

23、統(tǒng)由5 個(gè)部分組成 :(1) 知識(shí)庫(kù)。用于存儲(chǔ)某些特定領(lǐng)域的專(zhuān)家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn), 包括機(jī)器人工作環(huán)境的世界模型、初始狀態(tài)、物體描述等事實(shí)和可行操作或規(guī)則等。(2) 控制策略。它包含綜合機(jī)理 ,確定系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)應(yīng)用什么規(guī)則以及采取什么方式去尋找該規(guī) 則。(3) 推理機(jī)。用于記憶所采用的規(guī)則和控制策略及推理策略。( 如 PROLOG 和 LISP(對(duì)話(huà) ),從而使用戶(hù)能操作系統(tǒng)和程序設(shè)計(jì)(4) 知識(shí)獲取。首先獲取某特定域的專(zhuān)家知識(shí)。然后用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 等)把這些知識(shí)變換為計(jì)算機(jī)程序。最后把它們存入知識(shí)庫(kù)待用。(5) 解釋與說(shuō)明。通過(guò)用戶(hù)接口 ,在專(zhuān)家系統(tǒng)與用戶(hù)之間進(jìn)行交互作用 夠輸入數(shù)據(jù)、提出問(wèn)題、知道推

24、理結(jié)果以及了解推理過(guò)程等。此外 ,要建立專(zhuān)家系統(tǒng) ,還需要有一定的工具 ,包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)、語(yǔ)言以及其它支援軟件和硬件。提問(wèn) 機(jī)器人規(guī)劃專(zhuān)家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有哪些2.任務(wù)級(jí)機(jī)器人規(guī)劃三要素 任務(wù)規(guī)劃是機(jī)器人高層規(guī)劃最重要的一個(gè)方面,它包含下列 3 個(gè)要素 :(1) 建立模型。 建立機(jī)器人工作環(huán)境的世界模型。此外,還必須為每個(gè)新任務(wù)提供其它物體的幾何、運(yùn)動(dòng)和物理模型。(2) 任務(wù)說(shuō)明。由機(jī)器人工作環(huán)境內(nèi)各物體的相對(duì)位置來(lái)定義模型狀態(tài),并由狀態(tài)的變換次序來(lái)規(guī)定任務(wù)。(3) 程序綜合。 任務(wù)級(jí)機(jī)器人規(guī)劃的最后一步是綜合機(jī)械手的程序5.4 實(shí)時(shí)專(zhuān)家控制系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容 實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的定義、設(shè)計(jì)特點(diǎn)與要求。教學(xué)重點(diǎn) 實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)與要求。教學(xué)難點(diǎn) 實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)與要求。教學(xué)方法 課堂教學(xué)為主 ,結(jié)合例子來(lái)說(shuō)明抽象概念 ,設(shè)計(jì)方法。教學(xué)要求 掌握實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的定義、設(shè)計(jì)特點(diǎn)與要求。5.4.1 實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)與要求定義 5.3 如果一個(gè)控制系統(tǒng) :(1) 對(duì)受控過(guò)程表現(xiàn)出預(yù)定的足夠快的實(shí)時(shí)行為;(2) 具有嚴(yán)格的響應(yīng)時(shí)間限制而與所用算法無(wú)關(guān);那么這種系統(tǒng)稱(chēng)為