安全生產(chǎn)智能化保障技術(shù) 第2版 課件 第五章 智能控制

智能控制安全生產(chǎn)智能保障技術(shù)

1.智能控制概述2.智能控制原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3.典型智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法4.智能控制在安全工程中的的應(yīng)用主要內(nèi)容

智能控制概述智能控制概念

“智能控制”包含“智能”與“控制”兩個(gè)關(guān)鍵詞。控制一般是自動(dòng)控制的簡(jiǎn)稱(chēng)，而自動(dòng)控制通常指反饋控制。因此，“智能控制”即為“智能反饋控制”。因此，智能控制遵循著反饋制的基本原理，它是基于智能反饋的自動(dòng)控制。三元論的智能控制概念：IC=AC∩AI∩ORIC：智能控制（IntelligentControl）；AI：人工智能（ArtificialIntelligence）；AC：自動(dòng)控制（AutomaticControl）；OR：運(yùn)籌學(xué)（OperationalResearch）

智能控制概述智能控制概念

智能控制概述智能控制發(fā)展過(guò)程

智能控制概述智能控制特點(diǎn)智能控制系統(tǒng)一般具有以知識(shí)表示的非數(shù)學(xué)廣義模型和以數(shù)學(xué)模型表示的混合控制過(guò)程智能控制器具有分層信息處理和決策的結(jié)構(gòu)智能控制器具有非線(xiàn)性智能控制器具有變結(jié)構(gòu)特點(diǎn)智能控制器具有總體自尋優(yōu)特點(diǎn)

智能控制原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)智能控制基本原理

智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想將研究重點(diǎn)由被控對(duì)象建模轉(zhuǎn)移為智能控制器。設(shè)計(jì)智能控制器去實(shí)時(shí)逼近被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)模型，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜對(duì)象的控制。智能控制器是一個(gè)通用非線(xiàn)性映射器，它能夠?qū)崿F(xiàn)從輸入到輸出的任意線(xiàn)性映射。

模糊系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)格和專(zhuān)家系統(tǒng)就是實(shí)現(xiàn)萬(wàn)能逼近器(任意非線(xiàn)性映射器）的三種基本形式。

智能控制原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)智能控制基本原理

智能控制原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)智能控制系統(tǒng)的基本功能學(xué)習(xí)功能

系統(tǒng)對(duì)一個(gè)過(guò)程或未知環(huán)境所提供的信息進(jìn)行識(shí)別、記憶、學(xué)習(xí)并利用積累的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)一步改善系統(tǒng)的性能，這種功能與人的學(xué)習(xí)過(guò)程相類(lèi)似。適應(yīng)功能

除了包括對(duì)輸入輸出自適應(yīng)估計(jì)，還包括故障情況下自修復(fù)等功能。組織功能

對(duì)于復(fù)雜任務(wù)和分散的傳感信息具有自組織和協(xié)調(diào)功能，使系統(tǒng)主動(dòng)性和靈活性,控制器可在任務(wù)要求范圍內(nèi)進(jìn)行自行決策,主動(dòng)采取行動(dòng)

智能控制原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)形式

智能控制系統(tǒng)分為智能控制器和外部環(huán)境兩大部分。其中智能控制器由六部分組成：智能信息處理識(shí)別、數(shù)據(jù)庫(kù)、智能規(guī)劃智能決策、認(rèn)知學(xué)習(xí)控制知識(shí)庫(kù)、智能推理；外部環(huán)境由廣義被控對(duì)象、傳感器和執(zhí)行器組成，還包括外部各種干擾等不確定性因素。

智能控制原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基于廣義信息的智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要由語(yǔ)用規(guī)劃、信息加工策略、語(yǔ)義關(guān)系等構(gòu)成。

語(yǔ)用信息中語(yǔ)用規(guī)劃強(qiáng)調(diào)信息的效用，通過(guò)引入人的經(jīng)驗(yàn)判斷可以大大縮小搜索空間，提高效率。信息加工策略是依據(jù)由啟發(fā)式信息推出控制信息，方法是提問(wèn)系統(tǒng)。首先從推理網(wǎng)絡(luò)中所有頂層假設(shè)中選出恰當(dāng)?shù)囊粋€(gè)，原則是按照最小熵做出決策。然后提出系統(tǒng)用評(píng)價(jià)函數(shù)為所有以這個(gè)假設(shè)為結(jié)論的規(guī)則打分，按最小熵原則確定最優(yōu)原則。

智能控制原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基于信息論的遞階智能控制結(jié)構(gòu)

1977年Saridis以機(jī)器人控制問(wèn)題為背景提出了智能控制系統(tǒng)的三級(jí)遞階的結(jié)構(gòu)形式，三級(jí)遞階結(jié)構(gòu)分別是組織級(jí)、協(xié)調(diào)級(jí)和執(zhí)行級(jí)。

典型智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基于模糊推理計(jì)算的智能控制系統(tǒng)

模糊控制在一定程度上模仿了人的控制，不需要有準(zhǔn)確的控制對(duì)象模型。它通過(guò)“若…則…”等規(guī)則形式表現(xiàn)人的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)、在符號(hào)水平上模擬智能，這樣符號(hào)的最基本形式就是描述模糊概念的模糊集合。

典型智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基于模糊推理計(jì)算的智能控制系統(tǒng)模糊化接口——模糊化是將模糊控制器輸入量的確定值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)模糊語(yǔ)言變量值的過(guò)程，此相應(yīng)語(yǔ)言變量均有對(duì)應(yīng)的隸屬度來(lái)定義。規(guī)則庫(kù)——規(guī)則庫(kù)是由若干條模糊語(yǔ)言控制規(guī)則組成的模糊推理——利用模糊推理，可以由輸入的模糊集合得到輸出的模糊集合清晰化接口——清晰化又稱(chēng)去模糊和解模糊。根據(jù)規(guī)則經(jīng)過(guò)推理得到的是模糊集合

典型智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模糊控制的分類(lèi)Mamdani型經(jīng)典模糊控制器①在線(xiàn)推理式模糊控制。在控制過(guò)程中直接記性模糊推理，模糊控制規(guī)則，隸屬函數(shù)等參數(shù)設(shè)計(jì)靈活，但在線(xiàn)推理速度一般難以滿(mǎn)足實(shí)時(shí)控制的需要。②查詢(xún)式模糊控制器。采用離線(xiàn)模糊推理獲得控制表，供在線(xiàn)控制中實(shí)時(shí)查詢(xún)，這種模糊控制規(guī)則不便調(diào)整，使用簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性好，具有較好的控制性能。③解析形式模糊控制器。這種控制器通過(guò)解析描述來(lái)近似查詢(xún)表示的模糊控制規(guī)則，雖然規(guī)則是解析描述，但使用模糊語(yǔ)言變量，仍屬于模糊控制。具有運(yùn)行速度快，控制規(guī)則通過(guò)引入加權(quán)因子便于自調(diào)整，具有較強(qiáng)的自適應(yīng)能力。

典型智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模糊控制的分類(lèi)T-S型模糊控制T-S型模糊控制是由T-S模糊模型構(gòu)成的一種描述動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的模糊關(guān)系模型。這種T-S型模糊關(guān)系模型既可以作為被控動(dòng)態(tài)的過(guò)程模型，又可以作為T(mén)-S型模糊控制器。模糊PID控制

PID控制是控制領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的控制形式，為提高傳統(tǒng)PID控制的適應(yīng)能力，采用模糊邏輯推理優(yōu)化PID控制參數(shù)，即所謂的模糊PID控制。這類(lèi)復(fù)合控制形式是模糊控制與經(jīng)典控制相結(jié)合的典型代表。自適應(yīng)模糊控制

自適應(yīng)模糊控制是在基本模糊控制器基礎(chǔ)上增加了自適應(yīng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)基本模糊控制自身控制性能的負(fù)反饋控制，自適應(yīng)地調(diào)整和改善控制器的性能。

典型智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)專(zhuān)家智能控制系統(tǒng)

專(zhuān)家控制器是構(gòu)成專(zhuān)家控制系統(tǒng)的核心單元，專(zhuān)家控制器主要包括數(shù)據(jù)獲取環(huán)節(jié)、知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)、學(xué)習(xí)機(jī)以及解釋環(huán)節(jié)等

典型智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)專(zhuān)家智能控制系統(tǒng)——分類(lèi)直接型專(zhuān)家控制器

直接型專(zhuān)家控制器用于取代常規(guī)控制器。直接控制生產(chǎn)過(guò)程或被控對(duì)象，具有模擬(或延伸、擴(kuò)展)操作工人智能的功能。

典型智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)專(zhuān)家智能控制系統(tǒng)——分類(lèi)間接型專(zhuān)家控制器

間接型專(zhuān)家控制器用于和常規(guī)控制器相結(jié)合，組成對(duì)生產(chǎn)過(guò)程或被控對(duì)象進(jìn)行間接控制的智能控制系統(tǒng)。

典型智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)專(zhuān)家智能控制系統(tǒng)與專(zhuān)家系統(tǒng)的區(qū)別專(zhuān)家系統(tǒng)能完成專(zhuān)門(mén)領(lǐng)域的功能，輔助用戶(hù)決策；專(zhuān)家控制能進(jìn)行獨(dú)立的、實(shí)時(shí)的自動(dòng)決策。專(zhuān)家控制比專(zhuān)家系統(tǒng)對(duì)可靠性和抗干擾性有著更高的要求。專(zhuān)家系統(tǒng)處于離線(xiàn)工作方式，而專(zhuān)家控制要求在線(xiàn)獲取反饋信息，即要求在線(xiàn)工作方式。

典型智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能控制

反饋控制神經(jīng)控制

典型智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智控制分類(lèi)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)督控制：通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)控制器進(jìn)行學(xué)習(xí)，然后用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器逐漸取代傳統(tǒng)控制器的方法，稱(chēng)為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)督控制

典型智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智控制分類(lèi)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)直接逆控制：將被控對(duì)象的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型直接與被控對(duì)象串聯(lián)起來(lái)，以便使期望輸出與對(duì)象實(shí)際輸出之間的傳遞函數(shù)為1。則將此網(wǎng)絡(luò)作為前饋控制器后，被控對(duì)象的輸出為期望輸出。

典型智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智控制分類(lèi)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊邏輯控制：模糊系統(tǒng)善于直接表示邏輯，適于直接表示知識(shí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)善于學(xué)習(xí)通過(guò)數(shù)據(jù)隱含表達(dá)知識(shí)。前者適于自上而下的表達(dá)，后者適于自下而上的學(xué)習(xí)過(guò)程，二者存在一定的互補(bǔ)、關(guān)聯(lián)性。因此，它們的融合可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，可以更好地提高控制系統(tǒng)的智能性。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯相結(jié)合有以下幾種方式用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)模糊推理的模糊控制用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)記憶模糊規(guī)則的控制用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模糊控制器的參數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑?？刂?/p>

智能控制在安全工程中的應(yīng)用在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用機(jī)器人視覺(jué)伺服控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃控制

智能控制在安全工程中的應(yīng)用在消防系統(tǒng)中的應(yīng)用思考題1.智能控制中的智能是從何而來(lái)的?2.