智能控制理論及應用學習教案

1、會計學1智能控制智能控制(kngzh)理論及應用理論及應用第一頁，共20頁。學習智能控制的意義學習智能控制的意義1智能控制的產(chǎn)生和發(fā)展智能控制的產(chǎn)生和發(fā)展2智能控制的定義和特點智能控制的定義和特點3智能控制的主要形式智能控制的主要形式4智能控制的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢智能控制的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢5第1頁/共20頁第二頁，共20頁。智能控制是一門控制理論課程，研究如何運用人工智能的方法來構(gòu)造智能控制是一門控制理論課程，研究如何運用人工智能的方法來構(gòu)造(guzo)(guzo)控制系統(tǒng)和設計控制器。與自動控制原理和現(xiàn)代控制原理控制系統(tǒng)和設計控制器。與自動控制原理和現(xiàn)代控制原理一起構(gòu)成了自動控制課程體系的理論基礎

2、。一起構(gòu)成了自動控制課程體系的理論基礎。v 智能控制智能控制在控制理論中的位置在控制理論中的位置智能控制智能控制是目前控制理論的最高級形式，代表了控制理論的是目前控制理論的最高級形式，代表了控制理論的發(fā)展趨勢，能有效地處理復雜的控制問題。其相關技術(shù)可以推廣發(fā)展趨勢，能有效地處理復雜的控制問題。其相關技術(shù)可以推廣應用于控制之外的領域：金融、管理、土木、設計等等。應用于控制之外的領域：金融、管理、土木、設計等等。第2頁/共20頁第三頁，共20頁。v 產(chǎn)生產(chǎn)生(chnshng)(chnshng)的背景的背景經(jīng)典控制(kngzh)理論現(xiàn)代控制理論智能控制理論對由微分方程和差分方程描述的動力學系統(tǒng)進行控

3、制研究的是單變量常系數(shù)線性系統(tǒng)只適用于單輸入單輸出控制系統(tǒng)(SISO) 控制對象由單輸入單輸出系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)槎噍斎硕噍敵鱿到y(tǒng)；系統(tǒng)信息的獲得由借助傳感器轉(zhuǎn)變?yōu)榻柚鸂顟B(tài)模型；研究方法由積分變換轉(zhuǎn)向矩陣理論、幾何方法，由頻率方法轉(zhuǎn)向狀態(tài)空間的研究；由機理建模向統(tǒng)計建模轉(zhuǎn)變，開始采用參數(shù)估計和系統(tǒng)辨識理論適用大型、復雜、高維、非線性和不確定性嚴重的對象不依賴對象模型，適用于未知或不確定性嚴重的對象具有人類智能的特征能夠表達定性的知識或具有自學習能力第3頁/共20頁第四頁，共20頁。v 智能控制智能控制(kngzh)(kngzh)的兩個發(fā)展方向的兩個發(fā)展方向 模擬人類的專家模擬人類的專家控制經(jīng)驗來進行控制

4、經(jīng)驗來進行控制控制智能控制智能控制模擬人類的學習模擬人類的學習能力來進行控制能力來進行控制第4頁/共20頁第五頁，共20頁。v 智能智能(zh nn(zh nn) )控制的三控制的三個發(fā)展階段個發(fā)展階段 現(xiàn)在現(xiàn)在發(fā)展期發(fā)展期形成期形成期萌芽期萌芽期196019601970197019801980第5頁/共20頁第六頁，共20頁。n19601960年代初，年代初，F(xiàn).W.SmithsF.W.Smiths首先采用性能模式識別器來學習最優(yōu)控制方法首先采用性能模式識別器來學習最優(yōu)控制方法n19651965年，加利福尼亞大學的扎德年，加利福尼亞大學的扎德(L.A. Zadeh)(L.A. Zadeh)教

5、授提出了模糊集合理論教授提出了模糊集合理論n19651965年，美國的年，美國的FeigenbaumFeigenbaum著手研制世界上第一個專家系統(tǒng)著手研制世界上第一個專家系統(tǒng)n19651965年，普渡大學傅京孫教授將人工智能中的直覺推理方法用于學習控制系統(tǒng)。年，普渡大學傅京孫教授將人工智能中的直覺推理方法用于學習控制系統(tǒng)。n19661966年年MendelMendel在空間飛行器學習系統(tǒng)中應用了人工智能技術(shù)，并提出了在空間飛行器學習系統(tǒng)中應用了人工智能技術(shù)，并提出了“人工智能控制人工智能控制”的概念。的概念。n19671967年，年，LeondesLeondes等人首先正式使用等人首先正式使

6、用“智能控制智能控制”一詞，并把記憶、目標分解等一些簡單的人工智能技術(shù)用于學習控制系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)處理一詞，并把記憶、目標分解等一些簡單的人工智能技術(shù)用于學習控制系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)處理(chl)(chl)不確定性問題的能力。這標志著智能控制的思想已經(jīng)萌芽。不確定性問題的能力。這標志著智能控制的思想已經(jīng)萌芽。第6頁/共20頁第七頁，共20頁。n19701970年代初，傅京孫等人從控制論的角度進一步總結(jié)了人工智能技術(shù)與自適應、自組織、自學習控制的關系，正式提出智能控制是人工智能技術(shù)與控制理論的交叉，并在核反應堆、城市交通的控制中成功地應用了智能控制系統(tǒng)。年代初，傅京孫等人從控制論的角度進一步總結(jié)了人

7、工智能技術(shù)與自適應、自組織、自學習控制的關系，正式提出智能控制是人工智能技術(shù)與控制理論的交叉，并在核反應堆、城市交通的控制中成功地應用了智能控制系統(tǒng)。n19701970年代中期，智能控制在模糊控制的應用上取得了重要的進展。年代中期，智能控制在模糊控制的應用上取得了重要的進展。19741974年英國倫敦大學瑪麗皇后分校的年英國倫敦大學瑪麗皇后分校的E.H.MamdaniE.H.Mamdani教授把模糊理論用于控制領域，把扎德教授提出的教授把模糊理論用于控制領域，把扎德教授提出的IFIFTHENTHEN型模糊規(guī)則用于模糊推理，再把這種推理用于蒸汽機的自動運轉(zhuǎn)中通過實驗取得良好的結(jié)果。型模糊規(guī)則用于

8、模糊推理，再把這種推理用于蒸汽機的自動運轉(zhuǎn)中通過實驗取得良好的結(jié)果。n19771977年，薩里迪斯年，薩里迪斯(Saridis)(Saridis)提出了智能控制的三元結(jié)構(gòu)定義，即把智能控制看作為人工智能、自動控制和運籌學的交叉。提出了智能控制的三元結(jié)構(gòu)定義，即把智能控制看作為人工智能、自動控制和運籌學的交叉。n19701970年代后期起，把規(guī)則型模糊推理用于控制領域的研究頗為盛行。年代后期起，把規(guī)則型模糊推理用于控制領域的研究頗為盛行。19791979年，年，MandaniMandani又成功研制出自組織模糊控制器，使得又成功研制出自組織模糊控制器，使得(sh de)(sh de)模糊控制器具

9、有了較高的智能。模糊控制器具有了較高的智能。第7頁/共20頁第八頁，共20頁。n19821982年，年，F(xiàn)oxFox等人完成了一個稱為等人完成了一個稱為ISISISIS的加工車間調(diào)度的專家系統(tǒng)的加工車間調(diào)度的專家系統(tǒng)n19821982年，年，HopfieldHopfield引用能量函數(shù)的概念，使神經(jīng)網(wǎng)絡的平衡穩(wěn)定狀態(tài)有了明確的判據(jù)方法，并利用模擬電路的基本元件構(gòu)作了人工神經(jīng)網(wǎng)絡的硬件模型，為實現(xiàn)硬件奠定了基礎，使神經(jīng)網(wǎng)絡的研究取得突破性進展引用能量函數(shù)的概念，使神經(jīng)網(wǎng)絡的平衡穩(wěn)定狀態(tài)有了明確的判據(jù)方法，并利用模擬電路的基本元件構(gòu)作了人工神經(jīng)網(wǎng)絡的硬件模型，為實現(xiàn)硬件奠定了基礎，使神經(jīng)網(wǎng)絡的研究

10、取得突破性進展n19851985年，年，IEEEIEEE在紐約召開了第一屆全球智能控制在紐約召開了第一屆全球智能控制(kngzh)(kngzh)學術(shù)討論會，標志著智能控制學術(shù)討論會，標志著智能控制(kngzh)(kngzh)作為一個學科分支正式被學術(shù)界接受。作為一個學科分支正式被學術(shù)界接受。n19861986年，年，RumelhartRumelhart提出多層網(wǎng)絡的提出多層網(wǎng)絡的“遞推遞推”(”(或稱或稱“反傳反傳”)”)學習算法，簡稱學習算法，簡稱BPBP算法，從實踐上證實了人工神經(jīng)網(wǎng)絡具有很強的運算能力，算法，從實踐上證實了人工神經(jīng)網(wǎng)絡具有很強的運算能力，BPBP算法是最為引人注目，應用最

11、廣的神經(jīng)網(wǎng)絡算法之一算法是最為引人注目，應用最廣的神經(jīng)網(wǎng)絡算法之一n19871987年在費城舉行的國際智能控制年在費城舉行的國際智能控制(kngzh)(kngzh)會議上，提出了智能控制會議上，提出了智能控制(kngzh)(kngzh)是自動控制是自動控制(kngzh)(kngzh)，人工智能、運疇學相結(jié)合或自動控制，人工智能、運疇學相結(jié)合或自動控制(kngzh)(kngzh)、人工智能、運疇學和信息論相結(jié)合的說法。此后，每年舉行一次全球智能控制、人工智能、運疇學和信息論相結(jié)合的說法。此后，每年舉行一次全球智能控制(kngzh)(kngzh)研討會，形成了智能控制研討會，形成了智能控制(kng

12、zh)(kngzh)的研究熱潮。的研究熱潮。第8頁/共20頁第九頁，共20頁。一般來說，一個智能控制系統(tǒng)要具有對環(huán)境的敏感，進行決策和控制的功能，根據(jù)其性能要求的不同可以有各種人工智能一般來說，一個智能控制系統(tǒng)要具有對環(huán)境的敏感，進行決策和控制的功能，根據(jù)其性能要求的不同可以有各種人工智能(rn n zh nn)的水平。的水平。分析、組織數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)變換為機器理解的結(jié)構(gòu)化信息的能力；在復雜環(huán)境中選取優(yōu)化行為，使系統(tǒng)能在不確定情況下繼續(xù)工作的能力。具有辯識對象和事件、在客觀世界模型中獲取和表達知識、進行思考和計劃未來行動的具有感知環(huán)境、作出決策和控制的能力高級高級較高較高簡單簡單第9頁/共20頁

13、第十頁，共20頁。第10頁/共20頁第十一頁，共20頁。分級遞階分級遞階智能智能(zh nn)控制控制模糊控制模糊控制神經(jīng)網(wǎng)絡控制神經(jīng)網(wǎng)絡控制仿人智能控制仿人智能控制專家控制專家控制各種方法的綜合集成各種方法的綜合集成第11頁/共20頁第十二頁，共20頁。組織級協(xié)調(diào)級執(zhí)行級精 度智 能n 基于基于(jy)信息論的分級遞階智能控制信息論的分級遞階智能控制 三級分級遞階智能控制系統(tǒng)是由三級分級遞階智能控制系統(tǒng)是由GNSaridis于于1977年提出的。該系統(tǒng)由組織級、協(xié)調(diào)級和執(zhí)行級組成，遵循年提出的。該系統(tǒng)由組織級、協(xié)調(diào)級和執(zhí)行級組成，遵循“精度遞增伴隨智能遞減精度遞增伴隨智能遞減”的原則。的原則

14、。第12頁/共20頁第十三頁，共20頁。人類最初對事物的認識來看，都是定性的、模糊的和非精確的，因而將模糊信息引入智能控制具有現(xiàn)實的意義。模糊邏輯在控制領域的應用稱為模糊控制。人類最初對事物的認識來看，都是定性的、模糊的和非精確的，因而將模糊信息引入智能控制具有現(xiàn)實的意義。模糊邏輯在控制領域的應用稱為模糊控制。 它的基本思想是把人類專家對特定的被控它的基本思想是把人類專家對特定的被控(bi kn)對象或過程的控制策略總結(jié)成一系列以對象或過程的控制策略總結(jié)成一系列以“IF（條件）（條件）THEN（作用）（作用）”形式表示的控制規(guī)則，通過模糊推理得到控制作用集，作用于被控形式表示的控制規(guī)則，通過模

15、糊推理得到控制作用集，作用于被控(bi kn)對象或過程。對象或過程。第13頁/共20頁第十四頁，共20頁。人工神經(jīng)網(wǎng)絡采用仿生學的觀點與方法來研究人腦和智能人工神經(jīng)網(wǎng)絡采用仿生學的觀點與方法來研究人腦和智能(zh nn)(zh nn)系統(tǒng)中的高級信息處理。系統(tǒng)中的高級信息處理。第14頁/共20頁第十五頁，共20頁。專家控制可定義為：具有模糊專家智能的功能，采用專家系統(tǒng)技術(shù)與控制理論專家控制可定義為：具有模糊專家智能的功能，采用專家系統(tǒng)技術(shù)與控制理論(lln)(lln)相結(jié)合的方法設計控制系統(tǒng)。相結(jié)合的方法設計控制系統(tǒng)。第15頁/共20頁第十六頁，共20頁。仿人智能控制的核心思想是在控制過程中，利用計算機模擬人的控制行為功能，最大限度地識別和利用控制系統(tǒng)動態(tài)過程提供的特征信息，進行啟發(fā)和直覺推理，從而實現(xiàn)對缺乏精確模型的對象迸行有效的控制。其基本原理是模仿仿人智能控制的核心思想是在控制過程中，利用計算機模擬人的控制行為功能，最大限度地識別和利用控制系統(tǒng)動態(tài)過程提供的特征信息，進行啟發(fā)和直覺推理，從而實現(xiàn)對缺乏精確模型的對象迸行有效的控制。其基本原理是模仿(mfng)(mfng)人的啟發(fā)式直覺推理邏輯，即通過特征辯識判斷系統(tǒng)當前所處的特怔狀態(tài)，確定控制的策略，進行多模態(tài)控制。人的啟發(fā)式直覺推理邏輯，即通過特征辯識判斷系統(tǒng)當前所處