智能控制技術(shù)概述資料

1、智能(zh nn)控制 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 張勇 共三十七頁(yè)目錄(ml)智能(zh nn)控制應(yīng)用領(lǐng)域智能控制的提出智能控制的發(fā)展智能控制的概念共三十七頁(yè) 智 能 控 制 智能醫(yī)療 工業(yè) 智能交通 航天航空 軍事領(lǐng)域 智能家電 智能家居 智能電網(wǎng)智能控制代表著當(dāng)今科學(xué)和技術(shù)發(fā)展的最新方向之一。目前，智能控制技術(shù)已經(jīng)日漸完善，并得到廣泛應(yīng)用，例如智能家電、智能家居、智能電網(wǎng)、智能交通，航空航天、軍事以及(yj)工業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域。一、智能(zh nn)控制應(yīng)用領(lǐng)域共三十七頁(yè)智能(zh nn)家電已成新寵智能家電已成新寵(xn chn)。在日本，幾乎所有家用電器制造廠商都使用模糊技術(shù)。共三十七頁(yè)松下和日立

2、公司已生產(chǎn)了智能洗衣機(jī)，擁有更加人性化的設(shè)計(jì)，可以自動(dòng)調(diào)整洗衣服得各項(xiàng)參數(shù)，根據(jù)衣服來(lái)調(diào)整洗滌所需水位及洗滌時(shí)間。根據(jù)不同衣物的面料調(diào)整洗衣過(guò)程，更好保護(hù)衣物。 目前，很多大型家電集團(tuán)已開(kāi)發(fā)了國(guó)產(chǎn)(guchn)模糊控制洗衣機(jī) ，如：“小天鵝”，“海爾”等名牌智能洗衣機(jī)。智能(zh nn)洗衣機(jī)共三十七頁(yè)智能(zh nn)電視索尼和三洋生產(chǎn)的一些電視機(jī)使用模糊邏輯來(lái)自動(dòng)(zdng)調(diào)整屏幕的顏色、對(duì)比度和亮度。共三十七頁(yè)智能電網(wǎng)-能源(nngyun)價(jià)值鏈的變革共三十七頁(yè)汽車(qch)與智能交通汽車中也使用了大量的智能控制技術(shù)來(lái)完成控制功能。如Nissan豪華汽車中使用了模糊控制的反咬死剎車系統(tǒng)

3、，基于(jy)模糊邏輯的無(wú)級(jí)變速器。其他汽車生產(chǎn)廠家也已開(kāi)發(fā)了模糊發(fā)動(dòng)機(jī)控制和自動(dòng)駕駛控制系統(tǒng)等。共三十七頁(yè)汽車(qch)與智能交通 日本仙臺(tái)的地鐵使用模糊控制技術(shù)，使地鐵機(jī)車啟動(dòng)和停車非常(fichng)平穩(wěn)，乘客不必抓住扶手也能保持平衡。共三十七頁(yè)工 業(yè)最早的實(shí)用工業(yè)過(guò)程模糊控制是丹麥F. L. Smith公司研制的水泥窯模糊(m hu)邏輯計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，它已作為商品投放市場(chǎng)，是模糊控制在工業(yè)過(guò)程中成功應(yīng)用的范例之一。共三十七頁(yè)二、智能控制(kngzh)的產(chǎn)生控制理論的發(fā)展過(guò)程可以分為如下3個(gè)階段古典（經(jīng)典）控制理論時(shí)期，時(shí)間大約為20世紀(jì)3050年代現(xiàn)代控制理論時(shí)期，時(shí)間大約為20世紀(jì)

4、5070年代大系統(tǒng)(xtng)理論與智能控制時(shí)期，時(shí)間為20世紀(jì)70年代末至今 共三十七頁(yè)研究對(duì)象：?jiǎn)屋斎雴屋敵鼍€性系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型：常系數(shù)線性微分方程；傳遞函數(shù)分析與綜合方法：代數(shù)判據(jù)；根軌跡方法；頻率響應(yīng)法代表人物：奈奎斯特、伯德和伊文斯應(yīng)用：PID控制器設(shè)計(jì)局限性：難以有效(yuxio)地應(yīng)用于時(shí)變系統(tǒng)和多變量系統(tǒng)，也難以揭示系統(tǒng)更為深刻的特性在現(xiàn)實(shí)世界中是廣泛(gungfn)存在的經(jīng)典控制理論共三十七頁(yè)現(xiàn)代(xindi)控制理論背景：古典控制理論已經(jīng)成熟；計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展；所需要控制的系統(tǒng)不再是簡(jiǎn)單的單輸入單輸出線性系統(tǒng)研究對(duì)象：多輸入多輸出系統(tǒng)，線性/非線性；定常/時(shí)變；連續(xù)/離散(l

5、sn)數(shù)學(xué)模型：非線性微分方程（常系數(shù)/ 變系數(shù)）；狀態(tài)方程；傳遞函數(shù)矩陣分析方法：狀態(tài)空間描述法綜合方法：狀態(tài)反饋；輸出反饋；動(dòng)態(tài)反饋共三十七頁(yè)現(xiàn)代控制(kngzh)理論代表人物：前蘇聯(lián)數(shù)學(xué)家龐特里亞金、美國(guó)數(shù)學(xué)家貝爾曼、匈牙利數(shù)學(xué)家卡爾曼、瑞典的奧斯特隆姆、法國(guó)的朗道應(yīng)用：最優(yōu)控制、時(shí)滯系統(tǒng)控制、基于(jy)網(wǎng)絡(luò)的控制局限性：非線性系統(tǒng)的種類、形式非常復(fù)雜繁多，沒(méi)有一套統(tǒng)一的理論來(lái)解決只能就一類非線性系統(tǒng)進(jìn)行研究，得到的結(jié)果往往很保守共三十七頁(yè)大系統(tǒng)(xtng)理論與智能控制大系統(tǒng)理論是控制理論在廣度上的開(kāi)拓，智能控制則是控制理論在深度上的挖掘大系統(tǒng)理論用控制和信息的觀點(diǎn)，研究各種大系統(tǒng)的

6、結(jié)構(gòu)方案、總體設(shè)計(jì)中的分解方法(fngf)和協(xié)調(diào)等問(wèn)題智能控制研究與模擬人類智能活動(dòng)及其控制與信息傳遞過(guò)程的規(guī)律，研制具有某些仿人智能的工程控制與信息處理系統(tǒng)智能控制的概念和原理主要針對(duì)被控對(duì)象、環(huán)境，以及控制任務(wù)的復(fù)雜性提出的共三十七頁(yè)被控對(duì)象的復(fù)雜性模型的不確定性、高度非線性、動(dòng)態(tài)突變、多時(shí)間標(biāo)度、復(fù)雜的信息模式、龐大的數(shù)據(jù)量環(huán)境的復(fù)雜性環(huán)境變化(binhu)的不確定和難以辨識(shí)?，F(xiàn)在的大規(guī)模復(fù)雜控制與決策問(wèn)題，必須把外界環(huán)境和被控對(duì)象，以及控制器作為一個(gè)整體進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)控制任務(wù)的復(fù)雜性傳統(tǒng)數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述不精確。控制任務(wù)有多重性和時(shí)變性，一個(gè)復(fù)雜任務(wù)的確定，需要多次反復(fù)，而且還包括任務(wù)所含信

7、息的處理過(guò)程 1）控制系統(tǒng)(kn zh x tn)的復(fù)雜性智能控制的提出：共三十七頁(yè)在傳統(tǒng)的控制理論中，系統(tǒng)的描述通常采用微分方程或差分方程，是一個(gè)(y )精確模型，對(duì)控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)也基于這個(gè)精確模型迄今為止，還不存在直接采用工程技術(shù)術(shù)語(yǔ)描述系統(tǒng)，并基于該描述分析與設(shè)計(jì)系統(tǒng)的方法，這使得從工程技術(shù)術(shù)語(yǔ)到數(shù)學(xué)描述的轉(zhuǎn)化尤為必要在轉(zhuǎn)化過(guò)程中，雖然被解決的問(wèn)題作了很多簡(jiǎn)化，但是，也失去了原來(lái)的被解決問(wèn)題的很多信息2）傳統(tǒng)控制(kngzh)理論與方法的局限性（1）缺乏合適的系統(tǒng)描述方法共三十七頁(yè)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了很多必須(bx)采用工程技術(shù)術(shù)語(yǔ)描述的新型的復(fù)雜系統(tǒng)家庭陪護(hù)機(jī)器人、柔性制造

8、系統(tǒng)、智能信息檢索系統(tǒng)等在計(jì)算機(jī)的支持下，它們會(huì)思考，會(huì)推理，能部分地實(shí)現(xiàn)人的智能對(duì)于這些系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)語(yǔ)言去描述，并基于該描述分析和設(shè)計(jì)，就顯得無(wú)能為力，因此，必須尋求新的系統(tǒng)描述方法共三十七頁(yè)傳統(tǒng)的控制方法也有辦法對(duì)付被控對(duì)象和環(huán)境的不確定性和復(fù)雜性，達(dá)到(d do)優(yōu)化控制的目的，如自適應(yīng)控制和魯棒控制。（2）缺乏有效(yuxio)的處理不確定性的方法在實(shí)際應(yīng)用中，尤其在工業(yè)過(guò)程控制中被控對(duì)象的嚴(yán)重非線性、數(shù)學(xué)模型的不確定性、系統(tǒng)工作點(diǎn)變化劇烈自適應(yīng)控制（對(duì)參數(shù)變化要求較為嚴(yán)格）和魯棒控制（魯棒區(qū)域有限）存在著難以彌補(bǔ)的嚴(yán)重缺陷，應(yīng)用的有效性受到很大限制，這就促使人們研究新的控制理

9、論和方法共三十七頁(yè)傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的輸入信息比較單一現(xiàn)代的復(fù)雜系統(tǒng)要以各種形式視覺(jué)的、聽(tīng)覺(jué)的、觸覺(jué)的，以及直接操作的方式將環(huán)境信息，包括(boku)圖形、文字、語(yǔ)言、聲音，以及傳感器感知的物理量等，作為系統(tǒng)的輸入將各種信息融合、分析和推理（3）傳統(tǒng)控制輸入(shr)信息的單一性共三十七頁(yè)3）與人的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)(zh shi)結(jié)合的必要性出發(fā)點(diǎn)：人類具有很強(qiáng)的學(xué)習(xí)和適應(yīng)環(huán)境的能力，有些復(fù)雜的系統(tǒng)，憑人的知覺(jué)和經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌蚝芎玫剡M(jìn)行操作，并達(dá)到理想的控制效果我們?cè)诓妥郎嫌每曜雍苋菀讑A到要吃的食物(shw)，并輕而易舉地放入口中如果要把這一系列動(dòng)作和環(huán)境建立精確的模型，然后，再一步一步地按模型去操作，該過(guò)程是

10、多么復(fù)雜，而又多么難以實(shí)現(xiàn) 啟發(fā)：將人的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和控制理論有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，解決復(fù)雜系統(tǒng)的控制問(wèn)題共三十七頁(yè)三、智能(zh nn)控制的發(fā)展 智能控制思潮出現(xiàn)于60年代，智能控制的產(chǎn)生和發(fā)展經(jīng)歷(jngl)了萌芽、形成和發(fā)展三個(gè)階段。 現(xiàn)在發(fā)展期形成期萌芽期196019701980共三十七頁(yè)1965年，加利福尼亞大學(xué)的扎德(L.A. Zadeh)教授提出了模糊(m hu)集合理論；1）萌芽期（19601970）L.A. Zadeh1967年，利昂德斯（C.T.Leondes）和門德?tīng)柺紫仁褂谩爸悄芸刂啤币辉~。這標(biāo)志著智能控制的思想已經(jīng)(y jing)萌芽共三十七頁(yè)2）形成期（19701980）2

11、0世紀(jì)70年代可以看做是智能控制的形成期：1974年英國(guó)工程師曼德尼（E.H.Mamdani）將模糊集合(jh)和模糊語(yǔ)言用于鍋爐和蒸汽機(jī)的控制，取得良好的結(jié)果。1977年，薩里迪斯(Saridis)提出智能控制三元結(jié)構(gòu)定義。共三十七頁(yè)1985年，IEEE在紐約召開(kāi)了第一屆全球智能控制學(xué)術(shù)討論會(huì)，標(biāo)志著智能控制作為一個(gè)學(xué)科分支正式被學(xué)術(shù)界接受。1987年在費(fèi)城舉行的國(guó)際智能控制會(huì)議上，提出了智能控制是自動(dòng)控制(z dn kn zh)，人工智能、運(yùn)疇學(xué)相結(jié)合的說(shuō)法。此后，每年舉行一次全球智能控制研討會(huì)，形成了智能控制的研究熱潮。3）發(fā)展期（1980 ）共三十七頁(yè)智能(zh nn)控制的發(fā)展 自動(dòng)

12、控制的發(fā)展過(guò)程開(kāi)環(huán)控制反饋控制最優(yōu)控制隨機(jī)控制自適應(yīng)/魯棒控制自學(xué)習(xí)控制智能控制進(jìn)展方向控制復(fù)雜性經(jīng)典(jngdin)控制理論現(xiàn)代控制理論智能控制理論共三十七頁(yè) 智能控制在控制理論(lln)中的位置 智能控制是目前控制理論的最高級(jí)形式，代表了控制理論的發(fā)展趨勢(shì)，能有效地處理(chl)復(fù)雜的控制問(wèn)題。 其相關(guān)技術(shù)可以推廣應(yīng)用于控制之外的領(lǐng)域：金融、管理、土木、醫(yī)療等等。共三十七頁(yè)四、智能(zh nn)控制的概念 智能控制的目標(biāo)仍然(rngrn)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，但其實(shí)現(xiàn)控制的核心是“知識(shí)”和“推理思考”。 其中重要的是模仿人的智能，包括利用人類現(xiàn)有的控制知識(shí)和推理方法，當(dāng)然也結(jié)合了機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)產(chǎn)生知

13、識(shí)、結(jié)合計(jì)算推理來(lái)得出結(jié)論。 所以智能控制的“智能”是人類智能和機(jī)器計(jì)算智能的結(jié)合。共三十七頁(yè) 智能控制屬于典型的交叉學(xué)科，涉及人工智能、自動(dòng)控制、運(yùn)籌學(xué)、系統(tǒng)論、信息論等，在系統(tǒng)(xtng)的實(shí)現(xiàn)上則必須依托計(jì)算機(jī)技術(shù)。人工智能 ( AI )運(yùn)籌學(xué) ( OR )智能控制自動(dòng)控制 ( AC )智能(zh nn)控制的三元交集論共三十七頁(yè)智能(zh nn)控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)30通常意義(yy)下的被控對(duì)象和外部環(huán)境核心人類知識(shí)和控制經(jīng)驗(yàn)；機(jī)器學(xué)習(xí)獲取的知識(shí)根據(jù)當(dāng)時(shí)的輸入信息和有限的知識(shí)推理得出最佳控制輸出，是體現(xiàn)智能的重要環(huán)節(jié)。智能控制器共三十七頁(yè)智能控制(kngzh)的主要類型模糊控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

14、控制專家(zhunji)控制系統(tǒng)仿生智能控制學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)遞階智能控制綜合智能控制系統(tǒng)31共三十七頁(yè)模糊控制32模糊(m hu)控制器模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖共三十七頁(yè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制（Neural Network Control）是模擬人腦神經(jīng)中樞(shn jn zhn sh)系統(tǒng)智能活動(dòng)的一種控制方式。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)神經(jīng)元以及相互連接的權(quán)值，初步實(shí)現(xiàn)生物神經(jīng)系統(tǒng)的部分功能。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有非線性映射能力、并行計(jì)算能力、自學(xué)習(xí)能力以及強(qiáng)魯棒性的特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于控制領(lǐng)域，尤其是非線性系統(tǒng)領(lǐng)域。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在控制系統(tǒng)中的作用有兩種功能模式：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。33共三十七頁(yè)學(xué)習(xí)是人類的主要

15、智能之一，在人類的進(jìn)化過(guò)程中，學(xué)習(xí)起著非常重要的作用學(xué)習(xí)作為一種過(guò)程，通過(guò)重復(fù)各種輸入信號(hào)，并從外部校正該系統(tǒng)，從而使系統(tǒng)對(duì)特定的輸入具有特定的響應(yīng)學(xué)習(xí)控制正是模擬人類自身各種優(yōu)良的控制調(diào)節(jié)機(jī)制(jzh)的一種嘗試在運(yùn)行過(guò)程中，逐步獲得被控對(duì)象及其環(huán)境的非預(yù)知信息，積累經(jīng)驗(yàn)，并在一定的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)下，進(jìn)行估計(jì)、分類、決策，以及不斷改善系統(tǒng)品質(zhì) 學(xué)習(xí)(xux)控制 共三十七頁(yè)仿生智能控制從某種意義上說(shuō)，智能控制就是仿生和擬人控制，模仿人和生物的控制機(jī)構(gòu)、行為和功能所進(jìn)行的控制。進(jìn)化控制、免疫控制等是仿生控制，而遞階控制、專家控制、學(xué)習(xí)控制和仿人控制等則屬于擬人控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制兩者皆屬）在模擬人的控

16、制結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究和模擬人的控制行為與功能，并把它用于控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)，就是仿人控制。生物群體的生存過(guò)程普遍遵循達(dá)爾文的“物競(jìng)天擇、適者生存”的進(jìn)化準(zhǔn)則，生物通過(guò)個(gè)體間的選擇、交叉、變異來(lái)適應(yīng)(shyng)大自然環(huán)境。把進(jìn)化計(jì)算機(jī)制用于控制過(guò)程，則可實(shí)現(xiàn)進(jìn)化控制這種新的仿生智能控制。自然免疫系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的自適應(yīng)系統(tǒng)，能夠有效運(yùn)用各種免疫機(jī)制防御外部病原體入侵。通過(guò)進(jìn)化學(xué)習(xí)，免疫系統(tǒng)對(duì)外部病原體和自身細(xì)胞進(jìn)行辨識(shí)。把免疫控制和計(jì)算方法用于控制系統(tǒng)，即可構(gòu)成免疫控制系統(tǒng)。35共三十七頁(yè)考核(koh)方式PPT演講及其報(bào)告，各占50%要求：1）4-5個(gè)人一組，最好(zu ho)是一個(gè)導(dǎo)師的；2）以智能控制在某一實(shí)際問(wèn)題上的應(yīng)用，深刻理解其工作原理，優(yōu)缺點(diǎn)，及其可能的改進(jìn)，并制作ppt；（鼓勵(lì)結(jié)合所研究課題，給出智能控制的創(chuàng)新性應(yīng)用）3）每組準(zhǔn)備ppt不超過(guò)10分鐘；4）下次上課時(shí)，把分組名單交給我；5）最后，結(jié)合PPT內(nèi)容，提交學(xué)習(xí)報(bào)告一份（12月底之間交給我）。共三十七頁(yè)內(nèi)容摘要智能控制。如Nissan豪華汽車中使用了模糊控制的反咬死剎車系統(tǒng)，基于模糊邏輯的無(wú)