人工智能-智能控制課件

人工智能-智能控制章瑞ZR陜西科技大學人工智能——

智能控制人工智能-智能控制

人工智能-智能控制人工智能-智能控制主講內容智能控制的發(fā)展與定義智能控制的結構理論智能控制的特點人工智能-智能控制1.1

智能控制的產生和發(fā)展1965年，美籍華裔科學家傅京孫教授首先把人工智能的啟發(fā)式推理規(guī)則用于學習控制系統(tǒng)。1966年，Mendel進一步在空間飛行器的學習控制系統(tǒng)中應用了人工智能技術，并提出了“人工智能控制”的概念。1967年，Leondes和Mendel首先正式使用“智能控制”一詞。1智能控制的發(fā)展與定義

人工智能-智能控制

智能控制的產生和發(fā)展

1985年，在美國首次召開了智能控制學術討論會。1987年又在美國召開了智能控制的首屆國際學術會議，標志著智能控制作為一個新的學科分支得到承認。人工智能-智能控制

自動控制的發(fā)展過程開環(huán)控制確定性反饋控制最優(yōu)控制隨機控制自適應控制自學習控制智能控制進展方向控制復雜性人工智能-智能控制1.2

智能控制的定義智能機器:能夠在定形或不定形、熟悉或不熟悉的環(huán)境中自主地或與操作人員交互作用以執(zhí)行各種擬人任務的機器。自動控制:能按規(guī)定程序對機器或裝置進行自動操作或控制的過程。智能控制:驅動智能機器自主實現(xiàn)其目標的過程。智能控制系統(tǒng):用于驅動自主智能機器以實現(xiàn)其目標而無需人員干預的系統(tǒng)。人工智能-智能控制2.智能控制的結構理論2.1智能控制的結構理論

自從1971年傅京孫教授提出把智能控制作為人工智能和自動控制的交接領域以來，許多研究人員試圖建立起智能控制這一新學科。提出了一些有關智能控制系統(tǒng)結構的思想，有助于對智能控制的進一步認識。智能控制具有十分明顯的跨學科（多元）結構特點。人工智能-智能控制

智能控制的結構理論在此，主要討論智能控制的二元交集結構、三元交集結構和四元交集結構三種思想，它們分別由下列各交集表示：IC=AI∩AC（1）IC=AI∩CT∩OR（2）IC=AI∩CT∩OR∩IT（3）Al—人工智能(ArtificialIntelligence);AC一自動控制(AutomaticControl);OR—運籌學(OperationResearch)；IT—信息論（Informationtheory）IC—智能控制(IntelligentControl);∩一表示交集.人工智能-智能控制二元結構

傅京孫(K.S.Fu)首先論述了人工智能與自動控制的交接關系，指出“智能控制系統(tǒng)描述自動控制系統(tǒng)與人工智能的交接作用”。AIACIC智能控制的二元結構智能控制的結構理論人工智能-智能控制

三元結構

薩里迪斯(Saridis)認為，二元交集的兩元互相支配無助于智能控制的有效和成功應用，必須把遠籌學的概念引入智能控制，使它成為三元交集中的一個子集。對這一問題的爭論，在IEEE第一次智能控制國際討論會上達到高潮。薩里迪斯還提出分級智能控制系統(tǒng)，由3個智能(感知)級組成：組織級、協(xié)調級、執(zhí)行級。

智能控制的三元結構AIORICCT人工智能-智能控制知識組織器協(xié)調器n協(xié)調器1硬件控制器1硬件控制器n過程1過程n組織級協(xié)調級執(zhí)行級分級智能控制系統(tǒng)人工智能-智能控制

四元結構在研究了前述各種智能控制的結構理論和各相關學科的關系之后，蔡自興提出四元智能控制結構，把智能控制看做人工智能、自動控制、運籌學和信息論四個學科的交集。CTICAIORIT

智能控制的四元結構人工智能-智能控制把信息論作為智能控制結構的一個子集的理由

（1）“三論”缺一不可 三論：系統(tǒng)論、信息論和控制論無論從哪一方面來看，三論都是相互作用和相互靠攏的。

人工智能-智能控制信息論是智能控制必不可少的組成部分的論證：

錢學森的系統(tǒng)科學體系圖（部分）人工智能-智能控制 （2）知識是信息的一種形式

知識：對信息收集、分析、處理和優(yōu)化而形成的“制品”，是結構信息的一種形式。智能控制的知識和經驗源于信息，又可能被加工處理為新的信息，如指令、決策方案和計劃等，用于控制系統(tǒng)或裝置的活動。在人工智能中，也把盲目搜索稱為無信息搜索，而把啟發(fā)式搜索稱為有信息搜索。由此可見，無論在人工智能或智能控制中，都離不開信息論的參與作用。把信息論作為智能控制結構的一個子集的理由人工智能-智能控制 （3）人體器官控制具有信息論的功能 智能控制系統(tǒng)，無論是基于知識的系統(tǒng)，還是基于神經網(wǎng)絡的系統(tǒng)，或者是將來出現(xiàn)的其他什么系統(tǒng)，都力圖模仿人體活動功能，尤其是人腦的思維和決策過程。人工智能-智能控制 （4）智能控制以信息熵為測度 作為目前比較成熟的理論之一的薩里迪斯分級遞階智能控制理論，其各級采用熵作為測度。熵函數(shù)是現(xiàn)代信息論的重要基礎之一。把熵函數(shù)和信息流一起引入智能控制系統(tǒng)，正表明了信息論是組成智能控制的不可缺少的部分。人工智能-智能控制2.2智能控制器的一般結構控制過程設計是系統(tǒng)模型、實際結構和任務形式化的綜合。 智能控制器的設計具有下列特點的組合： （1）具有以微積分（DIC）表示和以技術應用語言（LTA）表示的混合系統(tǒng)方法。 （2）采用不精確的和不完全的裝置分層模型。 （3）含有很多傳感器遞送的分級和不完全的外系統(tǒng)知識，并在學習中不斷加以辨識、整理和更新。 （4）把任務協(xié)商作為控制系統(tǒng)以及控制過程的一部分來考慮。人工智能-智能控制

在上述討論的基礎上，我們能夠給出智能控制器的一般結構，如下圖所示。不完全任務描述任務協(xié)商混合知識表示高層規(guī)劃/控制常規(guī)控制過程各種驅動器世界（環(huán)境）各種傳感器多傳感器感知系統(tǒng)智能控制器的一般結構人工智能-智能控制3.智能控制的特點（1）同時具有以知識表示的非數(shù)學廣義模型和以數(shù)學模型表示的混合控制過程。智能控制以知識進行推理，以啟發(fā)引導求解過程。智能控制系統(tǒng)的設計重點不在常規(guī)控制器上，而在智能機模型上。（2）智能控制的核心在高層控制，即組織級。高層控制的任務在于對實際環(huán)境或過程進行組織，即決策和規(guī)劃，實現(xiàn)廣義問題求解。人工智能-智能控制智能控制的特點

（3）智能控制是一門邊緣交叉學科。智能控制的發(fā)展需要各相關學科的配合與支持，同時也要求智能控制工程師是一個知識工程師。 美國工程科學院院士傅京孫教授曾經指出：“模式識別必須與人工智能相結合，才能有更大的發(fā)展?！保?）智能控制是一個新興的研究領域。 無論在理論上或實踐上它都還不成熟、很不完善，需要進一步探索與開發(fā)。諾貝爾獎獲得者、國際著名的經濟學家和人工智能學家西蒙（Simon）說過：“進行好的理論研究，重要問題之一是找到一個相關的信息理論；我所更新的經濟學決策的主要部分是對經濟決策理論進行修正”。人工智能-智能控制智能控制應用示例人工智能-智能控制豐田油電混合動力系統(tǒng)人工智能-智能控制智能混合動力電動轎車整車控制系統(tǒng)智能混合動力電動轎車的系統(tǒng)構成簡圖人工智能-智能控制整車分層控制系統(tǒng)結構圖該系統(tǒng)能實現(xiàn)對整車的綜合協(xié)調控制,在實現(xiàn)整車各項功能的同時,確保整車具有系統(tǒng)最優(yōu)的安全性、經濟性和駕駛性能。人工智能-智能控制

智能混合動力電動轎車的整車分層控制體系共分4層,其中頂層為智能輔助駕駛控制目標制定層,根據(jù)自車與前車的車輛狀態(tài)以及駕駛員輸入巡航車速對智能輔助駕駛子模式進行識別,并制定各種模式下的整車縱向期望加速度;上層為整車驅/制動轉矩制定層,分別制定手動駕駛模式和自動駕駛模式下的需求轉矩,并根據(jù)駕駛操作對整車駕駛模式進行判別和協(xié)調不同的轉矩需求,最終制定出整車期望驅/