智能控制基本原理

關于智能控制基本原理內(nèi)容簡介1，智能控制系統(tǒng)的基本概念2，智能控制的發(fā)展前景3，智能控制的應用場合4，智能控制的研究內(nèi)容5，智能控制的主要功能特點第2頁,共13頁，2024年2月25日，星期天智能控制的基本概念

智能控制（IC：IntelligentControl）是一門新興的交叉學科，具有非常廣泛的應用領域。智能控制這一術語于1967年由Leondes和Mendel首先使用，1971年著名美籍華人科學家傅京孫（K.S.Fu）教授從發(fā)展學習控制的角度首次正式提出智能控制概念與建立智能控制學科的構思。

傅京孫把智能控制概括為自動控制（AC：AutomaticControl）和人工智能（AI：ArtificialIntelligence）的交集，即

這種交叉關系可用右圖形象地表示，它主要強調(diào)人工智能中“智能”的概念與自動控制的結(jié)合。自動控制AC人工智能AI智能控制IC智能控制的二元結(jié)構第3頁,共13頁，2024年2月25日，星期天

以上關于智能控制結(jié)構理論的不同見解中，存在著以下幾點共識：

（1）智能控制是由多種學科相互交叉而形成的一門新興學科；

（2）智能控制是自動控制發(fā)展到新階段的產(chǎn)物，它以人工智能和自動控制的相互結(jié)合為主要標志；

（3）智能控制在發(fā)展過程中不斷地吸收著控制論、信息論、系統(tǒng)論、運籌學、計算機科學、模糊數(shù)學、心理學、生理學、仿生學等學科的思想、方法以及新的研究成果，目前仍在發(fā)展和完善之中。智能控制的基本概念第4頁,共13頁，2024年2月25日，星期天

由于智能控制是一門新興學科且正處于發(fā)展階段，所以至今尚無統(tǒng)一的定義，故有多種描述形式。

從三元交集論的角度定義智能控制：它是一種應用人工智能的理論和技術以及運籌學的優(yōu)化方法，并和控制理論中的方法與技術相結(jié)合，在不確定的環(huán)境中，仿效人的智能（學習、推理等），實現(xiàn)對系統(tǒng)控制的理論與方法。

從系統(tǒng)一般行為特性出發(fā)，J.S.Albus認為：智能控制是有知識的“行為舵手”，它把知識和反饋結(jié)合起來，形成感知–交互式、以目標為導向的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以進行規(guī)劃，產(chǎn)生有效的、有目的的行為，并能在不確定的環(huán)境中，達到預期的目標。智能控制的基本概念第5頁,共13頁，2024年2月25日，星期天

從認知過程出發(fā)：智能控制是一種推理計算，它能在非完整的性能指標下，通過一些基本的操作，如歸納(Generalization)和組合搜索(CombinatorialSearch)等，把表達不完善、不確定的復雜系統(tǒng)引向規(guī)定的目標。

從控制論的角度出發(fā)：智能控制是驅(qū)動智能機器自主地實現(xiàn)其目標的過程?；蛘哒f，智能控制是一類無需人的干預就能獨立地驅(qū)動智能機器實現(xiàn)其目標的自動控制方法。

以上各種描述說明：智能控制具有認知和仿人的功能；能適應不確定性的環(huán)境；能自主處理信息以減少不確定性；能可靠地進行規(guī)劃，產(chǎn)生和執(zhí)行有目的的行為，以獲取最優(yōu)的控制效果。智能控制的基本概念第6頁,共13頁，2024年2月25日，星期天

人工智能產(chǎn)生于20世紀50年代，它是控制論、信息論、系統(tǒng)論、計算機科學、神經(jīng)生理學、心理學、數(shù)學以及哲學等多種學科相互滲透的結(jié)果，也是電子計算機出現(xiàn)并廣泛應用的結(jié)果。

智能控制的提出和發(fā)展歷程，一直伴隨著人工智能的發(fā)展而發(fā)展，人工智能作為智能控制的基礎和重要組成部分，它的每一個研究成果都對智能控制的發(fā)展起到了積極的推動作用。智能控制的基本概念第7頁,共13頁，2024年2月25日，星期天

可以預見，隨著系統(tǒng)論、人工智能理論和計算機技術的發(fā)展，智能控制將會有更大的發(fā)展空間，并在實際中得到更加廣泛的應用。

智能控制作為一門新興控制技術，目前還處于發(fā)展初期?；谶z傳算法的智能控制，基于Petri網(wǎng)理論的智能控制，遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡和模糊控制相結(jié)合的綜合優(yōu)化控制等新的智能控制理論和方法在不斷涌現(xiàn)和發(fā)展之中。智能控制的發(fā)展前景第8頁,共13頁，2024年2月25日，星期天

智能控制是自動控制的最新發(fā)展階段，主要用于解決傳統(tǒng)控制技術與方法難以解決的控制問題。主要應用場合有：

（1）具有高度非線性、時變性、不確定性和不完全性等特征，一般無法獲得精確數(shù)學模型的復雜系統(tǒng)的控制問題；

（2）需要對環(huán)境和任務的變化具有快速應變能力并需要運用知識進行控制的復雜系統(tǒng)的控制問題；

（3）采用傳統(tǒng)控制方法時，必須遵循一些苛刻的線性化假設，否則難以達到預期控制目標的復雜系統(tǒng)的控制問題；

（4）采用傳統(tǒng)控制方法時，控制成本高、可靠性差或控制效果不理想的復雜系統(tǒng)的控制問題。智能控制的應用場合第9頁,共13頁，2024年2月25日，星期天

根據(jù)智能控制基本研究對象的開放性、復雜性、多層次和信息模式的多樣性、模糊性、不確定性等特點，其研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面。（1）智能控制基本機理的研究（2）智能控制基本理論和方法的研究①離散事件和連續(xù)時間混雜系統(tǒng)的分析與設計；②基于故障診斷的系統(tǒng)組態(tài)理論和容錯控制方法；③基于實時信息學習的規(guī)則自動生成與修改方法；

主要對智能控制認識論和方法論進行研究，探索人類的感知、判斷、推理和決策等活動的機理。主要有以下幾個方面的內(nèi)容：智能控制的研究內(nèi)容第10頁,共13頁，2024年2月25日，星期天

智能控制系統(tǒng)有學習功能、適應功能、組織功能三大主要功能特點。（1）學習功能

智能控制系統(tǒng)的學習功能指的是對一個過程或其環(huán)境的未知特征所固有的信息進行學習，并將得到的經(jīng)驗用于進一步的估計、分類、決策和控制，從而使系統(tǒng)的性能得到改善。

智能控制系統(tǒng)的學習能力有高低之分，低層次的學習主要指對控制對象參數(shù)的學習，高層次的學習則主要指對知識的更新。（2）適應功能

智能控制系統(tǒng)的適應功能指的是當智能控制系統(tǒng)的輸入不是已經(jīng)學習過的樣本時，照樣可給出合適的輸出。甚至當系統(tǒng)中某些部分出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)仍能正常工作。智能控制系統(tǒng)的主要功能特點第11頁,共13頁，2024年2月25日，星期天（3）組織功能

智能控制系統(tǒng)的組織功能指的是對于復雜的控制任務和分散的傳感器信息，智能控制系統(tǒng)具有自行組織和協(xié)調(diào)的功能。智能控制器可以在任務要求范圍內(nèi)自行決策、主動地采取行動；當出現(xiàn)多目標沖突時，在一定條件下，控制器有權自行裁決和處理。

一個理想的智能控制系統(tǒng)，除了以上三大主要功能之外，往往還應該具有其它一些功能：如對各類故障進行自診斷、屏蔽和自恢復的容錯功能；對環(huán)境干擾和不確定性因素不敏感