智能控制基本原理 PPT
合集下载
智能控制理论及应用 PPT
智能控制理论及应用 PPT智能控制是控制理论发展的高级阶段，它综合了人工智能、自动控制、运筹学等多学科的知识，旨在解决那些传统控制方法难以处理的复杂系统控制问题。
本 PPT 将带您深入了解智能控制理论及其广泛的应用领域。
一、智能控制的概念智能控制是指在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。
与传统控制相比，智能控制具有以下显著特点：1、不确定性：能够处理系统中的不确定性，如模型不确定性、参数变化和外部干扰等。
2、复杂性：适用于复杂的、非线性的和时变的系统。
3、自适应性：可以根据系统的运行情况和环境变化自动调整控制策略。
4、学习能力：能够从数据和经验中学习，不断优化控制性能。
二、智能控制的主要理论1、模糊控制模糊控制是基于模糊集合理论和模糊逻辑推理的一种智能控制方法。
它通过将精确的输入量模糊化，利用模糊规则进行推理，最后将模糊输出解模糊化为精确的控制量。
模糊控制适用于那些难以建立精确数学模型的系统，例如温度控制、速度控制等。
2、神经网络控制神经网络控制是利用人工神经网络的学习和自适应能力来实现控制的方法。
神经网络可以通过对大量数据的学习，提取系统的特征和规律，从而实现对系统的有效控制。
在机器人控制、模式识别等领域有着广泛的应用。
3、专家控制专家控制是将专家系统的知识和经验与控制理论相结合的一种智能控制方法。
专家系统包含了大量的领域知识和控制策略，能够根据系统的状态和需求提供准确的控制决策。
4、遗传算法遗传算法是一种基于生物进化原理的优化算法，通过模拟自然选择和遗传变异的过程来寻找最优的控制参数或策略。
它在控制器的参数优化、系统的建模和优化等方面发挥着重要作用。
三、智能控制的应用领域1、工业生产在工业生产过程中，智能控制可以提高生产效率、产品质量和设备的可靠性。
例如，在化工生产中，通过智能控制可以实现对反应过程的精确控制，优化生产工艺；在机器人制造中，利用神经网络控制可以实现机器人的精确动作和轨迹规划。
智能控制ppt课件
发展历程
从经典控制理论到现代控制理论 ，再到智能控制理论，经历了数 十年的发展。
智能控制与传统控制的区别
01
02
03
控制目标
传统控制追求精确的数学 模型，而智能控制更注重 实际控制效果。
控制方法
传统控制主要采用基于模 型的控制方法，而智能控 制则采用基于知识、学习 和经验的方法。
适应性
传统控制对环境和模型变 化适应性较差，而智能控 制具有较强的自适应能力 。
仿真调试、实验调试
调试方法
优化策略
性能评估
05
CATALOGUE
智能控制在工业领域的应用
工业自动化概述
工业自动化的定义和 发展历程
工业自动化对现代工 业的影响和意义
工业自动化的主要技 术和应用领域
中的应用
02
智能传感器和执行器在工业自动化中的应用
模糊控制器设计
包括模糊化、模糊推理、去模糊化等步骤，实现输入 输出的非线性映射。
神经网络控制技术
神经元模型
模拟生物神经元结构和功 能，构建基本计算单元。
神经网络结构
通过神经元之间的连接和 层次结构，构建复杂的神 经网络系统。
学习算法
基于样本数据训练神经网 络，调整连接权重和阈值 ，实现特定功能的控制。
。
智能控制在智能家居中的应用
智能照明控制
通过智能控制器和传感器，实 现灯光的自动调节和远程控制 ，提高照明舒适度和节能效果
。
智能窗帘控制
通过智能控制器和电机，实现 窗帘的自动开关和远程控制， 提高居住便捷性和私密性。
智能空调控制
通过智能控制器和温度传感器 ，实现空调的自动调节和远程 控制，提高居住舒适度和节能 效果。
从经典控制理论到现代控制理论 ，再到智能控制理论，经历了数 十年的发展。
智能控制与传统控制的区别
01
02
03
控制目标
传统控制追求精确的数学 模型，而智能控制更注重 实际控制效果。
控制方法
传统控制主要采用基于模 型的控制方法，而智能控 制则采用基于知识、学习 和经验的方法。
适应性
传统控制对环境和模型变 化适应性较差，而智能控 制具有较强的自适应能力 。
仿真调试、实验调试
调试方法
优化策略
性能评估
05
CATALOGUE
智能控制在工业领域的应用
工业自动化概述
工业自动化的定义和 发展历程
工业自动化对现代工 业的影响和意义
工业自动化的主要技 术和应用领域
中的应用
02
智能传感器和执行器在工业自动化中的应用
模糊控制器设计
包括模糊化、模糊推理、去模糊化等步骤，实现输入 输出的非线性映射。
神经网络控制技术
神经元模型
模拟生物神经元结构和功 能，构建基本计算单元。
神经网络结构
通过神经元之间的连接和 层次结构，构建复杂的神 经网络系统。
学习算法
基于样本数据训练神经网 络，调整连接权重和阈值 ，实现特定功能的控制。
。
智能控制在智能家居中的应用
智能照明控制
通过智能控制器和传感器，实 现灯光的自动调节和远程控制 ，提高照明舒适度和节能效果
。
智能窗帘控制
通过智能控制器和电机，实现 窗帘的自动开关和远程控制， 提高居住便捷性和私密性。
智能空调控制
通过智能控制器和温度传感器 ，实现空调的自动调节和远程 控制，提高居住舒适度和节能 效果。
智能控制基础总结-PPT
0.09 0.6 0.4 0.84 0.49
1.0
NS
ZE
3.3231
0.7
0.3
u
0
2
4
6
u=3.32
27
人工神经网络
❖ 人工神经网络就是模拟人脑细胞的分布式工作特 点和自组织功能，且能实现并行处理、自学习和 非线性映射等能力的一种系统模型。
❖ 神经网络系统研究主要有三个方面的内容，即神 经元模型、神经网络结构和神经网络学习方法。
相等：对于所有的u∈U ，均有μA(u)＝μB(u)。记作A=B。 包含：对于所有的u∈U ，均有μA (u) ≤μB(u)。记作AB。 空集：对于所有的u∈U ，均有μA(u) ＝0 。记作：A＝ 。 全集：对于所有的u∈U ，均有μA(u) ＝1。
14
交、并、补
交集：对于所有的u∈U ，均有
μC(u)=μA∧μB=min{μA(u),μB(u)} 则称C为A与B的 交集，记为 C=A∩B 。
28
人工神经元模型
❖ 神经元模型是生物神经元的抽象和模拟。可看 作多输入/单输出的非线性器件 。
xi 输入信号，j=1,2,…,n;
wij 表示从单元uj 到单元ui 的
连接权值;
i
si 外部输入信号；
ui 神经元的内部状态；
θi 阀值；
yi 神经元的输出信号；
Neti wij x j si i , ui f(Neti ), yi g(ui ) j ❖ 通常假设yi=f(Neti)，而f为激励函数。
8
智能控制的三元结构
❖ AC：动态反馈控制。
❖ AI：一个知识处理系 统，具有记忆、学习、 信息处理、形式语言、 启发式推理等功能。
《智能控制》PPT课件
（3）组织功能：对于复杂任务和分散的传感信息具有自组织和协调功能，使系统具有 主动性和灵活性。智能控制器可以在任务要求范围内进行自行决策，主动采取行动，当 出现多目标冲突时，在一定限制下，各控制器可以在一定范围内自行解决。
1.1.4 智能控制的研究对象 （1）不确定性的模型
7
模型的不确定性包含两层意思：一是模型未知或知之甚少；二是模型的结构和参数可 能在很大范围内变化。
可以概括为：智能控制是“三高三性”的产物。即“控制系统的高度复杂性、高度不 确定性及人们要求越来越高的控制性能”
8
1.1.5 智能控制系统的结构 1.智能控制系统的基本结构
数据库
感知信息 与处理
认知学习 智能控制器
评价机构
传感器
环境 广义对象
还包括外部各种干 扰等不确定制、神经网络控制、专家控制、 学习控制及仿人控制等。
3
第一章
第一节 智能控制的基本概念 1.1.1 智能控制的由来
绪论
传统控制理论（包括经典控制理论和现代控制理论）是建立在被控对象精确数学模
型基础上的控制理论。实际上，许多工业被控对象或过程常常具有非线性、时变性、变 结构、多层次、多因素以及各种不确定性等，难于建立精确的数学模型。即使对一些复 杂对象能够建立起数学模型，模型也往往过于复杂，既不利于设计也难于实现有效控制。 虽然对缺乏数学模型的被控对象可以进行在线辨识，但是由于算法复杂、实时性差，使 得应用范围受到一定限制。
IC：智能控制(intelligent control) AI：人工智能(artificial intelligent) AC：自动控制(automatic control)
9
2. 分层递阶智能控制结构
1977年Saridis以机器人控制为背景提出了三级递阶控制结构。
1.1.4 智能控制的研究对象 （1）不确定性的模型
7
模型的不确定性包含两层意思：一是模型未知或知之甚少；二是模型的结构和参数可 能在很大范围内变化。
可以概括为：智能控制是“三高三性”的产物。即“控制系统的高度复杂性、高度不 确定性及人们要求越来越高的控制性能”
8
1.1.5 智能控制系统的结构 1.智能控制系统的基本结构
数据库
感知信息 与处理
认知学习 智能控制器
评价机构
传感器
环境 广义对象
还包括外部各种干 扰等不确定制、神经网络控制、专家控制、 学习控制及仿人控制等。
3
第一章
第一节 智能控制的基本概念 1.1.1 智能控制的由来
绪论
传统控制理论（包括经典控制理论和现代控制理论）是建立在被控对象精确数学模
型基础上的控制理论。实际上，许多工业被控对象或过程常常具有非线性、时变性、变 结构、多层次、多因素以及各种不确定性等，难于建立精确的数学模型。即使对一些复 杂对象能够建立起数学模型，模型也往往过于复杂，既不利于设计也难于实现有效控制。 虽然对缺乏数学模型的被控对象可以进行在线辨识，但是由于算法复杂、实时性差，使 得应用范围受到一定限制。
IC：智能控制(intelligent control) AI：人工智能(artificial intelligent) AC：自动控制(automatic control)
9
2. 分层递阶智能控制结构
1977年Saridis以机器人控制为背景提出了三级递阶控制结构。
智能控制基本原理
智能控制的二元结构
3
智能控制的基本概念
以上关于智能控制结构理论的不同见解中，存在着以下几 点共识： （1）智能控制是由多种学科相互交叉而形成的一门新兴 学科； （2）智能控制是自动控制发展到新阶段的产物，它以人 工智能和自动控制的相互结合为主要标志； （3）智能控制在发展过程中不断地吸收着控制论、信息 论、系统论、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理 学、仿生学等学科的思想、方法以及新的研究成果，目前仍在 发展和完善之中。
（4）采用传统控制方法时，控制成本高、可靠性差或控 制效果不理想的复杂系统的控制问题。
智能控制的研究内容
根据智能控制基本研究对象的开放性、复杂性、多层次和 信息模式的多样性、模糊性、不确定性等特点，其研究内容主 要包括以下几个方面。 （1）智能控制基本机理的研究 主要对智能控制认识论和方法论进行研究，探索人类的感 知、判断、推理和决策等活动的机理。 （2）智能控制基本理论和方法的研究 主要有以下几个方面的内容： ①离散事件和连续时间混杂系统的分析与设计； ②基于故障诊断的系统组态理论和容错控制方法； ③基于实时信息学习的规则自动生成与修改方法；
智能控制的基本概念
人工智能产生于20世纪50年代，它是控制论、信息论、系 统论、计算机科学、神经生理学、心理学、数学以及哲学等多 种学科相互渗透的结果，也是电子计算机出现并广泛应用的结 果。 智能控制的提出和发展历程，一直伴随着人工智能的发展 而发展，人工智能作为智能控制的基础和重要组成部分，它的 每一个研究成果都对智能控制的发展起到了积极的推动作用。
智能控制的基本概念
由于智能控制是一门新兴学科且正处于发展阶段，所以至 今尚无统一的定义，故有多种描述形式。 从三元交集论的角度定义智能控制：它是一种应用人工智 能的理论和技术以及运筹学的优化方法，并和控制理论中的方 法与技术相结合，在不确定的环境中，仿效人的智能（学习、 推理等），实现对系统控制的理论与方法。 从系统一般行为特性出发，J.S.Albus认为：智能控制是 有知识的“行为舵手”，它把知识和反馈结合起来，形成感知 – 交互式、以目标为导向的控制系统。该系统可以进行规划， 产生有效的、有目的的行为，并能在不确定的环境中，达到预 期的目标。
3
智能控制的基本概念
以上关于智能控制结构理论的不同见解中，存在着以下几 点共识： （1）智能控制是由多种学科相互交叉而形成的一门新兴 学科； （2）智能控制是自动控制发展到新阶段的产物，它以人 工智能和自动控制的相互结合为主要标志； （3）智能控制在发展过程中不断地吸收着控制论、信息 论、系统论、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理 学、仿生学等学科的思想、方法以及新的研究成果，目前仍在 发展和完善之中。
（4）采用传统控制方法时，控制成本高、可靠性差或控 制效果不理想的复杂系统的控制问题。
智能控制的研究内容
根据智能控制基本研究对象的开放性、复杂性、多层次和 信息模式的多样性、模糊性、不确定性等特点，其研究内容主 要包括以下几个方面。 （1）智能控制基本机理的研究 主要对智能控制认识论和方法论进行研究，探索人类的感 知、判断、推理和决策等活动的机理。 （2）智能控制基本理论和方法的研究 主要有以下几个方面的内容： ①离散事件和连续时间混杂系统的分析与设计； ②基于故障诊断的系统组态理论和容错控制方法； ③基于实时信息学习的规则自动生成与修改方法；
智能控制的基本概念
人工智能产生于20世纪50年代，它是控制论、信息论、系 统论、计算机科学、神经生理学、心理学、数学以及哲学等多 种学科相互渗透的结果，也是电子计算机出现并广泛应用的结 果。 智能控制的提出和发展历程，一直伴随着人工智能的发展 而发展，人工智能作为智能控制的基础和重要组成部分，它的 每一个研究成果都对智能控制的发展起到了积极的推动作用。
智能控制的基本概念
由于智能控制是一门新兴学科且正处于发展阶段，所以至 今尚无统一的定义，故有多种描述形式。 从三元交集论的角度定义智能控制：它是一种应用人工智 能的理论和技术以及运筹学的优化方法，并和控制理论中的方 法与技术相结合，在不确定的环境中，仿效人的智能（学习、 推理等），实现对系统控制的理论与方法。 从系统一般行为特性出发，J.S.Albus认为：智能控制是 有知识的“行为舵手”，它把知识和反馈结合起来，形成感知 – 交互式、以目标为导向的控制系统。该系统可以进行规划， 产生有效的、有目的的行为，并能在不确定的环境中，达到预 期的目标。
《智能控制》课件
智能控制的特点
人工智能技术的应用
智能控制利用人工智能技术，将人类的智慧融入到控制系统中。
系统的自我学习和适应能力
智能控制系统能够通过学习和适应不断提升自身性能和响应能力。
高效、精准、快速的控制响应
智能控制系统具备高效率、精确度和快速响应，能够应对复杂的控制任务。
智能控制系统架构
1
智能控制系统的组成
3 智能控制的应用领域
智能控制广泛应用于工技术
神经网络控制
利用神经网络模拟人脑神经元 的工作原理，实现自适应控制 和学习能力。
遗传算法控制
借鉴生物进化原理，通过优胜 劣汰的策略优化控制参数的选 择。
模糊控制
基于模糊逻辑的控制方法，适 用于复杂和不确定的系统。
《智能控制》PPT课件
欢迎来到《智能控制》PPT课件。本课程将深入探讨智能控制的定义、技术、 特点以及应用领域。让我们一起探索智能控制的奥秘和魅力。
概述
1 什么是智能控制？
智能控制是利用先进的人工智能技术，使控制系统具备学习和适应能力的控制方式。
2 智能控制与传统控制的区别
智能控制通过模拟人类智慧实现优化决策，相比传统控制更适应复杂系统需求。
智能控制系统由传感器、执行器、控制器和学习算法四部分组成，实现智能化的控制 功能。
2
智能控制系统的设计流程
智能控制系统设计包括需求分析、模型建立、控制策略选择和参数调优等步骤。
3
智能控制系统实例分析
通过案例分析，了解智能控制在不同领域的真实应用和效果。
智能控制系统应用实践
1 工业控制
2 交通运输
智能控制在工业生产中的应用，提高生产 效率和产品质量。
3 发展智能控制的必
2024版智能控制技术ppt课件
模糊逻辑在智能控制中应用
01
02
03
工业过程控制
应用于化工、冶金、电力 等工业过程控制中，实现 对温度、压力、流量等参 数的智能控制。
智能家居系统
应用于智能家居系统中， 实现对灯光、窗帘、空调 等设备的智能控制，提高 居住舒适度。
自动驾驶技术
应用于自动驾驶技术中， 实现对车辆行驶轨迹、速 度等参数的智能控制，提 高行驶安全性。
神经网络控制
利用神经网络强大的自 学习和自适应能力，实 现对复杂系统的有效控 制。特点：能够处理非 线性、不确定性和时变 系统，具有强大的逼近
能力和容错性。
专家系统控制
基于专家知识和经验， 构建专家系统实现对复 杂系统的有效控制。特 点：能够处理定性和定 量信息，具有较强的推
理和决策能力。
遗传算法控制
现代控制理论的发展背景
01
随着计算机技术的进步和复杂系统的出现，现代控制理论应运
而生。
现代控制理论的核心思想
02
基于状态空间法和最优化原理，实现对复杂系统的有效控制。
现代控制理论的主要方法
03
包括线性系统理论、最优控制、鲁棒控制等。
智能控制方法分类及特点
第一季度
第二季度
第三季度
第四季度
模糊控制
利用模糊数学理论，将 人的控制经验表示为模 糊规则，实现对复杂系 统的有效控制。特点： 不依赖于精确的数学模 型，具有较强的鲁棒性 和适应性。
模拟退火算法实现过程
包括初始化、设置温度参数、生成新解、计算目标函数差、接受准 则判断、降温过程等步骤。
模拟退火算法特点
具有全局搜索能力强、不易陷入局部最优解等特点，但计算时间较 长。
智能优化算法在智能控制中应用案例
智能控制课件
04
智能控制在工业自动化中的应用
智能控制在生产过程中的应用
总结词
提高生产效率、降低能耗、增强安全性
详细描述
智能控制技术应用于生产过程中，能够实时 监测和调整设备运行状态，提高生产效率， 降低能耗，并增强生产过程的安全性。例如 ，智能控制在冶金、化工等高风险行业中， 能够自动检测异常情况并及时采取措施，有 效预防事故发生。
02
加强数据加密和访问控制，确保数据传输和存储的安全性，防
止未经授权的访问和泄露。
建立完善的安全管理制度，提高安全意识，加强人员培训和管
03
理，防止内部泄露和恶意攻击。
智能控制的标准化与互操作性问题
智能控制系统的标准化和互操作性是实现不同厂商设备间的互联互通的 关键问题。
需要制定统一的标准化协议和规范，促进不同厂商之间的合作和交流， 推动智能控制技术的共同发展。
控制。
通过物联网技术，智能控制能够 实时获取设备的状态和环境参数
，实现更精细化的控制效果。
物联网与智能控制的结合将促进 智能家居、智能制造、智慧城市
等领域的创新发展。
智能控制的安全与隐私保护问题
01
随着智能控制的普及，安全与隐私保护问题日益突出，需要采 取有效的技术和管理措施来保障数据安全和用户隐私。
随着人工智能技术的不断进步，深度学习和强化学习等技术在智能控制领域的应用将更 加广泛，为解决复杂控制问题提供更多可能性。
边缘计算与云计算的融合
随着云计算和边缘计算技术的不断发展，两者之间的融合将为智能控制提供更高效、更 可靠的计算和数据处理能力。
多模态感知与协同控制技术的研究与应用
多模态感知与协同控制技术是智能控制领域的重要研究方向，通过多模态感知实现更全 面的环境感知和更精准的控制决策，提高智能控制的性能和稳定性。
人工智能智能控制PPT
AI IC AC
智能控制的二元结构
三元结构
萨里迪斯(Saridis)认为，二
元交集的两元互相支配无助于智
能控制的有效和成功应用，必须 把远筹学的概念引入智能控制，
AI
使它成为三元交集中的一个子集。
对这一问题的争论，在IEEE第
一次智能控制国际讨论会上达到
高潮。
OR IC
CT
萨里迪斯还提出分级智能控 制系统，由3个智能(感知)级组 成：组织级、协调级、执行级。
（4）把任务协商作为控制系统以及控制过程的一 部分来考虑。
在上述讨论的基础上，我们能够给出智能控 制器的一般结构，如下图 所示。
不完全任务描述
任务协商
混合知识表示
多传感器 感知系统
各种传感器
高层规划/控制 常规控制过程
各种驱动器
世界（环境）
智能控制器的一般结构
3. 智能控制的特点
（1）同时具有以知识表示的非数学广义模型 和以数学模型表示的混合控制过程。
智能控制的三元结构
知识组织器
协调器1 硬件控制器1
协调器n 硬件控制器n
组织级 协调级 执行级
过程1
过程n
分级智能控制系统
四元结构 在研究了前述各种智
能控制的结构理论和各相 关学科的关系之后，蔡自 兴提出四元智能控制结构， 把智能控制看做人工智能、 自动控制、运筹学和信息 论四个学科的交集。
AI
1967年，Leondes和Mendel首先正式使用 “智能控制”一词。
智能控制的产生和发展
1985年，在美国首次召开了智能控制学 术讨论会。
1987年又在美国召开了智能控制的首届 国际学术会议，标志着智能控制作为一个 新的学科分支得到承认。
智能控制基础
结合的多模态控制； ❖ 启发式和直觉推理逻辑的应用。
五 仿人智能控制基本原理
1. 引言
❖ 仿人智能控制在结构上是分级递阶的控制 结构，遵循“智能增加而相应精度降低” （IPDI）原则，但不同于Saridis的分级递 阶结构理论 。
❖ 仿人智能控制认为：其最低层（运行控制 级）不仅仅由常规控制器构成，而应具有 一定智能，以满足实时，高速，高精度的 控制要求。
e
五 仿人智能控制基本原理
图3-2 仿人智能控制器 原型的静态特性
B）抑制系数k偏小
e
em1
em3
1
2
em2
u
u01
u
02
u 03
A)抑制系数k偏大
ee
em1 em3
m2
u
u01
u02
B)抑制系数k偏小
五 仿人智能控制基本原理
t
图3-3 仿人智能控制器
u04
原形的动态特性
t
它表明了当系统受到
阶跃干扰的作用，输出响
智能控制基础
主要内容
一 控制理论的发展概况 二 智能控制的认识论与方法论 三 智能与人工智能 四 智能控制基本理论与方法 五 仿人智能控制基本原理
五 仿人智能控制基本原理
1. 引言 2. 仿人智能控制器的原型 3. 特征模型、特征辨识与特征记忆 4. 多模态控制与多目标决策 5. 启发式搜索与直觉推理 6. 分层递阶的信息处理和决策机构
五 仿人智能控制基本原理
2. 仿人智能控制器的原型
❖ 基本算法和静特性 ❖ 动态特性分析 ❖ 仿人智能控制器原型中的智能属性
五 仿人智能控制基本原理
2.1 基本算法和静特性
❖ 仿人智能控制器的基本算法是以熟练操作者的 观察、决策等智力行为做基础，根据被调量偏 差及变化趋势决定控制策略，因此它接近于人 的思维方式。
五 仿人智能控制基本原理
1. 引言
❖ 仿人智能控制在结构上是分级递阶的控制 结构，遵循“智能增加而相应精度降低” （IPDI）原则，但不同于Saridis的分级递 阶结构理论 。
❖ 仿人智能控制认为：其最低层（运行控制 级）不仅仅由常规控制器构成，而应具有 一定智能，以满足实时，高速，高精度的 控制要求。
e
五 仿人智能控制基本原理
图3-2 仿人智能控制器 原型的静态特性
B）抑制系数k偏小
e
em1
em3
1
2
em2
u
u01
u
02
u 03
A)抑制系数k偏大
ee
em1 em3
m2
u
u01
u02
B)抑制系数k偏小
五 仿人智能控制基本原理
t
图3-3 仿人智能控制器
u04
原形的动态特性
t
它表明了当系统受到
阶跃干扰的作用，输出响
智能控制基础
主要内容
一 控制理论的发展概况 二 智能控制的认识论与方法论 三 智能与人工智能 四 智能控制基本理论与方法 五 仿人智能控制基本原理
五 仿人智能控制基本原理
1. 引言 2. 仿人智能控制器的原型 3. 特征模型、特征辨识与特征记忆 4. 多模态控制与多目标决策 5. 启发式搜索与直觉推理 6. 分层递阶的信息处理和决策机构
五 仿人智能控制基本原理
2. 仿人智能控制器的原型
❖ 基本算法和静特性 ❖ 动态特性分析 ❖ 仿人智能控制器原型中的智能属性
五 仿人智能控制基本原理
2.1 基本算法和静特性
❖ 仿人智能控制器的基本算法是以熟练操作者的 观察、决策等智力行为做基础，根据被调量偏 差及变化趋势决定控制策略，因此它接近于人 的思维方式。
《智能控制导论》课件
人机协作
智能控制技术有助于实现人机安全、高效协作，降低生产成本，提 高生产效率。
智能控制在生产过程中的应用
生产调度与优化
利用智能控制技术对生产过程进 行实时监控、分析和优化，提高
生产效率和产品质量。
自动化生产线
通过智能控制技术实现自动化生产 线的高效运行，降低人工干预，提 高生产线的可靠性和安全性。
发展历程
从早期的专家系统、模糊逻辑控制， 到现代的神经网络控制、深度学习控 制等，智能控制技术不断发展和完善 。
智能控制的应用领域
工业自动化
智能控制在工业自动化领域 的应用包括智能机器人、智 能制造系统等，能够提高生 产效率和产品质量。
智能家居
智能控制在智能家居领域的 应用包括智能家电、智能照 明等，能够实现智能化家居 管理和节能减排。
模糊控制器
02
03
模糊控制的应用
模糊控制器的基本结构包括输入 模糊化、模糊逻辑推理和输出反 模糊化三个部分。
模糊控制在许多领域都有应用， 如家电、工业过程控制、机器人 等。神经网络控制神经元模型01
神经元是神经网络的基本单元，具有接收信号、处理信号和传
输信号的功能。
神经网络结构
02
神经网络由多个神经元组成，分为前馈神经网络、反馈神经网
建筑设备管理
利用智能控制技术对建筑 内的设备进行集中管理和 监控，提高设备的运行效 率和可靠性。
05 智能控制的未来发展与挑 战
人工智能与智能控制的融合
人工智能技术为智能控制提供了 更强大的数据处理和决策能力， 有助于提高系统的自适应性、鲁
棒性和优化性能。
智能控制可以利用人工智能进行 模式识别、预测和优化，实现更
专家系统控制的应
智能控制技术有助于实现人机安全、高效协作，降低生产成本，提 高生产效率。
智能控制在生产过程中的应用
生产调度与优化
利用智能控制技术对生产过程进 行实时监控、分析和优化，提高
生产效率和产品质量。
自动化生产线
通过智能控制技术实现自动化生产 线的高效运行，降低人工干预，提 高生产线的可靠性和安全性。
发展历程
从早期的专家系统、模糊逻辑控制， 到现代的神经网络控制、深度学习控 制等，智能控制技术不断发展和完善 。
智能控制的应用领域
工业自动化
智能控制在工业自动化领域 的应用包括智能机器人、智 能制造系统等，能够提高生 产效率和产品质量。
智能家居
智能控制在智能家居领域的 应用包括智能家电、智能照 明等，能够实现智能化家居 管理和节能减排。
模糊控制器
02
03
模糊控制的应用
模糊控制器的基本结构包括输入 模糊化、模糊逻辑推理和输出反 模糊化三个部分。
模糊控制在许多领域都有应用， 如家电、工业过程控制、机器人 等。神经网络控制神经元模型01
神经元是神经网络的基本单元，具有接收信号、处理信号和传
输信号的功能。
神经网络结构
02
神经网络由多个神经元组成，分为前馈神经网络、反馈神经网
建筑设备管理
利用智能控制技术对建筑 内的设备进行集中管理和 监控，提高设备的运行效 率和可靠性。
05 智能控制的未来发展与挑 战
人工智能与智能控制的融合
人工智能技术为智能控制提供了 更强大的数据处理和决策能力， 有助于提高系统的自适应性、鲁
棒性和优化性能。
智能控制可以利用人工智能进行 模式识别、预测和优化，实现更
专家系统控制的应
智能控制理论及应用PPT课件
智能控制理论及应用PPT课件
目 录
• 智能控制理论概述 • 智能控制基础理论 • 智能控制技术与方法 • 智能控制系统设计与实现 • 智能控制在工业领域应用案例 • 智能控制在非工业领域应用案例 • 智能控制发展趋势与挑战
01
智能控制理论概述
智能控制定义与发展
定义
智能控制是模拟人类智能，具有自 学习、自适应、自组织等能力，能 够处理复杂、不确定和非线性系统 的控制方法。
模糊控制器设计 介绍模糊控制器的结构、设计步骤及优化方法， 包括输入输出变量的选择、模糊化方法、模糊规 则制定等。
神经网络基础
01
神经元模型与神经网络结构
阐述神经元模型的基本原理，介绍常见的神经网络结构，如前馈神经网
络、循环神经网络等。
02
神经网络学习算法
介绍神经网络的学习算法，包括监督学习、无监督学习和强化学习等，
发展历程
从经典控制理论到现代控制理论， 再到智能控制理论，经历了数十年 的发展，目前已成为控制领域的研 究热点。
智能控制与传统控制比较
控制对象
控制性能
传统控制主要针对线性、时不变系统， 而智能控制则面向复杂、非线性、时 变系统。
传统控制在稳定性和精确性方面表现 较好，而智能控制则在适应性和鲁棒 性方面更具优势。
智能家居系统架构
包括传感器、控制器、执行器等 组成部分，实现家庭环境的智能 感知与控制。
智能家居应用场景
如智能照明、智能安防、智能家 电等，提高家居生活的便捷性和 舒适性。
智能家居系统实现
技术
包括物联网技术、云计算技术、 人工智能技术等，实现家居设备 的互联互通和智能化控制。
智能交通信号控制策略优化
模糊控制在生产调度中的应用
目 录
• 智能控制理论概述 • 智能控制基础理论 • 智能控制技术与方法 • 智能控制系统设计与实现 • 智能控制在工业领域应用案例 • 智能控制在非工业领域应用案例 • 智能控制发展趋势与挑战
01
智能控制理论概述
智能控制定义与发展
定义
智能控制是模拟人类智能，具有自 学习、自适应、自组织等能力，能 够处理复杂、不确定和非线性系统 的控制方法。
模糊控制器设计 介绍模糊控制器的结构、设计步骤及优化方法， 包括输入输出变量的选择、模糊化方法、模糊规 则制定等。
神经网络基础
01
神经元模型与神经网络结构
阐述神经元模型的基本原理，介绍常见的神经网络结构，如前馈神经网
络、循环神经网络等。
02
神经网络学习算法
介绍神经网络的学习算法，包括监督学习、无监督学习和强化学习等，
发展历程
从经典控制理论到现代控制理论， 再到智能控制理论，经历了数十年 的发展，目前已成为控制领域的研 究热点。
智能控制与传统控制比较
控制对象
控制性能
传统控制主要针对线性、时不变系统， 而智能控制则面向复杂、非线性、时 变系统。
传统控制在稳定性和精确性方面表现 较好，而智能控制则在适应性和鲁棒 性方面更具优势。
智能家居系统架构
包括传感器、控制器、执行器等 组成部分，实现家庭环境的智能 感知与控制。
智能家居应用场景
如智能照明、智能安防、智能家 电等，提高家居生活的便捷性和 舒适性。
智能家居系统实现
技术
包括物联网技术、云计算技术、 人工智能技术等，实现家居设备 的互联互通和智能化控制。
智能交通信号控制策略优化
模糊控制在生产调度中的应用
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（3）采用传统控制方法时，必须遵循一些苛刻的线性化 假设，否则难以达到预期控制目标的复杂系统的控制问题；
（4）采用传统控制方法时，控制成本高、可靠性差或控 制效果不理想的复杂系统的控制问题。
大家好
9
智能控制的研究内容
根据智能控制基本研究对象的开放性、复杂性、多层次和 信息模式的多样性、模糊性、不确定性等特点，其研究内容主 要包括以下几个方面。 （1）智能控制基本机理的研究
智能控制基本原理
大家好
1
内容简介
1，智能控制系统的基本概念 2，智能控制的发展前景 3，智能控制的应用场合 4，智能控制的研究内容 5，智能控制的主要功能特点
大家好
2
智能控制的基本概念
智能控制（IC：Intelligent Control）是一门新兴的交 叉学科，具有非常广泛的应用领域。智能控制这一术语于1967 年由Leondes和Mendel首先使用，1971年著名美籍华人科学家 傅京孙（K.S.Fu）教授从发展学习控制的角度首次正式提出智 能控制概念与建立智能控制学科的构思。
智能控制的二元结构
大家好
3
智能控制的基本概念
以上关于智能控制结构理论的不同见解中，存在着以下几 点共识：
（1）智能控制是由多种学科相互交叉而形成的一门新兴 学科；
（2）智能控制是自动控制发展到新阶段的产物，它以人 工智能和自动控制的相互结合为主要标志；
（3）智能控制在发展过程中不断地吸收着控制论、信息 论、系统论、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理 学、仿生学等学科的思想、方法以及新的研究成果，目前仍在 发展和完善之中。
大家好
8
智能控制的应用场合
智能控制是自动控制的最新发展阶段，主要用于解决传统 控制技术与方法难以解决的控制问题。主要应用场合有：
（1）具有高度非线性、时变性、不确定性和不完全性等 特征，一般无法获得精确数学模型的复杂系统的控制问题；
（2）需要对环境和任务的变化具有快速应变能力并需要 运用知识进行控制的复杂系统的控制问题；
主要对智能控制认识论和方法论进行研究，探索人类的感 知、判断、推理和决策等活动的机理。
（2）智能控制基本理论和方法的研究 主要有以下几个方面的内容：
①离散事件和连续时间混杂系统的分析与设计； ②基于故障诊断的系统组态理论和容错控制方法； ③基于实时信息学习的规则自动生成与修改方法；
大家好
10
智能控制系统的主要本概念
人工智能产生于20世纪50年代，它是控制论、信息论、系 统论、计算机科学、神经生理学、心理学、数学以及哲学等多 种学科相互渗透的结果，也是电子计算机出现并广泛应用的结 果。
智能控制的提出和发展历程，一直伴随着人工智能的发展 而发展，人工智能作为智能控制的基础和重要组成部分，它的 每一个研究成果都对智能控制的发展起到了积极的推动作用。
从系统一般行为特性出发，J.S.Albus认为：智能控制是 有知识的“行为舵手”，它把知识和反馈结合起来，形成感知 – 交互式、以目标为导向的控制系统。该系统可以进行规划， 产生有效的、有目的的行为，并能在不确定的环境中，达到预 期的目标。
大家好
5
智能控制的基本概念
从认知过程出发：智能控制是一种推理计算，它能在非完整 的性能指标下，通过一些基本的操作，如归纳(Generalization) 和组合搜索(Combinatorial Search)等，把表达不完善、不确定 的复杂系统引向规定的目标。
智能控制系统有学习功能、适应功能、组织功能三大主要 功能特点。
（1）学习功能 智能控制系统的学习功能指的是对一个过程或其环境的未
知特征所固有的信息进行学习，并将得到的经验用于进一步的 估计、分类、决策和控制，从而使系统的性能得到改善。
智能控制系统的学习能力有高低之分，低层次的学习主要 指对控制对象参数的学习，高层次的学习则主要指对知识的更 新。 （2）适应功能
智能控制系统的适应功能指的是当智能控制系统的输入不
是已经学习过的样本时，照样可给出合适的输出。甚至当系统
中某些部分出现故障时，系统大仍家好能正常工作。
11
智能控制系统的主要功能特点
（3）组织功能
智能控制系统的组织功能指的是对于复杂的控制任务和分
散的传感器信息，智能控制系统具有自行组织和协调的功能。
傅京孙把智能控制概括为自动控制（AC：Automatic
Control）和人工智能（AI：Artificial Intelligence）的交
集，即 IC=ACI AI
这种交叉关系可用右图形象地 表示，它主要强调人工智能中“智 能”的概念与自动控制的结合。
自动控制 智能 人工智能 AC 控制 AI IC
从控制论的角度出发：智能控制是驱动智能机器自主地实 现其目标的过程。或者说，智能控制是一类无需人的干预就能 独立地驱动智能机器实现其目标的自动控制方法。
以上各种描述说明：智能控制具有认知和仿人的功能；能 适应不确定性的环境；能自主处理信息以减少不确定性；能可 靠地进行规划，产生和执行有目的的行为，以获取最优的控制 效果。
大家好
7
智能控制的发展前景
智能控制作为一门新兴控制技术，目前还处于发展初期。 基于遗传算法的智能控制，基于Petri网理论的智能控制，遗 传算法、神经网络和模糊控制相结合的综合优化控制等新的智 能控制理论和方法在不断涌现和发展之中。
可以预见，随着系统论、人工智能理论和计算机技术的发 展，智能控制将会有更大的发展空间，并在实际中得到更加广 泛的应用。
大家好
4
智能控制的基本概念
由于智能控制是一门新兴学科且正处于发展阶段，所以至 今尚无统一的定义，故有多种描述形式。
从三元交集论的角度定义智能控制：它是一种应用人工智 能的理论和技术以及运筹学的优化方法，并和控制理论中的方 法与技术相结合，在不确定的环境中，仿效人的智能（学习、 推理等），实现对系统控制的理论与方法。
智能控制器可以在任务要求范围内自行决策、主动地采取行动；
当出现多目标冲突时，在一定条件下，控制器有权自行裁决和
处理。
一个理想的智能控制系统，除了以上三大主要功能之外，
往往还应该具有其它一些功能：如对各类故障进行自诊断、屏
蔽和自恢复的容错功能；对环境干扰和不确定性因素不敏感的
（4）采用传统控制方法时，控制成本高、可靠性差或控 制效果不理想的复杂系统的控制问题。
大家好
9
智能控制的研究内容
根据智能控制基本研究对象的开放性、复杂性、多层次和 信息模式的多样性、模糊性、不确定性等特点，其研究内容主 要包括以下几个方面。 （1）智能控制基本机理的研究
智能控制基本原理
大家好
1
内容简介
1，智能控制系统的基本概念 2，智能控制的发展前景 3，智能控制的应用场合 4，智能控制的研究内容 5，智能控制的主要功能特点
大家好
2
智能控制的基本概念
智能控制（IC：Intelligent Control）是一门新兴的交 叉学科，具有非常广泛的应用领域。智能控制这一术语于1967 年由Leondes和Mendel首先使用，1971年著名美籍华人科学家 傅京孙（K.S.Fu）教授从发展学习控制的角度首次正式提出智 能控制概念与建立智能控制学科的构思。
智能控制的二元结构
大家好
3
智能控制的基本概念
以上关于智能控制结构理论的不同见解中，存在着以下几 点共识：
（1）智能控制是由多种学科相互交叉而形成的一门新兴 学科；
（2）智能控制是自动控制发展到新阶段的产物，它以人 工智能和自动控制的相互结合为主要标志；
（3）智能控制在发展过程中不断地吸收着控制论、信息 论、系统论、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理 学、仿生学等学科的思想、方法以及新的研究成果，目前仍在 发展和完善之中。
大家好
8
智能控制的应用场合
智能控制是自动控制的最新发展阶段，主要用于解决传统 控制技术与方法难以解决的控制问题。主要应用场合有：
（1）具有高度非线性、时变性、不确定性和不完全性等 特征，一般无法获得精确数学模型的复杂系统的控制问题；
（2）需要对环境和任务的变化具有快速应变能力并需要 运用知识进行控制的复杂系统的控制问题；
主要对智能控制认识论和方法论进行研究，探索人类的感 知、判断、推理和决策等活动的机理。
（2）智能控制基本理论和方法的研究 主要有以下几个方面的内容：
①离散事件和连续时间混杂系统的分析与设计； ②基于故障诊断的系统组态理论和容错控制方法； ③基于实时信息学习的规则自动生成与修改方法；
大家好
10
智能控制系统的主要本概念
人工智能产生于20世纪50年代，它是控制论、信息论、系 统论、计算机科学、神经生理学、心理学、数学以及哲学等多 种学科相互渗透的结果，也是电子计算机出现并广泛应用的结 果。
智能控制的提出和发展历程，一直伴随着人工智能的发展 而发展，人工智能作为智能控制的基础和重要组成部分，它的 每一个研究成果都对智能控制的发展起到了积极的推动作用。
从系统一般行为特性出发，J.S.Albus认为：智能控制是 有知识的“行为舵手”，它把知识和反馈结合起来，形成感知 – 交互式、以目标为导向的控制系统。该系统可以进行规划， 产生有效的、有目的的行为，并能在不确定的环境中，达到预 期的目标。
大家好
5
智能控制的基本概念
从认知过程出发：智能控制是一种推理计算，它能在非完整 的性能指标下，通过一些基本的操作，如归纳(Generalization) 和组合搜索(Combinatorial Search)等，把表达不完善、不确定 的复杂系统引向规定的目标。
智能控制系统有学习功能、适应功能、组织功能三大主要 功能特点。
（1）学习功能 智能控制系统的学习功能指的是对一个过程或其环境的未
知特征所固有的信息进行学习，并将得到的经验用于进一步的 估计、分类、决策和控制，从而使系统的性能得到改善。
智能控制系统的学习能力有高低之分，低层次的学习主要 指对控制对象参数的学习，高层次的学习则主要指对知识的更 新。 （2）适应功能
智能控制系统的适应功能指的是当智能控制系统的输入不
是已经学习过的样本时，照样可给出合适的输出。甚至当系统
中某些部分出现故障时，系统大仍家好能正常工作。
11
智能控制系统的主要功能特点
（3）组织功能
智能控制系统的组织功能指的是对于复杂的控制任务和分
散的传感器信息，智能控制系统具有自行组织和协调的功能。
傅京孙把智能控制概括为自动控制（AC：Automatic
Control）和人工智能（AI：Artificial Intelligence）的交
集，即 IC=ACI AI
这种交叉关系可用右图形象地 表示，它主要强调人工智能中“智 能”的概念与自动控制的结合。
自动控制 智能 人工智能 AC 控制 AI IC
从控制论的角度出发：智能控制是驱动智能机器自主地实 现其目标的过程。或者说，智能控制是一类无需人的干预就能 独立地驱动智能机器实现其目标的自动控制方法。
以上各种描述说明：智能控制具有认知和仿人的功能；能 适应不确定性的环境；能自主处理信息以减少不确定性；能可 靠地进行规划，产生和执行有目的的行为，以获取最优的控制 效果。
大家好
7
智能控制的发展前景
智能控制作为一门新兴控制技术，目前还处于发展初期。 基于遗传算法的智能控制，基于Petri网理论的智能控制，遗 传算法、神经网络和模糊控制相结合的综合优化控制等新的智 能控制理论和方法在不断涌现和发展之中。
可以预见，随着系统论、人工智能理论和计算机技术的发 展，智能控制将会有更大的发展空间，并在实际中得到更加广 泛的应用。
大家好
4
智能控制的基本概念
由于智能控制是一门新兴学科且正处于发展阶段，所以至 今尚无统一的定义，故有多种描述形式。
从三元交集论的角度定义智能控制：它是一种应用人工智 能的理论和技术以及运筹学的优化方法，并和控制理论中的方 法与技术相结合，在不确定的环境中，仿效人的智能（学习、 推理等），实现对系统控制的理论与方法。
智能控制器可以在任务要求范围内自行决策、主动地采取行动；
当出现多目标冲突时，在一定条件下，控制器有权自行裁决和
处理。
一个理想的智能控制系统，除了以上三大主要功能之外，
往往还应该具有其它一些功能：如对各类故障进行自诊断、屏
蔽和自恢复的容错功能；对环境干扰和不确定性因素不敏感的