智能控制的產(chǎn)生與發(fā)展

智能控制初步引見

——產(chǎn)生與開展主要內(nèi)容智能控制的產(chǎn)生和開展智能控制的定義、特點智能控制的主要分支智能控制的構(gòu)造實際體系智能控制的產(chǎn)生和開展瓦特瓦特蒸汽機智能控制的產(chǎn)生和開展瓦特的離心調(diào)速器智能控制的產(chǎn)生和開展在公元1788年前后，瓦特采用離心調(diào)速器，改良了蒸氣機，促進了工業(yè)大消費的進程。這種采用機械式調(diào)理原理實現(xiàn)的動力機速度自動控制是自動化開展中的第一個里程碑。離心調(diào)速器開啟了近代自動化控制的先河，實現(xiàn)了自動化控制，標志著近代自動化控制技術(shù)的誕生，對工業(yè)革命的影響宏大而深遠。離心調(diào)速器構(gòu)造簡單，性能可靠，至今仍在大范圍運用，具有不可或缺的作用！智能控制的產(chǎn)生和開展1868年，以離心式調(diào)速器為背景，物理學家麥克斯韋爾(Maxwell)研討了反響系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題，發(fā)表了目前公認的控制實際最早的實際論文--“論調(diào)速器(OnGovernors)〞。源自物理學與數(shù)學的自動控制實際(在當時稱為自動調(diào)理原理，簡稱調(diào)理原理)開場逐漸構(gòu)成。1892年，俄國李亞普諾夫(Lyapunov)的博士論文--“論運動穩(wěn)定性的普通問題〞，提出了李亞普諾夫(Lyapunov)穩(wěn)定實際。1922年，美國N.Minorsky研制出用于船舶駕駛的伺服構(gòu)造，提出了PID控制律。1942年尼克爾斯Nichols提出了回路整定技術(shù)(PID整定表和設(shè)計用的尼可爾斯圖)。智能控制的產(chǎn)生和開展長期以來，自動控制科學已對整個科學技術(shù)的實際和實際作出了重要奉獻，并為人類社會帶來了宏大利益。然而，現(xiàn)代科學技術(shù)的迅速開展和艱苦提高，對控制和系統(tǒng)科學提出了更新更高要求，自動控制實際和工程正面臨新的開展機遇和嚴峻挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)控制實際：經(jīng)典反響控制、現(xiàn)代控制、大系統(tǒng)實際等，在運用中遇到不少難題。多年來，自動控制不斷在尋覓新的出路。如今看來，出路之一就是實現(xiàn)控制系統(tǒng)的智能化，以期處理面臨的難題。智能控制的產(chǎn)生和開展自動控制的開展過程控制復雜性進展方向開環(huán)控制確定性反響控制最優(yōu)控制隨機控制自順應(yīng)、魯棒控制自學習控制智能控制智能控制的產(chǎn)生和開展控制實際開展的三個階段第一階段：經(jīng)典控制實際〔構(gòu)成于20世紀40到60年代〕。第二階段：現(xiàn)代控制實際〔構(gòu)成于20世紀60到70年代〕第三階段：智能控制實際〔20世紀70年代至今〕智能控制的產(chǎn)生和開展經(jīng)典控制實際單輸入單輸出反響系統(tǒng)傳送函數(shù)波特圖奈奎斯特圖根軌跡圖主要代表人物：Bode,Evans,Nyquist，Routh，……智能控制的產(chǎn)生和開展現(xiàn)代控制實際具有多個相互耦合回路的多變量系統(tǒng)形狀空間法最優(yōu)控制能控性和能觀性卡爾曼濾波主要代表人物：卡爾曼(Kalman),龐特里亞金(Pontryagin),貝爾曼(Bellman),奧斯特隆姆(Astrom)，……智能控制的產(chǎn)生和開展智能控制實際復雜系統(tǒng)模糊控制進化計算……神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要代表人物：Zadeh，Hopfield，J.Holland，……智能控制的產(chǎn)生和開展傳統(tǒng)控制實際面臨的難題準確數(shù)學模型和復雜性、非線性、時變性、不確定性、不完全性之間的矛盾，導致無法獲得準確的數(shù)學模型；苛刻的系統(tǒng)假設(shè)在運用中往往與實踐不相吻合；復雜、不確定性的對象,以傳統(tǒng)方法無法處理建模問題；為了提高性能,傳統(tǒng)控制系統(tǒng)能夠變得很復雜,從而添加了設(shè)備的初投資和維修費用,降低系統(tǒng)的可靠性；運用要求進展創(chuàng)新，提出新的控制思想，進展新的集成開發(fā)，處理未知環(huán)境中復雜系統(tǒng)的控制問題。智能控制的產(chǎn)生和開展智能控制的開展1965年,著名的美籍華裔科學家傅京孫(K.S.Fu)教授首先把人工智能的啟發(fā)式推理規(guī)那么用于學習控制系統(tǒng)；然后,他又于1971年論述了人工智能與自動控制的交接關(guān)系。由于傅先生的重要奉獻,他已成為國際公認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潑研討領(lǐng)域。扎德(Zadeh)于1965年發(fā)表了他的著名論文“模糊集合〞(fuzzysets),開辟了模糊控制的新領(lǐng)域。1967年,利昂茲(Leondes)等人初次正式運用“智能控制〞一詞。這一術(shù)語的出現(xiàn)要比“人工智能〞晚11年,比“機器人〞晚47年。智能控制的產(chǎn)生和開展薩里迪斯(Saridis)對智能控制系統(tǒng)的分類作出奉獻。他把智能控制開展道路上的最遠點標志為人工智能。他以為,人工智能可以提供最高層的控制構(gòu)造,進展最高層的決策。此外，奧斯特洛姆(?str?m)、迪席爾瓦(deSilva)、周其鑒、蔡自興、霍門迪梅洛(HomendeMello)和桑德森(Sanderson)等于80年代分別提出和開展了專家控制、基于知識的控制、仿人控制、專家規(guī)劃和分級規(guī)劃等。智能控制的產(chǎn)生和開展兩次學術(shù)會議1985年8月美國紐約，IEEE召開了第一屆智能控制學術(shù)討論會，成立IEEE智能控制專業(yè)委員會。1987年1月美國費城，第一次智能控制國際會議。標志著智能控制造為一門獨立學科，正式在國際上建立。智能控制的產(chǎn)生和開展國內(nèi)開展情況全球智能控制與自動化大會1993199720002002200420062008201020122014北京西安合肥上海杭州大連重慶濟南北京沈陽成立中國人工智能學會智能控制與智能管理專業(yè)委員會及智能機器人專業(yè)委員會，中國自動化學會智能自動化專業(yè)委員會等學術(shù)團體。<方式識別與人工智能>、<智能系統(tǒng)學報>等學術(shù)刊物標志著智能控制造為一門獨立的新學科在我國曾經(jīng)建立起來了智能控制的產(chǎn)生和開展智能控制造為一門新學科的科學意義為處理傳統(tǒng)控制無法處理的問題找到了一條新途徑；促進自動控制向著更高程度開展；激發(fā)學術(shù)界的思想解放，推進科技創(chuàng)新；為實現(xiàn)腦力勞動和膂力勞動的自動化做出奉獻；為多種學派協(xié)作樹立了典范智能控制的定義、特點智能控制的定義智能機器可以在定形或不定形，熟習或不熟習的環(huán)境中自主地或與操作人員交互作用以執(zhí)行各種擬人義務(wù)的機器叫做智能機器。自動控制自動控制是能按規(guī)定程序?qū)C器或安裝進展自動操作或控制的過程。簡單地說，不需求人工干涉的控制就是自動控制。智能控制的定義、特點智能控制智能控制是驅(qū)動智能機器自主地實現(xiàn)其目的的過程?；蛘哒f，智能控制是一類無需人的干涉就可以獨立地驅(qū)動智能機器實現(xiàn)其目的的自動控制。對自主機器人的控制就是一例。智能控制系統(tǒng)用于驅(qū)動自主智能機器以實現(xiàn)其目的而無需操作人員干涉的系統(tǒng)叫智能控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)必需具有智能調(diào)度和執(zhí)行等才干。智能控制系統(tǒng)的實際根底是人工智能、控制論、運籌學和信息論等學科的交叉。智能控制的定義、特點智能控制器的普通構(gòu)造1-智能控制系統(tǒng)；2-多層控制器；3-多傳感系統(tǒng)智能控制的定義、特點智能控制的特點同時具有以知識表示的非數(shù)學廣義模型和以數(shù)學模型(含計算智能模型與算法)表示的混合控制過程。智能控制具有分層信息處置和決策機構(gòu)，中心在高層控制,即組織級。智能控制是一門邊緣交叉學科。智能控制是一個新興的研討領(lǐng)域。無論在實際上或?qū)嶋H上它都還很不成熟、很不完善,需求進一步探求與開發(fā)。智能控制的定義、特點智能控制功能：學習功能一個系統(tǒng)，如能對一個過程或其環(huán)境的未知特征所固有的信息進展學習，并將得到的閱歷用于進一步估計、分類、決策或控制，從而使系統(tǒng)性能得到改善。順應(yīng)功能智能行為本質(zhì)上是一種從輸入到輸出的映射，一種不依賴模型的自順應(yīng)估計，即使系統(tǒng)的某一部分出現(xiàn)缺點時，系統(tǒng)也能正常任務(wù)。智能控制的定義、特點組織功能對于復雜的義務(wù)和分散傳感信息具有自行組織和協(xié)調(diào)的功能，系統(tǒng)具有相應(yīng)的自動性和靈敏性，在義務(wù)要求的范圍內(nèi)自行決策，自動采取行動，當出現(xiàn)多目的沖突時，各控制器在一定限制條件下自行處理。智能控制的定義、特點智能控制的研討對象不確定性的模型模型的不確定性包含兩層意思：一是模型未知或知之甚少；二是模型的構(gòu)造和參數(shù)能夠在很大范圍內(nèi)變化。高度的非線性傳統(tǒng)控制實際處理非線性方法復雜，有時只能定性分析。如繼電器特性、磁滯回環(huán)特性、死區(qū)、飽和特性等。智能控制的定義、特點復雜的義務(wù)要求傳統(tǒng)控制，控制義務(wù)要求比較單一，如要求輸出量恒定或要求輸出量跟隨期望的運動軌跡變化。如在復雜的工業(yè)過程控制系統(tǒng)中，除了要求對各被控物理量實現(xiàn)定值調(diào)理外，還要務(wù)虛現(xiàn)整個系統(tǒng)的自動啟停、缺點的自動診斷以及緊急情況的自動處置等功能，就要用智能控制系統(tǒng)了。可以概括為：智能控制是“三高三性〞的產(chǎn)物。即“控制系統(tǒng)的高度復雜性、高度不確定性及人們要求越來越高的控制性能〞智能控制的主要分支智能控制的幾個主要運用研討領(lǐng)域智能機器人規(guī)劃與控制消費過程的智能監(jiān)控智能缺點檢測與診斷自動加工系統(tǒng)的智能控制飛行器的智能控制醫(yī)療過程智能控制智能儀器智能控制智能控制的主要分支智能控制系統(tǒng)的分類遞階控制系統(tǒng)專家控制系統(tǒng)模糊控制系統(tǒng)學習控制系統(tǒng)神經(jīng)控制系統(tǒng)仿生控制系統(tǒng)集成智能控制系統(tǒng)組合智能控制系統(tǒng)智能控制的主要分支智能控制主要研討內(nèi)容模糊控制以模糊集合實際為根底的控制方法，模擬人的控制閱歷而不與常規(guī)控制方法相比，模糊控制有以下特點：模糊控制完全是在操作人員控制閱歷根底上實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制，無需建立數(shù)學模型，是處理不確定性系統(tǒng)的一種有效途徑。模糊控制具有較強的魯棒性，被控對象參數(shù)的變化對模糊控制的影響不明顯，可用于非線性、時變、時滯系統(tǒng)的控制。智能控制的主要分支由離線計算得到控制查詢表，提高了控制系統(tǒng)的實時性?？刂频臋C理符合人們對過程控制造用的直觀描畫和思想邏輯，為智能控制運用打下了根底。是依賴控制對象的模型。智能控制的主要分支模糊控制器的普通構(gòu)造智能控制的主要分支神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制部分地表現(xiàn)出人腦的某些智能特性，人們從構(gòu)造和信息處置機制模擬的角度建立了生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型，即人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)雖然反映了人腦功能的根本特性，但遠不是自然神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的逼真描寫，而只是它的某種簡化、籠統(tǒng)和模擬。智能控制的主要分支智能控制的主要分支人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有幾個突出的特點：可以充分逼近恣意復雜的非線性關(guān)系；一切定量或定性的信息都分布儲存于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的各神經(jīng)元的銜接上，故有很強的魯棒性和容錯性；采用并行分布處置方法，使得快速進展大量運算成為能夠；可學習和自順應(yīng)不知道或不確定的系統(tǒng)。智能控制的主要分支專家控制系統(tǒng)專家系統(tǒng)是人工智能運用領(lǐng)域最勝利的分支之一，始于60年代中期。隨著運用的不斷勝利，專家系統(tǒng)技術(shù)越來越受人們的注重。80年代專家系統(tǒng)的概念和方法被引入控制領(lǐng)域，促進了專家控制系統(tǒng)的研討和運用，它在控制領(lǐng)域的運用已涉及到控制系統(tǒng)輔助設(shè)計、分析和專家控制等方面。智能控制的主要分支專家系統(tǒng)簡化構(gòu)造圖知識庫推理機專家知識輸入或提問答案專家系統(tǒng)簡化構(gòu)造圖智能控制的主要分支專家控制系統(tǒng)具有如下特點：一定程度上模擬人的思想活動規(guī)律，能進展自動推理，擅長應(yīng)付各種變化，具有透明性和靈敏性。不斷監(jiān)視消費過程，實現(xiàn)特定性能目的下的優(yōu)化控制，能處置大量低層信息，可進展操作指點。相對傳統(tǒng)控制，擴展了許多功能，如復雜系統(tǒng)的高質(zhì)量控制，缺點診斷和容錯控制，參數(shù)和算法的自動修正，不同算法的組合等。深層知識的引入，可以彌補專家閱歷的缺乏，可以自然地消除決策沖突。智能控制的主要分支直接專家控制系統(tǒng)框圖(b)間接專家控制系統(tǒng)框圖智能控制的主要分支分層遞階智能控制分層遞階智能控制是在研討學習控制系統(tǒng)的根底上，從工程控制出發(fā)，總結(jié)人工智能與自順應(yīng)控制、自學習控制及自組織控制的關(guān)系后逐漸構(gòu)成的。G．N．Sariidis最早提出了分層遞階智能控制。分層遞階智能控制具有兩個明顯的特點：對控制來講，自上而下控制精度愈來愈高；對識別來講，自下而上信息回饋愈來愈粗略。智能控制的主要分支該系統(tǒng)由組織級、協(xié)調(diào)級、執(zhí)行級組成，按照自上而下準確程度漸增、智能程度漸減的原那么進展功能分配。在這類多層智能控制系統(tǒng)中，智能主要表達在高層次上，其主要作用是模擬人的功能實現(xiàn)規(guī)劃、決策、學習和義務(wù)協(xié)調(diào)等義務(wù)。執(zhí)行級依然采用現(xiàn)有數(shù)學解析控制算法，對數(shù)值進展操作和運算。組織級協(xié)調(diào)級執(zhí)行級對象識別用戶指令三級遞階控制構(gòu)造智能控制的主要分支學習控制模擬人類本身各種優(yōu)良控制調(diào)理機制的一種嘗試，能在運轉(zhuǎn)過程中逐漸獲得被控過程及環(huán)境的非預知信息，積累控制閱歷，并在一定評價規(guī)范下進展估值、分類、決策和不斷改善系統(tǒng)質(zhì)量的自動控制系統(tǒng)。學習控制系統(tǒng)經(jīng)過對系統(tǒng)性能的評價和優(yōu)化來調(diào)整系統(tǒng)的構(gòu)造和參數(shù)，好的優(yōu)化實際和算法是其系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。遺傳算法有潛力。智能控制的主要分支在智能控制系統(tǒng)的研討與運用中，常將幾種常用類型結(jié)合起來，構(gòu)成各種綜合智能控制系統(tǒng)。例如，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能控制系統(tǒng)，專家模糊智能控制系統(tǒng)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家智能控制系統(tǒng)等等。智能控制的構(gòu)造實際體系智能控制的構(gòu)造實際智能控制具有十清楚顯的跨學科(多元)構(gòu)造特點。在此，我們主要討論智能控制的二元交集構(gòu)造、三元交集構(gòu)造和四元交集構(gòu)造三種思想，它們分別由以下各交集(通集)表示：IC=AI∩ACIC=AI∩CT∩ORIC=AI∩CT∩IT∩ORAI--人工智能(ArtificialIntelligence)AC--自動控制(AutomaticControl)CT--控制論(ControlTheory)OR--運籌學(OperationResearch)IT--信息論(InformationTheory,Informatics)；IC--智能控制(IntelligentControl)∩表示交集和連詞"與"符號。智能控制的構(gòu)造實際體系二元構(gòu)造傅京孫1971年提出把智能控制造為人工智能和自動控制的交接領(lǐng)域。他曾對幾個與自學習控制〔learningcontrol〕有關(guān)的領(lǐng)域進展了研討。為了強調(diào)系統(tǒng)的問題求解和決策才干，他用“智能控制系統(tǒng)〞來包括這些領(lǐng)域。他指出：智能控制系統(tǒng)描畫自動控制系統(tǒng)與人工智能的交接作用。ICACAI智能控制的二元構(gòu)造智能控制的