控制科學(xué)與工程課件

提要一、自動控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用二、控制科學(xué)與信息技術(shù)

三、控制科學(xué)的發(fā)展趨勢

四、自動控制系統(tǒng)的控制方式

五、自動控制系統(tǒng)的分類

七、智能控制簡介八、錢學(xué)森與控制論提要一、自動控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用1自動控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用日常生活中的自動控制技術(shù)應(yīng)用電梯由于有自動控制才能準(zhǔn)確地停在相應(yīng)樓層。衛(wèi)生間用的抽水馬桶是一水量自動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)?？照{(diào)、冰箱、電熱水器是一個溫度調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。自動洗衣機(jī)采用了多種自動控制技術(shù)。彩色電視機(jī)的行掃描、場掃描、圖像顯示都是由于采用了自動控制技術(shù)才使其工作如此穩(wěn)定。移動通信手機(jī)的發(fā)射功率會隨著手機(jī)與基站距離的遠(yuǎn)近而自動調(diào)整。無規(guī)矩，不成方圓！自動控制無處不在！自動控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用日常生活中的自動控制技術(shù)應(yīng)用電梯由于有2自動控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用(續(xù))自動控制技術(shù)廣泛用于工業(yè)、國防自動控制技術(shù)在煉鋼、軋鋼、化工、石油、電力、造紙、紡織、皮革、食品和醫(yī)藥等工業(yè)中廣泛應(yīng)用。沒有自動控制技術(shù)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)將無法進(jìn)行。航空、航海、汽車和鐵路運(yùn)輸離不開自動控制技術(shù)和系統(tǒng)。其中涉及的自動控制技術(shù)包括：自動控制理論方法、傳感器件、自動控制設(shè)備系統(tǒng)、控制軟件技術(shù)、工業(yè)計算機(jī)、控制總線、可靠性分析和診斷技術(shù)等。飛機(jī)、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、火炮、魚雷、飛船都是復(fù)雜綜合控制技術(shù)系統(tǒng)的集成。自動控制已形成“控制科學(xué)”的綜合性學(xué)科。自動控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用(續(xù))自動控制技術(shù)廣泛用于工業(yè)、國防自3自動控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用(續(xù))全自動柔性噴涂機(jī)器人巡航導(dǎo)彈控制計算機(jī)電機(jī)/驅(qū)動器光碼盤總線機(jī)器人手臂GPS接收系統(tǒng)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)字化地圖取景相機(jī)自動控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用(續(xù))全自動柔性噴涂機(jī)器人巡航導(dǎo)彈控4自動控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用(續(xù))先進(jìn)控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域1智能機(jī)器人系統(tǒng)2航天航空控制系統(tǒng)3交通運(yùn)輸系統(tǒng)4環(huán)保與能源系統(tǒng)5社會經(jīng)濟(jì)管理系統(tǒng)自動控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用(續(xù))先進(jìn)控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域1智能機(jī)5控制科學(xué)與信息技術(shù)控制的定義：為了“改善”某個或某些受控對象的功能或發(fā)展，需要獲得并使用信息，以這種信息為基礎(chǔ)對于該對象的調(diào)節(jié)、操縱、管理、指揮、監(jiān)督的過程和作用，就叫作控制?？刂频幕A(chǔ)是信息1948

年諾伯特·維納發(fā)表論著《控制論（Cybernetics）—關(guān)于在動物和機(jī)器中控制和通訊的科學(xué)》開創(chuàng)了一個新的學(xué)科領(lǐng)域—控制科學(xué)。整個控制過程是一個信息流通的過程，控制是通過信息的傳輸、變換、加工、處理來實(shí)現(xiàn)的。結(jié)論：控制與信息技術(shù)密不可分?？刂瓶茖W(xué)與信息技術(shù)控制的定義：控制的基礎(chǔ)是信息整6控制科學(xué)與信息技術(shù)(續(xù))無論自動機(jī)器，生物神經(jīng)系統(tǒng)、動物生命系統(tǒng)，以至經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、社會系統(tǒng)，撇開各自的物理形態(tài)特征，都可以看作是一個自動控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)的通用模型信息獲取分折決策規(guī)則策略調(diào)節(jié)操縱管理指揮監(jiān)督被控對象反饋?zhàn)詣涌刂葡到y(tǒng)的通用模型信息信息信息信息信息信息控制過程=信息傳輸和處理的過程控制科學(xué)與信息技術(shù)(續(xù))無論自動機(jī)器，生物神經(jīng)系統(tǒng)、動物生命7控制科學(xué)與信息技術(shù)(續(xù))反饋通道的作用反饋是控制論的核心問題。控制論就是研究如何利用控制器，通過信息的變換和反饋，使系統(tǒng)能自動按照人們預(yù)定的程序、參數(shù)運(yùn)行，并最終達(dá)到最優(yōu)目標(biāo)或行為效果。反饋通道的性能參數(shù)，往往關(guān)系整個控制系統(tǒng)性能及穩(wěn)定性。控制科學(xué)的萌芽自動控制的概念在18世紀(jì)瓦特己用于蒸汽機(jī)中，但未形成系統(tǒng)的理論。1788年瓦特發(fā)明了離心調(diào)速器和節(jié)氣閥蒸汽機(jī)

離心調(diào)速器控制科學(xué)與信息技術(shù)(續(xù))反饋通道的作用反饋是控制論的8控制科學(xué)與信息技術(shù)(續(xù))控制科學(xué)的里程碑

1932年奈魁斯特（H.Nyquist）有關(guān)反饋放大器穩(wěn)定性論文，開創(chuàng)了定量分析的閉環(huán)控制理論?？刂萍夹g(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。50年代在空間技術(shù)發(fā)展的推動下，控制理論得到了大發(fā)展。60年代隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，許多新方法和技術(shù)進(jìn)入工程化、產(chǎn)品化階段，顯著加快了工業(yè)技術(shù)更新的步伐，促進(jìn)了智能控制的應(yīng)用，形成了智能控制理論和技術(shù)?，F(xiàn)代信息技術(shù)與控制理論相結(jié)合，使控制系統(tǒng)顯現(xiàn)出規(guī)模龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因素眾多，功能綜合的特點(diǎn)，從而控制論也向大系統(tǒng)理論發(fā)展。而形成了一個新的學(xué)科——控制科學(xué)?？刂瓶茖W(xué)：是自動控制、計算機(jī)科學(xué)、通信技術(shù)、數(shù)理邏輯、神經(jīng)生理學(xué)、統(tǒng)計力學(xué)和行為科學(xué)多種科學(xué)技術(shù)相互滲透形成的一門交叉、綜合性學(xué)科?？刂瓶茖W(xué)與信息技術(shù)(續(xù))控制科學(xué)的里程碑1932年奈魁9控制科學(xué)與信息技術(shù)(續(xù))控制科學(xué)與工程的主要理論技術(shù)自動控制原理智能控制模糊控制專家系統(tǒng)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識別傳感器與檢測技術(shù)測控技術(shù)與系統(tǒng)過程控制與系統(tǒng)控制科學(xué)與工程計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)相關(guān)課程信息與通信工程相關(guān)課程相關(guān)學(xué)科系統(tǒng)辨識最優(yōu)控制控制科學(xué)與信息技術(shù)(續(xù))控制科學(xué)與工程的主要理論技術(shù)自動控制10與工業(yè)信息化建設(shè)的關(guān)系1、產(chǎn)品生產(chǎn)過程信息化：決策支持系統(tǒng)、計算機(jī)輔助設(shè)計、專家系統(tǒng)、檢驗(yàn)、測試、質(zhì)量控制系統(tǒng)等。2、生產(chǎn)信息化：計算機(jī)集成制造系統(tǒng)、計算機(jī)輔助制造系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)、復(fù)雜工業(yè)過程控制系統(tǒng)等。3、生產(chǎn)管理信息化：辦公自動化、材料需求信息化、企業(yè)資源信息化等?？刂瓶茖W(xué)與信息技術(shù)(續(xù))控制科學(xué)與計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、信息與通信工程相結(jié)合，正在推動國家的工業(yè)信息化建設(shè)向前發(fā)展！與工業(yè)信息化建設(shè)的關(guān)系1、產(chǎn)品生產(chǎn)過程信息化：控制科學(xué)與信息1120世紀(jì)40年代用經(jīng)典控制理論解決火炮控制﹑魚雷導(dǎo)航﹑飛機(jī)導(dǎo)航等技術(shù)問題﹐逐步形成了以分析和設(shè)計單變量控制系統(tǒng)為主要內(nèi)容的經(jīng)典控制理論與方法。經(jīng)典控制理論現(xiàn)代控制理論大系統(tǒng)控制理論控制科學(xué)的發(fā)展及應(yīng)用控制科學(xué)的發(fā)展歷程50年代末到60年代初﹐工程實(shí)踐﹐尤其是航天技術(shù)的發(fā)展﹐涉及多輸入多輸出系統(tǒng)的最優(yōu)控制問題﹐用經(jīng)典的控制理論已難于解決﹐于是產(chǎn)生了以極大值原理﹑動態(tài)規(guī)劃和狀態(tài)空間法等為核心的現(xiàn)代控制理論。20世紀(jì)70年代始，控制論由工程控制論、生物控制論向經(jīng)濟(jì)控制論、社會控制論發(fā)展。電子計算機(jī)的廣泛應(yīng)用和人工智能研究的開展，使控制系統(tǒng)顯現(xiàn)出規(guī)模龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因素眾多，功能綜合的特點(diǎn)，從而控制論也向大系統(tǒng)理論發(fā)展。20世紀(jì)40年代用經(jīng)典控制理論解決火炮控制﹑魚雷導(dǎo)航﹑飛機(jī)導(dǎo)12控制科學(xué)的發(fā)展及應(yīng)用(續(xù))

控制科學(xué)研究的領(lǐng)域工程控制論大生產(chǎn)過程控制自動火炮控制導(dǎo)彈控制衛(wèi)星、飛船控制機(jī)器人控制控制科學(xué)的發(fā)展及應(yīng)用(續(xù))控制科學(xué)研究的領(lǐng)域工程控制論大生13自動控制系統(tǒng)的控制方式控制類型開環(huán)控制閉環(huán)控制自動控制系統(tǒng)的控制方式控制類型開環(huán)閉環(huán)14開環(huán)控制自動控制系統(tǒng)的控制方式(續(xù))開環(huán)控制的特點(diǎn)是控制裝置與被控對象之間只有正向控制作用而沒有反向作用的連接方式，即系統(tǒng)的輸出量對輸入量沒有影響。開環(huán)控制系統(tǒng)框圖ug放大器和控制裝置udnd直流電機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

例：開環(huán)控制自動控制系統(tǒng)的控制方式(續(xù))開環(huán)控制的特點(diǎn)是控制裝15自動控制系統(tǒng)的控制方式(續(xù))閉環(huán)控制閉環(huán)系統(tǒng)原理框圖閉環(huán)控制：在控制器與被控對象之間，不僅有正向作用通路，而且存在著反饋?zhàn)饔猛贰＜聪到y(tǒng)的被控量對輸入量有直接影響。這里的反饋是指把輸出量檢測出來反送到系統(tǒng)的輸入端并與輸入信號比較以影響控制的過程。若反饋信號是與輸入信號相減則稱為負(fù)反饋；若相加，則稱為正反饋。自動控制系統(tǒng)的控制方式(續(xù))閉環(huán)控制閉環(huán)系統(tǒng)原理框圖閉環(huán)控16自動控制系統(tǒng)的控制方式(續(xù))ug放大器和控制裝置udndub直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

直流電機(jī)速度的閉環(huán)控制說明：首先，對電動機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量、轉(zhuǎn)換。然后將測量信號與輸入量進(jìn)行比較。由于轉(zhuǎn)速之間不容易直接比較大小，因此，將輸入與輸出轉(zhuǎn)速變換成相應(yīng)的電壓信號。由速度傳感器完成變換。最后，根據(jù)偏差的極性和大小來調(diào)整轉(zhuǎn)速，使電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定。自動控制系統(tǒng)的控制方式(續(xù))ug放大器和控制裝置udnd17自動控制系統(tǒng)的控制方式(續(xù))控制類型比較閉環(huán)控制精度較高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分析困難，難于設(shè)計。

開環(huán)控制精度較低，結(jié)構(gòu)簡單，容易分析，便于設(shè)計。控制類型比較兩類系統(tǒng)各有特點(diǎn)自動控制系統(tǒng)的控制方式(續(xù))控制類型比較閉環(huán)控制精度較高，18自動控制系統(tǒng)的分類

（一）按參考輸入形式分為恒值系統(tǒng)和隨動系統(tǒng)（二）按系統(tǒng)特性分成線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)（三）按信號的傳遞形式分成連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)（四）按信號的多少分為單輸入單輸出與多輸入多輸出系統(tǒng)（五）按參數(shù)變化分為定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng)

自動控制系統(tǒng)的分類按參數(shù)特性分類自動控制系統(tǒng)的分類（一）按參考輸入形式（二）按系統(tǒng)特性（19自動控制系統(tǒng)的分類(續(xù))按控制類型分類控制類型智能型非智能型自動控制系統(tǒng)的分類(續(xù))按控制類型分類控制類型智能型非智能20自動控制系統(tǒng)的分類(續(xù))自動控制系統(tǒng)的分類方法種類繁多、錯綜復(fù)雜，大系統(tǒng)尤其如此。按照不同標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用可以分成不同的類型。自動控制系統(tǒng)的分類(續(xù))自動控制系統(tǒng)的分類方法種類21智能控制簡介傳統(tǒng)控制方法面臨的挑戰(zhàn)1、控制對象存在嚴(yán)重的不確定性，控制模型未知或模

型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)在很大的范圍內(nèi)變化；2、控制對象具有高度的非線性特征和多輸入多輸出耦合；3、控制任務(wù)要求復(fù)雜，例如，在智能機(jī)器人系統(tǒng)中，

要求系統(tǒng)對一個復(fù)雜的任務(wù)具有自行規(guī)劃和決策的

能力，有自動躲避障礙達(dá)到目的地的能力。面對上述挑戰(zhàn)的有效解策略：利用人工智能的方法，使控制系統(tǒng)具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織的能力，解決難以用數(shù)學(xué)的方法精確描述的復(fù)雜的、隨機(jī)的、模糊的、柔性的控制問題智能控制簡介傳統(tǒng)控制方法面臨的挑戰(zhàn)1、控制對象存在嚴(yán)重的不22

智能控制簡介(續(xù))模糊控制技術(shù)1965年美國加利福尼亞州立大學(xué)伯克利分校Zedeh提出的模糊集合和創(chuàng)立的模糊邏輯。所謂模糊邏輯，就是一種能夠在容許定義的二值之間的模糊地帶，有選擇地正確執(zhí)行某一指令的技術(shù)，稱模糊技術(shù)。微處理器采用模糊邏輯之后，其控制能力更接近人類的思維方式。比如，70歲以上的人是老年人，那么69歲的人是不是老年人呢？這一問題如果用精確邏輯推算就只能確認(rèn)70歲的人為老年人，而在現(xiàn)實(shí)生活69歲的人如果身體不好肯定也會遵為老年人。這就出現(xiàn)了判別上的差異，模糊邏輯是為了實(shí)現(xiàn)這種類智能。

1974年，Mamdani提出了基于模糊語言描述控制規(guī)則的模糊控制器，將模糊集和模糊語言邏輯用于工業(yè)過程控制，之后又成功地研制出自組織模糊控制器，使得模糊控制器的智能化水平有了較大提高。模糊控制的形成和發(fā)展，以及與人工智能的相互滲透，對智能控制理論的形成起了十分重要的推動作用。智能控制簡介(續(xù))模糊控制技術(shù)1965年23評述：模糊控制技術(shù)是一種人工智能策略，是模擬人的推理和綜合決策過程，使控制算法的可控性、適應(yīng)性和合理性提高，它己成為智能控制技術(shù)的一個重要分支。智能控制簡介(續(xù))模糊控制技術(shù)進(jìn)一步詮釋模糊控制是要根據(jù)系統(tǒng)輸入輸出模型完成模糊推理。推理是建立在模糊邏輯規(guī)則基礎(chǔ)上的信息處理過程。模糊邏輯推理系統(tǒng)模糊控制己應(yīng)用于家用電器、彩色電視顯像控制等產(chǎn)品中！評述：模糊控制技術(shù)是一種人工智能策略，是模擬人的推理和綜合決24智能控制簡介(續(xù))專家系統(tǒng)1、專家系統(tǒng)概念運(yùn)用特定領(lǐng)域的專門知識，通過推理來模擬通常由人類專家才能解決的各種復(fù)雜的、具體的問題，達(dá)到與專家具有同等解決問題能力的計算機(jī)智能程序系統(tǒng)。2、專家系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)：

專家系統(tǒng)與傳統(tǒng)的計算機(jī)程序系統(tǒng)有著完全不同的體系結(jié)構(gòu)，通常它由知識庫、推理機(jī)、綜合數(shù)據(jù)庫、知識獲取機(jī)制、解釋機(jī)制和人機(jī)接口等幾部分組成。隨專家系統(tǒng)的類型、功能和規(guī)模的不同，專家系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)而有所差異。智能控制簡介(續(xù))專家系統(tǒng)1、專家系統(tǒng)概念2、專家系統(tǒng)的體系25智能控制簡介(續(xù))3、專家系統(tǒng)類型：診斷型專家系統(tǒng)：根據(jù)對癥狀的觀察分析，推導(dǎo)出產(chǎn)生癥狀的原因以及排除故障方法的一類系統(tǒng)，如醫(yī)療、機(jī)械、經(jīng)濟(jì)等。解釋型專家系統(tǒng)：根據(jù)表層信息解釋深層結(jié)構(gòu)或內(nèi)部情況的一類系統(tǒng)，如地質(zhì)結(jié)構(gòu)分析、物質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)分析等。預(yù)測型專家系統(tǒng)：根據(jù)現(xiàn)狀預(yù)測未來的一類系統(tǒng)，如氣象預(yù)報、人口預(yù)測、水文預(yù)報、經(jīng)濟(jì)形勢預(yù)測等。設(shè)計型專家系統(tǒng)：根據(jù)給定的產(chǎn)品要求設(shè)計產(chǎn)品的一類系統(tǒng)，如建筑設(shè)計、機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計等。決策型專家系統(tǒng)：對可行方案進(jìn)行綜合評判并優(yōu)選的一類專家系統(tǒng)。

智能控制簡介(續(xù))3、專家系統(tǒng)類型：26智能控制簡介(續(xù))

專家系統(tǒng)的優(yōu)良性能包括下列幾個方面：

(1)專家系統(tǒng)能夠高效率、準(zhǔn)確、周到、迅速地進(jìn)行工作。

(2)專家系統(tǒng)不受周圍環(huán)境的影響，也不可能遺漏忘記。

(3)可以使專家的專長不受時間和空間的限制。

(4)專家系統(tǒng)使各領(lǐng)域?qū)＜业膶I(yè)知識和經(jīng)驗(yàn)得到總結(jié)和精煉。

4、專家系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)規(guī)劃型專家系統(tǒng)：用于制定行動規(guī)劃的一類專家系統(tǒng)，如自動程序設(shè)計、軍事計劃的制定等。

監(jiān)測型專家系統(tǒng)：對某類行為進(jìn)行監(jiān)測并在必要時候進(jìn)行干預(yù)的一類專家系統(tǒng)，如機(jī)場、倉庫監(jiān)視，森林監(jiān)測等。

調(diào)試型專家系統(tǒng)：對失靈的對象給出處理意見和方法。調(diào)試專家系統(tǒng)同時具有規(guī)劃、設(shè)計、預(yù)報和診斷等專家系統(tǒng)的功能?？捎糜诰S修設(shè)備、調(diào)整、測量。智能控制簡介(續(xù))專家系統(tǒng)的優(yōu)良性能包括下列幾個方面：427智能控制簡介(續(xù))5、專家系統(tǒng)的發(fā)展專家系統(tǒng)的發(fā)展使專家系統(tǒng)具有學(xué)習(xí)的能力具有處理常識的能力獲取與更新知識的能力分布式專家系統(tǒng)發(fā)展不同層次解釋的能力深層的推理能力專家系統(tǒng)發(fā)展的總趨勢是進(jìn)一步提高智能：-能經(jīng)由感應(yīng)直接接受外界資料或由外部知識庫獲得資料；

-在推理機(jī)中能擬定規(guī)劃，仿真系統(tǒng)狀況；

-知識庫有規(guī)劃、分類、結(jié)構(gòu)模式及行為模式的動態(tài)知識表述。智能控制簡介(續(xù))5、專家系統(tǒng)的發(fā)展專家系統(tǒng)使專家系統(tǒng)具有28智能控制簡介(續(xù))模式識別模式識別(PatternRecognition)：計算機(jī)實(shí)現(xiàn)模式的自動處理和判讀。智能技術(shù)中的模式識別主要是對語音波形、地震波、心電圖、腦電圖、圖片、照片、文字、符號、生物信息等對象進(jìn)行模式測量、分類和辨識。圖像識別、文字識別和語音識別是模式識別技術(shù)最有價值的代表性成果。模式—是環(huán)境與客體的統(tǒng)稱。信息處理過程的一個重要形式是對環(huán)境及客體的識別。智能控制簡介(續(xù))模式識別模式識別(PatternReco29智能控制簡介(續(xù))人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)生物神經(jīng)元人工神經(jīng)元神經(jīng)元輸入輸出1、神經(jīng)元每個神元經(jīng)細(xì)胞都長著一根像電線一樣的稱為軸突(axon)，用來將信號傳遞給其他的神經(jīng)細(xì)胞。人工神經(jīng)元是模仿生物神經(jīng)元的一個信息處理單元。智能控制簡介(續(xù))人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)生物神經(jīng)元人工神經(jīng)元神經(jīng)元輸入30輸入層：接受非線形輸入信息。輸出層：各層神經(jīng)元鏈接中傳輸、分析、加權(quán)的輸出信息。

隱藏層：是輸入層和輸出層之間神經(jīng)元和鏈接層面。2、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種應(yīng)用類似于大腦神經(jīng)突觸聯(lián)接的結(jié)構(gòu)進(jìn)行信息處理的數(shù)學(xué)模型。通常為多層網(wǎng)絡(luò)。智能控制簡介(續(xù))輸入層：接受非線形輸入信息。2、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是31網(wǎng)絡(luò)通過訓(xùn)練樣本的訓(xùn)練、校正，對各個層的權(quán)重進(jìn)行調(diào)整后，即確定了網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，這一建立模型的過程，稱為自動學(xué)習(xí)過程。具體的學(xué)習(xí)方法則因網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和模型不通而不同。3、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)（訓(xùn)練）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)框圖通過學(xué)習(xí)訓(xùn)練后的網(wǎng)絡(luò)即可用于控制、識別等實(shí)際系統(tǒng)中。智能控制簡介(續(xù))網(wǎng)絡(luò)通過訓(xùn)練樣本的訓(xùn)練、校正，對各個層的權(quán)重進(jìn)行調(diào)整32神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型以神經(jīng)元的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，它有自學(xué)習(xí)、自組織能力，它在控制、識別和信息處理系統(tǒng)中其所以對人們有巨大吸引力主要在下列幾點(diǎn)：

1．并行分布處理，處理信息的效率極高。2．高度魯棒性和容錯能力對損傷有冗余性(tolerance）。3．分布存儲及學(xué)習(xí)能力。4．能充分逼近復(fù)雜的非線性關(guān)系。

在控制領(lǐng)域的研究課題中，不確定性系統(tǒng)的控制問題長期以來都是控制理論研究中的難點(diǎn)。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)能力，使它在對不確定性系統(tǒng)的控制過程中自動學(xué)習(xí)系統(tǒng)的特性，自動適應(yīng)系統(tǒng)隨時間、輸入及環(huán)境的特性變異，以求達(dá)到對系統(tǒng)的最優(yōu)控制；顯然這是一種十分振奮人心的智能技術(shù)和方法。智能控制簡介(續(xù))4、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)隨著計算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)和仿生學(xué)、神經(jīng)心理學(xué)的研究進(jìn)展，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的性能將日益改善，應(yīng)用將越來越廣泛，這將是必然趨勢。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型以神經(jīng)元的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，它有自學(xué)習(xí)、自33我國在工程控制方面的成就

中國載人航天工程是我國航天史上迄今為止規(guī)模最大、系統(tǒng)組成最復(fù)雜、技術(shù)難度和安全可靠性要求最高的跨世紀(jì)國家重點(diǎn)工程，包括：航天員、空間應(yīng)用、載人飛船、運(yùn)載火箭、發(fā)射場、測控通信、著陸場、空間實(shí)驗(yàn)室等八大系統(tǒng)組成。

在工程實(shí)施方面主要又包括：衛(wèi)星、神舟載人飛船和嫦娥探月三大系統(tǒng)。載人航天我國在工程控制方面的成就中國載人航天工程是我國航34我國在工程控制方面的成就(續(xù))

載人航天是多學(xué)科協(xié)同聯(lián)合的特大型系統(tǒng)工程，工程控制技術(shù)、控制系統(tǒng)和設(shè)備是保證載人航天順利進(jìn)行的關(guān)鍵之一。我國在工程控制方面的成就(續(xù))載人航天是多學(xué)科協(xié)同35

衛(wèi)星測控地面測控站我國已建成了比較完整的陸海基測控網(wǎng)，能完成從近地軌道衛(wèi)星到地球同步衛(wèi)星的測控任務(wù)。我國的測控技術(shù)的某些方面己處于國際先進(jìn)水平。測控是工程控制科學(xué)與通信技術(shù)結(jié)合的一體化工程，其特點(diǎn)有：1）多任務(wù)測控；2)深空跟蹤；3）衛(wèi)星測控設(shè)備；4）測控和通信。我國在工程控制方面的成就(續(xù))衛(wèi)星測控地面測控站我國已建成了比較完整的陸?；鶞y控網(wǎng)，能完36錢學(xué)森在控制論科學(xué)領(lǐng)域的

開創(chuàng)性成就——“工程控制論”1980年前后攝2019年感動中國年度人物我國在工程控制方面的成就(續(xù))錢學(xué)森在控制論科學(xué)領(lǐng)域的1980年前后攝2019年感動中國年37錢學(xué)森（1911.12.11-2009.10.31）應(yīng)用力學(xué)、航天技術(shù)和系統(tǒng)工程科學(xué)家。1955年回國。早年在應(yīng)用力學(xué)和火箭、導(dǎo)彈技術(shù)的許多領(lǐng)域都做過開創(chuàng)性的工作。獨(dú)立研究以及和馮.卡門合作研究提出的許多理論，為應(yīng)用力學(xué)、航空工程和火箭導(dǎo)彈技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)?；貒箝L期擔(dān)任火箭、導(dǎo)彈和衛(wèi)星研制的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)職務(wù)，為創(chuàng)建和發(fā)展我國的導(dǎo)彈、航天事業(yè)作出了杰出貢獻(xiàn)。在工程控制論、系統(tǒng)工程和系統(tǒng)科學(xué)、思維科學(xué)和人體科學(xué)以及馬克思主義哲學(xué)等許多理論領(lǐng)域都進(jìn)行過創(chuàng)造性研究，作出了重大貢獻(xiàn)。中國科學(xué)院院士、中國工程院院士。2019年評為感動中國人物。我國在工程控制方面的成就(續(xù))錢學(xué)森（1911.12.11-2009.10.31）應(yīng)用力學(xué)38結(jié)束語控制科學(xué)與工程是一個綜合性學(xué)科。控制科學(xué)與工程是綜合信息科學(xué)各學(xué)科的研究成果，是信息科學(xué)與工程中的一個重要領(lǐng)域。當(dāng)前控制科學(xué)已進(jìn)入了智能控制的發(fā)展階段。隨著計算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)和仿生學(xué)、神經(jīng)心理學(xué)的研究進(jìn)展，智能控制的理論和技術(shù)必然更加成熟，能更有效地解決大系統(tǒng)中的復(fù)雜、綜合性問題。結(jié)束語控制科學(xué)與工程是一個綜合性學(xué)科。39控制科學(xué)與工程課件40控制科學(xué)與工程課件41提要一、自動控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用二、控制科學(xué)與信息技術(shù)

三、控制科學(xué)的發(fā)展趨勢

四、自動控制系統(tǒng)的控制方式

五、自動控制系統(tǒng)的分類

七、智能控制簡介八、錢學(xué)森與控制論提要一、自動控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用42自動控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用日常生活中的自動控制技術(shù)應(yīng)用電梯由于有自動控制才能準(zhǔn)確地停在相應(yīng)樓層。衛(wèi)生間用的抽水馬桶是一水量自動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)?？照{(diào)、冰箱、電熱水器是一個溫度調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。自動洗衣機(jī)采用了多種自動控制技術(shù)。彩色電視機(jī)的行掃描、場掃描、圖像顯示都是由于采用了自動控制技術(shù)才使其工作如此穩(wěn)定。移動通信手機(jī)的發(fā)射功率會隨著手機(jī)與基站距離的遠(yuǎn)近而自動調(diào)整。無規(guī)矩，不成方圓！自動控制無處不在！自動控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用日常生活中的自動控制技術(shù)應(yīng)用電梯由于有43自動控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用(續(xù))自動控制技術(shù)廣泛用于工業(yè)、國防自動控制技術(shù)在煉鋼、軋鋼、化工、石油、電力、造紙、紡織、皮革、食品和醫(yī)藥等工業(yè)中廣泛應(yīng)用。沒有自動控制技術(shù)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)將無法進(jìn)行。航空、航海、汽車和鐵路運(yùn)輸離不開自動控制技術(shù)和系統(tǒng)。其中涉及的自動控制技術(shù)包括：自動控制理論方法、傳感器件、自動控制設(shè)備系統(tǒng)、控制軟件技術(shù)、工業(yè)計算機(jī)、控制總線、可靠性分析和診斷技術(shù)等。飛機(jī)、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、火炮、魚雷、飛船都是復(fù)雜綜合控制技術(shù)系統(tǒng)的集成。自動控制已形成“控制科學(xué)”的綜合性學(xué)科。自動控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用(續(xù))自動控制技術(shù)廣泛用于工業(yè)、國防自44自動控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用(續(xù))全自動柔性噴涂機(jī)器人巡航導(dǎo)彈控制計算機(jī)電機(jī)/驅(qū)動器光碼盤總線機(jī)器人手臂GPS接收系統(tǒng)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)字化地圖取景相機(jī)自動控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用(續(xù))全自動柔性噴涂機(jī)器人巡航導(dǎo)彈控45自動控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用(續(xù))先進(jìn)控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域1智能機(jī)器人系統(tǒng)2航天航空控制系統(tǒng)3交通運(yùn)輸系統(tǒng)4環(huán)保與能源系統(tǒng)5社會經(jīng)濟(jì)管理系統(tǒng)自動控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用(續(xù))先進(jìn)控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域1智能機(jī)46控制科學(xué)與信息技術(shù)控制的定義：為了“改善”某個或某些受控對象的功能或發(fā)展，需要獲得并使用信息，以這種信息為基礎(chǔ)對于該對象的調(diào)節(jié)、操縱、管理、指揮、監(jiān)督的過程和作用，就叫作控制。控制的基礎(chǔ)是信息1948

年諾伯特·維納發(fā)表論著《控制論（Cybernetics）—關(guān)于在動物和機(jī)器中控制和通訊的科學(xué)》開創(chuàng)了一個新的學(xué)科領(lǐng)域—控制科學(xué)。整個控制過程是一個信息流通的過程，控制是通過信息的傳輸、變換、加工、處理來實(shí)現(xiàn)的。結(jié)論：控制與信息技術(shù)密不可分?？刂瓶茖W(xué)與信息技術(shù)控制的定義：控制的基礎(chǔ)是信息整47控制科學(xué)與信息技術(shù)(續(xù))無論自動機(jī)器，生物神經(jīng)系統(tǒng)、動物生命系統(tǒng)，以至經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、社會系統(tǒng)，撇開各自的物理形態(tài)特征，都可以看作是一個自動控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的通用模型信息獲取分折決策規(guī)則策略調(diào)節(jié)操縱管理指揮監(jiān)督被控對象反饋?zhàn)詣涌刂葡到y(tǒng)的通用模型信息信息信息信息信息信息控制過程=信息傳輸和處理的過程控制科學(xué)與信息技術(shù)(續(xù))無論自動機(jī)器，生物神經(jīng)系統(tǒng)、動物生命48控制科學(xué)與信息技術(shù)(續(xù))反饋通道的作用反饋是控制論的核心問題?？刂普摼褪茄芯咳绾卫每刂破?，通過信息的變換和反饋，使系統(tǒng)能自動按照人們預(yù)定的程序、參數(shù)運(yùn)行，并最終達(dá)到最優(yōu)目標(biāo)或行為效果。反饋通道的性能參數(shù)，往往關(guān)系整個控制系統(tǒng)性能及穩(wěn)定性?？刂瓶茖W(xué)的萌芽自動控制的概念在18世紀(jì)瓦特己用于蒸汽機(jī)中，但未形成系統(tǒng)的理論。1788年瓦特發(fā)明了離心調(diào)速器和節(jié)氣閥蒸汽機(jī)

離心調(diào)速器控制科學(xué)與信息技術(shù)(續(xù))反饋通道的作用反饋是控制論的49控制科學(xué)與信息技術(shù)(續(xù))控制科學(xué)的里程碑

1932年奈魁斯特（H.Nyquist）有關(guān)反饋放大器穩(wěn)定性論文，開創(chuàng)了定量分析的閉環(huán)控制理論?？刂萍夹g(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。50年代在空間技術(shù)發(fā)展的推動下，控制理論得到了大發(fā)展。60年代隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，許多新方法和技術(shù)進(jìn)入工程化、產(chǎn)品化階段，顯著加快了工業(yè)技術(shù)更新的步伐，促進(jìn)了智能控制的應(yīng)用，形成了智能控制理論和技術(shù)?，F(xiàn)代信息技術(shù)與控制理論相結(jié)合，使控制系統(tǒng)顯現(xiàn)出規(guī)模龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因素眾多，功能綜合的特點(diǎn)，從而控制論也向大系統(tǒng)理論發(fā)展。而形成了一個新的學(xué)科——控制科學(xué)。控制科學(xué)：是自動控制、計算機(jī)科學(xué)、通信技術(shù)、數(shù)理邏輯、神經(jīng)生理學(xué)、統(tǒng)計力學(xué)和行為科學(xué)多種科學(xué)技術(shù)相互滲透形成的一門交叉、綜合性學(xué)科。控制科學(xué)與信息技術(shù)(續(xù))控制科學(xué)的里程碑1932年奈魁50控制科學(xué)與信息技術(shù)(續(xù))控制科學(xué)與工程的主要理論技術(shù)自動控制原理智能控制模糊控制專家系統(tǒng)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識別傳感器與檢測技術(shù)測控技術(shù)與系統(tǒng)過程控制與系統(tǒng)控制科學(xué)與工程計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)相關(guān)課程信息與通信工程相關(guān)課程相關(guān)學(xué)科系統(tǒng)辨識最優(yōu)控制控制科學(xué)與信息技術(shù)(續(xù))控制科學(xué)與工程的主要理論技術(shù)自動控制51與工業(yè)信息化建設(shè)的關(guān)系1、產(chǎn)品生產(chǎn)過程信息化：決策支持系統(tǒng)、計算機(jī)輔助設(shè)計、專家系統(tǒng)、檢驗(yàn)、測試、質(zhì)量控制系統(tǒng)等。2、生產(chǎn)信息化：計算機(jī)集成制造系統(tǒng)、計算機(jī)輔助制造系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)、復(fù)雜工業(yè)過程控制系統(tǒng)等。3、生產(chǎn)管理信息化：辦公自動化、材料需求信息化、企業(yè)資源信息化等?？刂瓶茖W(xué)與信息技術(shù)(續(xù))控制科學(xué)與計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、信息與通信工程相結(jié)合，正在推動國家的工業(yè)信息化建設(shè)向前發(fā)展！與工業(yè)信息化建設(shè)的關(guān)系1、產(chǎn)品生產(chǎn)過程信息化：控制科學(xué)與信息5220世紀(jì)40年代用經(jīng)典控制理論解決火炮控制﹑魚雷導(dǎo)航﹑飛機(jī)導(dǎo)航等技術(shù)問題﹐逐步形成了以分析和設(shè)計單變量控制系統(tǒng)為主要內(nèi)容的經(jīng)典控制理論與方法。經(jīng)典控制理論現(xiàn)代控制理論大系統(tǒng)控制理論控制科學(xué)的發(fā)展及應(yīng)用控制科學(xué)的發(fā)展歷程50年代末到60年代初﹐工程實(shí)踐﹐尤其是航天技術(shù)的發(fā)展﹐涉及多輸入多輸出系統(tǒng)的最優(yōu)控制問題﹐用經(jīng)典的控制理論已難于解決﹐于是產(chǎn)生了以極大值原理﹑動態(tài)規(guī)劃和狀態(tài)空間法等為核心的現(xiàn)代控制理論。20世紀(jì)70年代始，控制論由工程控制論、生物控制論向經(jīng)濟(jì)控制論、社會控制論發(fā)展。電子計算機(jī)的廣泛應(yīng)用和人工智能研究的開展，使控制系統(tǒng)顯現(xiàn)出規(guī)模龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因素眾多，功能綜合的特點(diǎn)，從而控制論也向大系統(tǒng)理論發(fā)展。20世紀(jì)40年代用經(jīng)典控制理論解決火炮控制﹑魚雷導(dǎo)航﹑飛機(jī)導(dǎo)53控制科學(xué)的發(fā)展及應(yīng)用(續(xù))

控制科學(xué)研究的領(lǐng)域工程控制論大生產(chǎn)過程控制自動火炮控制導(dǎo)彈控制衛(wèi)星、飛船控制機(jī)器人控制控制科學(xué)的發(fā)展及應(yīng)用(續(xù))控制科學(xué)研究的領(lǐng)域工程控制論大生54自動控制系統(tǒng)的控制方式控制類型開環(huán)控制閉環(huán)控制自動控制系統(tǒng)的控制方式控制類型開環(huán)閉環(huán)55開環(huán)控制自動控制系統(tǒng)的控制方式(續(xù))開環(huán)控制的特點(diǎn)是控制裝置與被控對象之間只有正向控制作用而沒有反向作用的連接方式，即系統(tǒng)的輸出量對輸入量沒有影響。開環(huán)控制系統(tǒng)框圖ug放大器和控制裝置udnd直流電機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

例：開環(huán)控制自動控制系統(tǒng)的控制方式(續(xù))開環(huán)控制的特點(diǎn)是控制裝56自動控制系統(tǒng)的控制方式(續(xù))閉環(huán)控制閉環(huán)系統(tǒng)原理框圖閉環(huán)控制：在控制器與被控對象之間，不僅有正向作用通路，而且存在著反饋?zhàn)饔猛?。即系統(tǒng)的被控量對輸入量有直接影響。這里的反饋是指把輸出量檢測出來反送到系統(tǒng)的輸入端并與輸入信號比較以影響控制的過程。若反饋信號是與輸入信號相減則稱為負(fù)反饋；若相加，則稱為正反饋。自動控制系統(tǒng)的控制方式(續(xù))閉環(huán)控制閉環(huán)系統(tǒng)原理框圖閉環(huán)控57自動控制系統(tǒng)的控制方式(續(xù))ug放大器和控制裝置udndub直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

直流電機(jī)速度的閉環(huán)控制說明：首先，對電動機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量、轉(zhuǎn)換。然后將測量信號與輸入量進(jìn)行比較。由于轉(zhuǎn)速之間不容易直接比較大小，因此，將輸入與輸出轉(zhuǎn)速變換成相應(yīng)的電壓信號。由速度傳感器完成變換。最后，根據(jù)偏差的極性和大小來調(diào)整轉(zhuǎn)速，使電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定。自動控制系統(tǒng)的控制方式(續(xù))ug放大器和控制裝置udnd58自動控制系統(tǒng)的控制方式(續(xù))控制類型比較閉環(huán)控制精度較高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分析困難，難于設(shè)計。

開環(huán)控制精度較低，結(jié)構(gòu)簡單，容易分析，便于設(shè)計?？刂祁愋捅容^兩類系統(tǒng)各有特點(diǎn)自動控制系統(tǒng)的控制方式(續(xù))控制類型比較閉環(huán)控制精度較高，59自動控制系統(tǒng)的分類

（一）按參考輸入形式分為恒值系統(tǒng)和隨動系統(tǒng)（二）按系統(tǒng)特性分成線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)（三）按信號的傳遞形式分成連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)（四）按信號的多少分為單輸入單輸出與多輸入多輸出系統(tǒng)（五）按參數(shù)變化分為定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng)

自動控制系統(tǒng)的分類按參數(shù)特性分類自動控制系統(tǒng)的分類（一）按參考輸入形式（二）按系統(tǒng)特性（60自動控制系統(tǒng)的分類(續(xù))按控制類型分類控制類型智能型非智能型自動控制系統(tǒng)的分類(續(xù))按控制類型分類控制類型智能型非智能61自動控制系統(tǒng)的分類(續(xù))自動控制系統(tǒng)的分類方法種類繁多、錯綜復(fù)雜，大系統(tǒng)尤其如此。按照不同標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用可以分成不同的類型。自動控制系統(tǒng)的分類(續(xù))自動控制系統(tǒng)的分類方法種類62智能控制簡介傳統(tǒng)控制方法面臨的挑戰(zhàn)1、控制對象存在嚴(yán)重的不確定性，控制模型未知或模

型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)在很大的范圍內(nèi)變化；2、控制對象具有高度的非線性特征和多輸入多輸出耦合；3、控制任務(wù)要求復(fù)雜，例如，在智能機(jī)器人系統(tǒng)中，

要求系統(tǒng)對一個復(fù)雜的任務(wù)具有自行規(guī)劃和決策的

能力，有自動躲避障礙達(dá)到目的地的能力。面對上述挑戰(zhàn)的有效解策略：利用人工智能的方法，使控制系統(tǒng)具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織的能力，解決難以用數(shù)學(xué)的方法精確描述的復(fù)雜的、隨機(jī)的、模糊的、柔性的控制問題智能控制簡介傳統(tǒng)控制方法面臨的挑戰(zhàn)1、控制對象存在嚴(yán)重的不63

智能控制簡介(續(xù))模糊控制技術(shù)1965年美國加利福尼亞州立大學(xué)伯克利分校Zedeh提出的模糊集合和創(chuàng)立的模糊邏輯。所謂模糊邏輯，就是一種能夠在容許定義的二值之間的模糊地帶，有選擇地正確執(zhí)行某一指令的技術(shù)，稱模糊技術(shù)。微處理器采用模糊邏輯之后，其控制能力更接近人類的思維方式。比如，70歲以上的人是老年人，那么69歲的人是不是老年人呢？這一問題如果用精確邏輯推算就只能確認(rèn)70歲的人為老年人，而在現(xiàn)實(shí)生活69歲的人如果身體不好肯定也會遵為老年人。這就出現(xiàn)了判別上的差異，模糊邏輯是為了實(shí)現(xiàn)這種類智能。

1974年，Mamdani提出了基于模糊語言描述控制規(guī)則的模糊控制器，將模糊集和模糊語言邏輯用于工業(yè)過程控制，之后又成功地研制出自組織模糊控制器，使得模糊控制器的智能化水平有了較大提高。模糊控制的形成和發(fā)展，以及與人工智能的相互滲透，對智能控制理論的形成起了十分重要的推動作用。智能控制簡介(續(xù))模糊控制技術(shù)1965年64評述：模糊控制技術(shù)是一種人工智能策略，是模擬人的推理和綜合決策過程，使控制算法的可控性、適應(yīng)性和合理性提高，它己成為智能控制技術(shù)的一個重要分支。智能控制簡介(續(xù))模糊控制技術(shù)進(jìn)一步詮釋模糊控制是要根據(jù)系統(tǒng)輸入輸出模型完成模糊推理。推理是建立在模糊邏輯規(guī)則基礎(chǔ)上的信息處理過程。模糊邏輯推理系統(tǒng)模糊控制己應(yīng)用于家用電器、彩色電視顯像控制等產(chǎn)品中！評述：模糊控制技術(shù)是一種人工智能策略，是模擬人的推理和綜合決65智能控制簡介(續(xù))專家系統(tǒng)1、專家系統(tǒng)概念運(yùn)用特定領(lǐng)域的專門知識，通過推理來模擬通常由人類專家才能解決的各種復(fù)雜的、具體的問題，達(dá)到與專家具有同等解決問題能力的計算機(jī)智能程序系統(tǒng)。2、專家系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)：

專家系統(tǒng)與傳統(tǒng)的計算機(jī)程序系統(tǒng)有著完全不同的體系結(jié)構(gòu)，通常它由知識庫、推理機(jī)、綜合數(shù)據(jù)庫、知識獲取機(jī)制、解釋機(jī)制和人機(jī)接口等幾部分組成。隨專家系統(tǒng)的類型、功能和規(guī)模的不同，專家系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)而有所差異。智能控制簡介(續(xù))專家系統(tǒng)1、專家系統(tǒng)概念2、專家系統(tǒng)的體系66智能控制簡介(續(xù))3、專家系統(tǒng)類型：診斷型專家系統(tǒng)：根據(jù)對癥狀的觀察分析，推導(dǎo)出產(chǎn)生癥狀的原因以及排除故障方法的一類系統(tǒng)，如醫(yī)療、機(jī)械、經(jīng)濟(jì)等。解釋型專家系統(tǒng)：根據(jù)表層信息解釋深層結(jié)構(gòu)或內(nèi)部情況的一類系統(tǒng)，如地質(zhì)結(jié)構(gòu)分析、物質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)分析等。預(yù)測型專家系統(tǒng)：根據(jù)現(xiàn)狀預(yù)測未來的一類系統(tǒng)，如氣象預(yù)報、人口預(yù)測、水文預(yù)報、經(jīng)濟(jì)形勢預(yù)測等。設(shè)計型專家系統(tǒng)：根據(jù)給定的產(chǎn)品要求設(shè)計產(chǎn)品的一類系統(tǒng)，如建筑設(shè)計、機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計等。決策型專家系統(tǒng)：對可行方案進(jìn)行綜合評判并優(yōu)選的一類專家系統(tǒng)。

智能控制簡介(續(xù))3、專家系統(tǒng)類型：67智能控制簡介(續(xù))

專家系統(tǒng)的優(yōu)良性能包括下列幾個方面：

(1)專家系統(tǒng)能夠高效率、準(zhǔn)確、周到、迅速地進(jìn)行工作。

(2)專家系統(tǒng)不受周圍環(huán)境的影響，也不可能遺漏忘記。

(3)可以使專家的專長不受時間和空間的限制。

(4)專家系統(tǒng)使各領(lǐng)域?qū)＜业膶I(yè)知識和經(jīng)驗(yàn)得到總結(jié)和精煉。

4、專家系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)規(guī)劃型專家系統(tǒng)：用于制定行動規(guī)劃的一類專家系統(tǒng)，如自動程序設(shè)計、軍事計劃的制定等。

監(jiān)測型專家系統(tǒng)：對某類行為進(jìn)行監(jiān)測并在必要時候進(jìn)行干預(yù)的一類專家系統(tǒng)，如機(jī)場、倉庫監(jiān)視，森林監(jiān)測等。

調(diào)試型專家系統(tǒng)：對失靈的對象給出處理意見和方法。調(diào)試專家系統(tǒng)同時具有規(guī)劃、設(shè)計、預(yù)報和診斷等專家系統(tǒng)的功能?？捎糜诰S修設(shè)備、調(diào)整、測量。智能控制簡介(續(xù))專家系統(tǒng)的優(yōu)良性能包括下列幾個方面：468智能控制簡介(續(xù))5、專家系統(tǒng)的發(fā)展專家系統(tǒng)的發(fā)展使專家系統(tǒng)具有學(xué)習(xí)的能力具有處理常識的能力獲取與更新知識的能力分布式專家系統(tǒng)發(fā)展不同層次解釋的能力深層的推理能力專家系統(tǒng)發(fā)展的總趨勢是進(jìn)一步提高智能：-能經(jīng)由感應(yīng)直接接受外界資料或由外部知識庫獲得資料；

-在推理機(jī)中能擬定規(guī)劃，仿真系統(tǒng)狀況；

-知識庫有規(guī)劃、分類、結(jié)構(gòu)模式及行為模式的動態(tài)知識表述。智能控制簡介(續(xù))5、專家系統(tǒng)的發(fā)展專家系統(tǒng)使專家系統(tǒng)具有69智能控制簡介(續(xù))模式識別模式識別(PatternRecognition)：計算機(jī)實(shí)現(xiàn)模式的自動處理和判讀。智能技術(shù)中的模式識別主要是對語音波形、地震波、心電圖、腦電圖、圖片、照片、文字、符號、生物信息等對象進(jìn)行模式測量、分類和辨識。圖像識別、文字識別和語音識別是模式識別技術(shù)最有價值的代表性成果。模式—是環(huán)境與客體的統(tǒng)稱。信息處理過程的一個重要形式是對環(huán)境及客體的識別。智能控制簡介(續(xù))模式識別模式識別(PatternReco70智能控制簡介(續(xù))人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)生物神經(jīng)元人工神經(jīng)元神經(jīng)元輸入輸出1、神經(jīng)元每個神元經(jīng)細(xì)胞都長著一根像電線一樣的稱為軸突(axon)，用來將信號傳遞給其他的神經(jīng)細(xì)胞。人工神經(jīng)元是模仿生物神經(jīng)元的一個信息處理單元。智能控制簡介(續(xù))人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)生物神經(jīng)元人工神經(jīng)元神經(jīng)元輸入71輸入層：接受非線形輸入信息。輸出層：各層神經(jīng)元鏈接中傳輸、分析、加權(quán)的輸出信息。

隱藏層：是輸入層和輸出層之間神經(jīng)元和鏈接層面。2、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種應(yīng)用類似于大腦神經(jīng)突觸聯(lián)接的結(jié)構(gòu)進(jìn)行信息處理的數(shù)學(xué)模型。通常為多層網(wǎng)絡(luò)。智能控制簡介(續(xù))輸入層：接受非線形輸入信息。2、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是72網(wǎng)絡(luò)通過訓(xùn)練樣本的訓(xùn)練、校正，對各個層的權(quán)重進(jìn)行調(diào)整后，即確定了網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，這一建立模型的過程，稱為自動學(xué)習(xí)過程。具體的學(xué)習(xí)方法則因網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和模型不通而不同。3、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)（訓(xùn)