智能控制-第一章 概论

1.2.3 智能控制的发展
1. 自动控制的发展过程
智能控制是人工智能和自动控制的重要部分和研究领域，人 工智能的发展促进自动控制向智能控制发展。下图为自动控制的 发展过程。
图1-3 自动控制的发展过程
2. 智能控制的发展
1.2 智能控制的进展
• 60年代初期，学习控制的研究十分活跃并获得应用。 • 60年代中期，自动控制与人工智能开始交接。
1.1 人工智能
2 人工智能的起源与发展
• 发展期（1970年~）
– 进一步研究AI基本原理方法和技术 – 进行实用化研究 • 专家系统与知识工程（Feigenbaum教授) • 机器学习 • 计算智能 – 从“一枝独秀”到“百花齐放”
3 中国的AI研究
学术组织
1978年 把“智能模拟”列入国家科学发展规划
• 自从70年代以来，模糊控制的应用研究获得广泛开展，并取 得一批令人感兴趣的成果。
• 80年代，Saridis 教授和他的研究小组建立的智能机器理论 采用精度随智能降低而提高原理和三级递阶结构。
• 奥斯特洛姆、迪席尔瓦、周其鉴、蔡自兴、霍门迪梅洛和桑 德森等于80年代分别提出和发展了专家控制、基于知识的控制、 仿人控制、专家规划和分级规划等。 • 80年代末以来，基于神经元控制的理论和机理已获进一步开 发和应用。
《智 能 控 制》
Intelligent Control
1. Opening Remarks • Welcome • Self-introducing • the Course 2. The Textbook & Reference Books
•智能控制原理与应用 清华大学出版社，2007 •智能控制(第二版） 电子工业出版社, 2007 • Intelligent Control：Principles，Techniques and applications
3. Requirements 4. About the Exam
第一章 概论
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 人工智能 智能控制的进展 智能控制的定义、特点与一般结构 智能控制的结构理论 课程概要
Biblioteka Baidu
1.1
人工智能
人工智能的定义与发展
1.1.1
几种定义 • 智能机器（Intelligent Machine） • 人工智能（学科） • 人工智能（能力） • 人工智能（拟人思维、行为 ） • 人工智能（理性思维、行为 ）
自动控制是能按规定程序对机器或装置进行自动操作或 控制的过程。
定义1.15 智能控制 智能控制是驱动智能机器自主地实现其目标的过程。
例1 能够模拟人的思维，进行博弈的计算机 如由IBM公司研制的深蓝（Deep Blue）计算机。 例2 能够进行深海探测的自主潜水机器人 如2005年8月英国“超级天蝎座”（Super Scorpio）深海 潜水机器人成功营救被困的俄潜艇。 例3 在星际探险中的移动机器人 如美国2004年1月发射的火星探测车勇气号（Spirit）和机 遇号（Opportunity），2004年8月发射的水星探测车信使号 （Messenger）。
• 为了提高性能，传统控制系统可能变得很复杂，从而增加了 设备的初投资和维修费用，降低系统的可靠性。
• 为研究这类系统提出并遵循的一些假设在应用中与实际不符。
2. 自动控制面临挑战的原因
• 科学技术间的相互影响和相互促进； • 当前和未来应用的需求； • 基本概念和时代思潮发展水平的推动。
3. 自动控制工作者面临挑战的任务
A = M + AC + ( SA ∨ PA ∨ FB )
1.2 智能控制的进展
1. 自动化的发展与人工智能的关系
图1.2 自动化的进展与人工智能
2. 人工智能的研究目标
1.2 智能控制的进展
• 它的近期目标在于研究与建造智能计算机及其系统，以模拟 和执行人类的某些智力功能； • 它的远期目标在于用自动机（Automata）模仿人类的思维过 程和智能行为，创建智能科学体系。
1.1 人工智能
2 人工智能的起源与发展
• 孕育期（1956年前）
– 数理逻辑学科（弗雷治、维纳等 ） – 计算的新思想（丘奇、图灵 等） • 形成期（1956~1970年） – 1956年，第一次人工智能的研讨会 – 1969年，第一届国际人工智能联合会议 – 1970年，《人工智能》国际杂志创刊
• 符号主义（Symbolism）
1.1 人工智能
认为人类的智能的基本单元是符号，认知过程是符号表 示下的符号运算，从而思维就成了符号运算。大多数比 较成功的专家系统是建立在符号主义的基础上（知识的 表示）。
•
连接主义（Connectionism）
认为人工神经网络的基本单元是神经元，而不是符号处 理过程。认知过程是由神经网络构成的，是并行分布的。
1.1 人工智能
1.1.2 人类智能与人工智能
思维策略 计算机程序 计算机语言 计算机硬件
• 人是一种智能信息处理系统 • 物理符号系统的六种基本功能 • 物理符号系统的假设
– 推论一 – 推论二 – 推论三
初级信息处理 生理过程
图1.1
人类认知活动与计算机的比较
1、符号处理系统的六种基本功能 信息处理系统又叫符号操作系统(Symbol Operation System)或物理 符号系统(Physical Symbol System)。所谓符号就是模式(pattern)。 一个完善的符号系统应具有下列6种基本功能： (1)输入符号(input)； (2)输出符号(output); (3)存储符号(store); (4)复制符号(copy); (5)建立符号结构：通过找出各符号间的关系，在符号系统中形成符 号结构； (6)条件性迁移(conditional transfer):根据已有符号，继续完成活 动过程。
生课程教学大纲的讨论。
• 1987年1月，在美国费城由IEEE控制系统学会与计算机学会联 合召开了智能控制国际会议。这是有关智能控制的第一次国际 会议，显示出智能控制的长足进展。 这次会议及其后续相关事件表明，智能控制作为一门独立学科 已正式在国际上建立起来。
1.2 智能控制的进展
4. 国际学术组织及其举办的会议
1.2 智能控制的进展
• 扩展视野，发展新的控制概念和控制方法，采用非完全模型 控制系统； • 采用可以在系统工作过程中加以在线改进，使之愈臻正确的 系统模型。 • 采用离散事件驱动的动态系统和本质上完全断续的系统。
4. 面临挑战的控制领域
多变量鲁棒控制，自适应控制和容错控制，高度非线性控制 和多因素或分散随机控制，时空分布参数系统的控制…... 解决上述领域面临问题需要： （1）发展控制理论与方法；（2）与计算机科学相结合。
• 行为主义（Actionism）
认为人工智能源于控制论。智能取决于感知和行动，提 出智能行为的“感知—动作”模式。行为主义者认为智 能不需要知识、不需要表示、不需要推理。
1.2
智能控制的进展
1.2.1 自动控制的机遇与挑战
1. 传统控制面临的难题及其出路
• 实际系统存在复杂性、非线性、时变性、不确定性和不完全 性等，一般无法获得精确的数学模型。 • 对于某些复杂的和包含不确定性的对象，无法以传统数学模 型来表示。
1.1 人工智能
1980年4月 中国自动化学会模式识别与人工智能专业委员会成立 1980年8月 “高校人工智能研讨会”
1981年9月 成立中国人工智能学会（CAAI）
1986年5月 中国软件行业协会人工智能协会成立 1986年11月中国计算机学会人工智能与模式识别专业委员会成立
1987年6月中国计算机学软件专业委员会智能学组（知识工程）
1993年 智能机器人委员会成立 1995年 智能自动化委员会成立
1.1 人工智能
学术刊物
模式识别与人工智能 Pattern Recognition & AI 机器人 Robot 信息与控制 Information & Control 控制与决策 Control & Decision 计算机学报 J. of Computer 自动化学报 J. of Automation 控制理论与应用 Control Theory & Application 计算机研究与发展 Research & Development of Computer 计算机世界 Computer World 计算机科学 Computer Science
• 国际学术组织：IFAC、IFIP、IMACS和IASTED等。 • 会议：CWC-ICIA(全球华人智能控制与智能自动化大会）、
智能控制专家讨论会、智能自动化学术会议、智能机器人
会议等。
1.3 智能控制的定义、特点与一般结构
1.3.1 智能控制的定义与特点
1. 智能控制的定义 定义1.13 智能机器 能够在定形或不定形，熟悉或不熟悉的环境中自主地或与 操作人员交互作用以执行各种拟人任务的机器叫做智能机器。 定义1.14 自动控制
1. 几种定义
1.1 人工智能
斯坦福大学的Nilsson提出人工智能是关于知识的科学
（知识的表示、知识的获取以及知识的运用） 人工智能（学科）是计算机科学中涉及研究、设计和 应用智能机器的一个分支。它的近期主要目标在于研究 用机器来模仿和执行人脑的某些智力功能，并开发相关 理论和技术。 人工智能（能力）是智能机器所执行的通常与人类智 能有关的功能，如判断、推理、证明、识别、感知、理 解、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动。
几种定义11人工智能1970年人工智能国际杂志创刊11人工智能从一枝独秀到百花齐放11人工智能中国的ai研究学术组织1995年智能自动化委员会成立11人工智能学术刊物模式识别与人工智能patternrecognition控制理论与应用controltheory计算机世界computerworld计算机科学computerscience11人工智能112人类智能与人工智能推论三思维策略初级信息处理生理过程计算机程序计算机语言计算机硬件图11人类认知活动与计算机的比较11人工智能1符号处理系统的六种基本功能信息处理系统又叫符号操作系统symboloperationsystem或物理符号系统physicalsymbolsystem
4、物理符号系统3个推论
推论一 既然人具有智能，那么他(她)就一定是个物理符号系统。 人之所以能够表现出智能，就是基于他的信息处理过程。
推论二 既然计算机是一个物理符号系统，它就一定能够表现出智
能。这是人工智能的基本条件。 推论三 既然人是一个物理符号系统，计算机也是一个物理符号系
统，那么就能够用计算机来模拟人的活动。
5. 自动控制领域所面临难题的解决途径
• 推进控制硬件、软件和智能的结合； • 实现自动控制科学与其它相关学科（科学）的结合。
1.2.2
自动化与人工智能
1.2 智能控制的进展
• 机械化（Mechanization) 用机器代替原先由动物或人类执行的体力劳动; • 自动化（Automation) 由机械化和计算相结合而得到的自校正生产活 动的成果:
1.1 人工智能
2 人类智能的计算机模拟
1、机器智能可以模拟人类智能 物理符号系统假设的推论一告诉人们，人有智能，所以他是一个物理 符号系统；推论三指出，可以编写出计算机程序去模拟人类的思维活动。 这就是说，人和计算机这两个物理符号系统所使用的物理符号是相同的， 因而计算机可以模拟人类的智能活动过程。
3. 智能控制学科的形成
1.2 智能控制的进展
• 智能控制新学科形成的条件逐渐成熟。1985年8月，IEEE在美 国纽约召开了第一届智能控制学术讨论会。会上集中讨论了智 能控制原理和智能控制系统的结构。 • 这次会议之后不久，在IEEE控制系统学会内成立了IEEE智能 控制专业委员会，该专业委员会组织了对智能控制定义和研究
定义1.16
智能控制系统
1.3 定义、特点与一般结构
用于驱动自主智能机器以实现其目标而无需操作人员干预 的系统叫智能控制系统。智能控制系统的理论基础是人工智能、 控制论、运筹学和信息论等学科的交叉。
2、可以把人看成一个智能信息处理系统
如果一个物理符号系统具有上述全部6种功能，能够完成这个全过程， 那么它就是一个完整的物理符号系统。人具有上述6种功能；现代计算机也具 备物理符号系统的这6种功能。
3、物理符号系统的假设 任何一个系统，如果它能表现出智能，那么它就必定能够执行上述6种 功能。反之，任何系统如果具有这6种功能，那么它就能够表现出智能；这种 智能指的是人类所具有的那种智能。把这个假设称为物理符号系统的假设。
2、智能计算机的功能 如下棋、证明定理、翻译语言文字和解决难题等。 神经计算机(neural computer)能够以类似人类的方式进行“思考”， 它力图重建人脑的形象。一些国家对量子计算机的研究也已起步，希望通 过对量子计算(quantum computing)的研究，产生量子计算机。
1.1.3 人工智能的各种认知观