1、1 智智 能能 控控 制制 2 课程总目标课程总目标 学完本课程后，你应具有以下能力：学完本课程后，你应具有以下能力：掌握智能控制的基本概念；掌握智能控制的基本概念；了解智能控制的基本理论，掌握智能控制的基本技术；了解智能控制的基本理论，掌握智能控制的基本技术；学会智能控制算法和系统的设计方法学会智能控制算法和系统的设计方法 掌握掌握神经网络的基本概念、神经网络控制器的工作原理和神经网络的基本概念、神经网络控制器的工作原理和设计方法设计方法；熟悉和会编写神经网络控制系统仿真或应用程序；熟悉和会编写神经网络控制系统仿真或应用程序；掌握掌握模糊控制器的组成、工作原理和设计方法模糊控制器的组成、工作
2、原理和设计方法；熟悉和会编写模糊控制系统仿真或应用程序；熟悉和会编写模糊控制系统仿真或应用程序；掌握掌握专家系统的基本概念、专家控制系统的工作原理和设专家系统的基本概念、专家控制系统的工作原理和设计方法计方法；熟悉和会编写专家控制系统仿真或应用程序；熟悉和会编写专家控制系统仿真或应用程序；3 参考书目参考书目 1、Fuzzy control 2、An Introduction to Fuzzy Control 3、孙增圻等.智能控制理论与技术 4、蔡自兴.智能控制基础与应用 5、李人厚.智能控制理论与方法 6、李士勇.模糊控制 神经控制和智能控制论 7、诸静等.模糊控制原理与应用 8、蒋宗礼.
3、人工神经网络导论 9、张立明.人工神经网络的模型及其应用 10、阎平凡,张长水.人工神经网络与模拟进化计算 4 智能控制概述智能控制概述 智能控制是自动控制发展的一个新阶段，是智能控制是自动控制发展的一个新阶段，是人工智能、控制论、系统论和信息论等多种学科人工智能、控制论、系统论和信息论等多种学科的综合与集成，是当前的一个研究热点。的综合与集成，是当前的一个研究热点。控制理论和应用发展的概况控制理论和应用发展的概况 传统控制理论的局限性传统控制理论的局限性 智能与智能控制的基本概念智能与智能控制的基本概念 智能控制系统的特点智能控制系统的特点 智能控制系统的结构理论智能控制系统的结构理论 智能
4、控制与传统控制的关系智能控制与传统控制的关系 智能控制的研究对象智能控制的研究对象 智能控制的类型智能控制的类型 5 控制理论和应用发展的概况控制理论和应用发展的概况 控制理论的发展始于Watt飞球调节蒸汽机以后的100年。1.20年代以反馈控制理论为代表，形成经典控制理论，著名的 控制科学家有：Black,Nyquist,Bode.2.随着航空航天事业的发展,5060年代形成以多变量控制为特 征的现代控制理论,主要代表有:Kalman的滤波器,Pontryagin 的极值原理,Bellman 的动态规划,和Lyapunov的稳定性理论.3.70年代初,以分解和协调为基础,形成了大系统控制理论
5、,用于 复杂系统的控制,重要理论有递阶控制理论、分散控制理论、队论等。主要用于资源管理、交通控制、环境保护等。以上控制理论我们称之为传统控制理论。6 理论与实际应用存在很大差距 PID在实际应用中仍占统治地位。原因：实际应用情况的复杂性、多变性、不确定性；所需数学工具难以被多数技术人员所掌握；自动控制需要其它技术支持，如网络、计算机；自动控制学科高度的交叉性、应用的广泛性；国内企业存在管理体制问题，技术投入力度不够。7 传统控制理论的局限性传统控制理论的局限性 随着复杂系统的不断涌现，传统控制理论 越来越多地显示它的局限性。什么叫复杂 系统？其特征表现为：1、控制对象的复杂性 模型的不确定性
6、高度非线性 分布式的传感器和执行机构 动态突变 多时间标度 复杂的信息模式 庞大的数据量和严格的性能指标。8 2.环境的复杂性 变化的不确定性 难以辨识 必须与被控对象集合起来作为一个整体来考虑 3.控制任务或目标的复杂性 控制目标和任务的多重性 时变性 任务集合处理的复杂性 传统控制理论的局限性 1）传统的控制理论建立在精确的数学模型基础上用微分或差分方程来描述。不能反映人工智能过程：推理、分析、学习。丢失许多有用的信息 9 2）不能适应大的系统参数和结构的变化 自适应控制和自校正控制通过对系统某些重要参数的估计克服小的、变化较慢的参数不确定性和干扰。鲁棒控制在参数或频率响应处于允许集合内，
7、保证被控系统的稳定。自适应控制、鲁棒控制不能克服数学模型严重的不确定性和工作点剧烈的变化。3）传统的控制系统输入信息模式单一 通常处理较简单的物理量：电量（电压、电流、阻抗）；机械量（位移、速度、加速度）；复杂系统要考虑：视觉、听觉、触觉信号，包括图形、文字、语言、声音等信息。为了克服传统控制理论的局限性，产生了模拟人类思维和活动的智能控制。10 智能与智能控制的基本概念智能与智能控制的基本概念 智能控制已经出现了相当长的一段智能控制已经出现了相当长的一段时间，并且已取得了初步的应用成果时间，并且已取得了初步的应用成果.但是究竟什么是“智能”，什么是“智但是究竟什么是“智能”，什么是“智能控制
8、”等问题，至今仍没有统一的定能控制”等问题，至今仍没有统一的定义。义。11 按系统的一般行为特征定义(Albus)什么叫智能？有不同的定义：在不确定环境中，作出合适动作合适动作的能力。合适动作是指增加成功的概率，成功就是达到行为的子目标，以支持系统实现最终目标。！？低级智能：感知环境、作出决策、控制行为 12 高级智能：理解和觉察能力，在复杂和险恶环境中进行 选择的能力，力求生存和进步。13 按人类的认知的过程定义（A.Meystel)智能是系统的一个特征，当集注（Focusing Attention)、组合 搜索(Combinatorial Search)、归纳（Generalization
9、)过程作用于 系统输入，并产生系统输出时，就表现为智能。系统输入 系统输出 智能 集中 注意力 组合 搜索 归纳 14 按机器智能定义(Saridis)机器智能是把信息进行分析、组织，并把它转换成知识的过程。知识就是所得到的结构性信息，它可用来使机器执行特定的任务，以消除该任务的不确定性或盲目性，达到最优或次优的结果。信息信息信息信息分析组织处理知识知识信息信息机器智能 15 智能 控制 密切相关 智能系统必是 控制系统 控制系统必需具有智能 16 智能控制的定义一智能控制的定义一:智能控制是由智能控制是由智能机器自智能机器自主地主地实现其目标的过程。而智能机器则定义实现其目标的过程。而智能机
10、器则定义为，在结构化或非结构化的、熟悉的或陌生为，在结构化或非结构化的、熟悉的或陌生的环境中，自主地或与人交互地执行人类规的环境中，自主地或与人交互地执行人类规定的任务的一种机器。定的任务的一种机器。17 定义二定义二:K.J.奥斯特洛姆奥斯特洛姆则认为，把人类则认为，把人类具有的具有的直觉推理和试凑法等智能加以形直觉推理和试凑法等智能加以形式化或机器模拟式化或机器模拟，并用于控制系统的分，并用于控制系统的分析与设计中，以期在一定程度上实现控析与设计中，以期在一定程度上实现控制系统的智能化，这就是智能控制。他制系统的智能化，这就是智能控制。他还认为自调节控制、自适应控制就是智还认为自调节控制、
11、自适应控制就是智能控制的低级体现。能控制的低级体现。18 定义三定义三:智能智能控制是一类无控制是一类无需人的干预就需人的干预就能够自主地驱能够自主地驱动智能机器实动智能机器实现其目标的自现其目标的自动控制，也是动控制，也是用用计算机模拟计算机模拟人类智能人类智能的一的一个重要领域个重要领域。19 定义四定义四:智能控制实际只是研究与模拟智能控制实际只是研究与模拟人类智能活动及其控制与信息传递过程人类智能活动及其控制与信息传递过程的规律，研制具有的规律，研制具有仿人智能的工程仿人智能的工程控制控制与信息处理系统与信息处理系统的一个新兴分支学科。的一个新兴分支学科。20 定义五定义五：（一种通俗
12、但不严格的定义）（一种通俗但不严格的定义）在控制系统中，如果控制器完成了在控制系统中，如果控制器完成了分不清是机器还是人完成的任务，则称分不清是机器还是人完成的任务，则称这样的系统为智能控制系统。这样的系统为智能控制系统。21 智能控制的特点智能控制的特点 智能控制的智能控制的核心在高层控制核心在高层控制，即组织级即组织级;智能控制器具有智能控制器具有非线性非线性特性特性;智能控制器具有智能控制器具有总体自寻优总体自寻优特性特性;智能控制系统应能满足智能控制系统应能满足多样性目标的高多样性目标的高性能性能要求要求;智能控制系统应具备智能控制系统应具备学习能力学习能力、容错能容错能力力、适应能力
13、适应能力、组织能力组织能力、实时性实时性、鲁鲁棒性棒性、人机协作人机协作等性能等性能;22 智能控制的结构理论智能控制的结构理论 智能控制的理论结构明显地具有多智能控制的理论结构明显地具有多学科交叉的特点，许多研究人员试图建学科交叉的特点，许多研究人员试图建立起智能控制这一新学科，他们提出了立起智能控制这一新学科，他们提出了一些有关智能控制系统结构的思想。按一些有关智能控制系统结构的思想。按照照（傅京孙）和傅京孙）和SaridisSaridis提出的观点，提出的观点，可以把智能控制看作是人工智能、自动可以把智能控制看作是人工智能、自动控制和运筹学三个主要学科相结合的产控制和运筹学三个主要学科相
14、结合的产 物。称之为三元结构。物。称之为三元结构。23 IC=AIACOR IC 智能控制智能控制 (Intelligent Control);Al人工智能人工智能 (Artificial Intelligence);AC一自动控制一自动控制 (Automatic Control);OR运筹学运筹学 (Operation Research）一表示交集一表示交集.24 人工智能人工智能（AI）：是一个知识处理系是一个知识处理系统统，具有记忆具有记忆、学习学习、信息处理信息处理、形式形式语言语言、启发式推理等功能启发式推理等功能。自动控制自动控制（AC）：描述系统的动力学描述系统的动力学特性特性，
15、是一种动态反馈是一种动态反馈。运筹学运筹学（OR）：是一种定量优化方法：是一种定量优化方法，如线性规划如线性规划、网络规划网络规划、调度调度、管理管理、优化决策和多目标优化方法等优化决策和多目标优化方法等。25 智能控制就是应用人工智能的理论智能控制就是应用人工智能的理论与技术和运筹学的优化方法与技术和运筹学的优化方法，并将其同并将其同控制理论方法与技术相结合控制理论方法与技术相结合，在未知环在未知环境下境下，仿效人的智能仿效人的智能，实现对系统的控实现对系统的控制制。可见，智能控制代表着自动控制学科可见，智能控制代表着自动控制学科发展的最新进程。发展的最新进程。26 智能控制的结构理论智能控
16、制的结构理论 27 智能控制与传统控制的关系智能控制与传统控制的关系 传统控制（传统控制（Conventional control）：经典反馈控）：经典反馈控制和现代理论控制。它们的主要特征是基于制和现代理论控制。它们的主要特征是基于精确的精确的系统数学模型的控制。适于解决线性、系统数学模型的控制。适于解决线性、时不变等相对简单的控制问题。时不变等相对简单的控制问题。智能控制（智能控制（Intelligent control）以上问题用智能）以上问题用智能的方法同样可以解决。智能控制是对传统控的方法同样可以解决。智能控制是对传统控制理论的发展，制理论的发展，传统控制是智能控制的一个传统控制是智能控制的一个组成部分组成部分，智能控制的许多解决方案是在传，智能控制的许多解决方案是在传统控制方案基础上的改进，在这个意义下，统控制方案基础上的改进，在这个意义下，两者可以统一在智能控制的框架下。两者可以统一在智能控制的框架下。28 智能控制的研究对象智能控制的研究对象 不确定性的模型不确定性的模型 高度的非线性高度的非线性 复杂的任务要求复杂的任务要求 29 智能控制的应用场合智能控制的应用场合