智能控制的产生与发展(PPT51页)
合集下载
51单片机介绍ppt课件(2024)
2024/1/29
28
其他常用外部设备接口技术
键盘接口
显示接口
通过扫描键盘矩阵或采用专用键盘接口芯 片实现键盘输入。
采用LED数码管、LCD液晶显示屏等显示设 备，通过单片机的I/O端口或专用显示驱动 芯片实现数据显示。
打印机接口
传感器接口
通过并行或串行接口与打印机连接，实现 数据的打印输出。
2024/1/29
片内资源丰富，包括RAM、ROM、定时器/计数器、串行通信接口等。
5
主要特点及应用领域
可扩展性强，可通过外部扩展芯片实现更多功能。
功耗低，适用于便携式设备。
应用领域
2024/1/29
6
主要特点及应用领域
工业控制
仪器仪表
通信设备
汽车电子
如电机控制、温度控制 等。
2024/1/29
如智能仪表、测量仪器 等。
25
并行I/O口扩展方法
2024/1/29
简单I/O口扩展
利用单片机的空闲I/O端口，通过数据总线和控制总线与 扩展芯片连接，实现并行I/O口的扩展。
可编程I/O口扩展
使用可编程并行I/O接口芯片，如8255、8155等，通过编 程设置芯片的工作方式，实现灵活的I/O口扩展。
总线式I/O口扩展
采用总线式结构，将多个I/O接口芯片挂在总线上，通过 总线仲裁和地址译码电路实现I/O口的扩展。
26
串行通信接口技术
1
RS-232C接口
采用负逻辑电平，通过MAX232等电平转换芯片 与单片机的串行口连接，实现串行通信。
2
RS-485接口
采用差分信号传输方式，具有高抗干扰能力和远 距离传输能力，通过专用芯片与单片机的串行口 连接。
控制理论的产生与发展讲义(PPT 34张)
1.五十年代后期，贝尔曼（Bellman）等人提出了状态分析法； 在1957年提出了动态规划。
2.1959年卡尔曼（Kalman）和布西创 建了卡尔曼滤波理论；1960年在控制 系统的研究中成功地应用了状态空间 法，并提出了可控性和可观测性的新 概念。 卡尔曼
3. 1961年庞特里亚金（俄国人）提出 了极小（大）值原理。
庞特里亚金 L.S.Pontryagin 4. 罗森布洛克（H.H.Rosenbrock）、欧文斯（D.H.Owens） 和麦克法轮（G.J.MacFarlane）研究了使用于计算机辅助控制 系统设计的现代频域法理论，将经典控制理论传递函数的概念 推广到多变量系统，并探讨了传递函数矩阵与状态方程之间的 等价转换关系，为进一步建立统一的线性系统理论奠定了基础
最优估计理论
自适应控制理论
系统辨识理论
智能控制理论
现代控制理论与经典控制理论的差异
经典控制理论 研究对象 单输入单输出系统(SISO) 高阶微分方程 研究方法 研究工具 传递函数法(外部描述) 拉普拉斯变换 现代控制理论 多输入多输出系统(MIMO) : 一阶微分方程 状态空间法(内部描述) 线性代数矩阵
分析方法
设计方法 其他
频域(复域),频率响应和根轨迹法
PID控制和校正网络
复域、实域，可控和可观测
状态反馈和输出反馈
频率法的物理意义直观、实用， 易于实现实时控制和最优控制 难于实现最优控制
现代控制理论的应用
比起经典控制理论, 现代控制理论考虑问题更全 面、更复杂,主要表现在考虑系统内部之间的耦合, 系统外部的干扰,但符合从简单到复杂的规律。现代 控制理论已经应用在工业、农业、交通运输及国防 建设等各个领域。
控制论之父——韦纳
PLC的认识
Start
R
5）、随着PLC技术的发展，大型、高档的PLC具有很强的运算与数据处理等 功能，为方便用户编程，增加程序的可植性，许多高档PLC都配备了BASIC、C等高级编
程语言。
第三十四页，共51页。
七、PLC的工作原理
o 一、工作方式：周期循环扫描 o 二、工作过程：内部处理与自诊断、
通信服务、输入采样、程序执行、输出刷 新几个外阶段。
硬件触点数量有限， 一般4～8对
软继电器组成。实质上是存储器中的一
个位Bit，可以置“0”或置“1”，触
头无磨损。
各软继电器处于周期循环扫描工作 状态，属于“串行”工作方式
PLC梯形图中软继电器的触点数量无 限，在编程时可无限次使用。
4．控制电路实
施方式不同
依靠硬线接线来实施控制， 需要改变功能时须从新接 线。
第三十八页，共51页。
任务二、PLC的I/O接线
面板认识
三菱FX2N系列PLC的面板
Ⅰ-----型号
Ⅱ-----状态指示灯
Ⅲ-----模式转换开关与通讯接口 Ⅳ -----PLC的电源端子与输入端子 Ⅴ-----输入指示灯 Ⅵ-----输出指示灯 Ⅶ-----输出端子
第三十九页，共51页。
1．型号
o(1)开关量逻辑控制：这是PLC最基本的应用，即用PLC取代传统的继电器控制系
统，实现逻辑控制和顺序控制。
o(2)模拟量过程控制：除了数字量之外，PLC还能控制连续变化的模拟量，如
温度、压力、速度、流量、液位、电压和电流等模拟量。
o(3)运动控制：大多数PLC都有拖动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置
采用软件编程来实现控制，可做在线修 改。
第三十七页，共51页。
智能控制导论 蔡志兴版 教学课件1
14
（2）人—机结合作为控制器的控制系统：机器完 成需要连续进行的并需快速计算的常规控制任务，
人则完成任务分配、决策、监控等任务；
（3）无人参与的自主控制系统：为多层的智能控
制系统，需要完成问题求解和规划、环境建模、
传感器信息分析和低层的反馈控制任务。如自主 机器人。
15
萨里迪斯对智能控制系统的分类做出贡献。 他把智能控制理论分成三级递阶结构，即组织 级、协调级和执行级。这些思想成为递阶控制 的基础。 阿尔布斯等开发了一个分层控制理论，能够 表示学习，并能提供复杂情况下学习的反射影 响。此外，他还提出求解和规划功能。
三元交集结构理论
分级智能控制系统
组织器
组织级
它代表系统的主导思 想， 并由人工智能起控制 作用 是上（第一级）下 （第三级） 级间的接口，由人工 智能和运筹学起控制 作用
分配器
协调器1
…
协调器N
协调级
硬件控制器1
…
…
硬件控制器N
执行级 是智能控制系统的最 低层级，要求具有很 高的精度，并由控制 理论进行控制
7
1.2
智能控制的发展和学科的建立
智能控制是人工智能和自动控制的重要部分 和研究领域，被认为是通向自主机器递阶道路
上的自动控制的顶层。
自动控制发展的最新阶段，主要用于解决传
统控制难以解决的复杂系统的控制问题。控制
科学的发展过程如图所示。
8
（3）针对实际系统往往需要进行一些比较苛刻
的线性化假设，而这些假设往往与实际系统不符
23
智能控制的基本概念
智能控制是一类 无需人的干预就 能够自主地驱动 智能机器实现其 目标的自动控制， 也是用计算机模 拟人类智能的一 个重要领域。
智能控制的产生与发展
理 论 难 以达 到 的效 果 。
图 １ 自动控制的发展过程
（） ３ 遗传算法 与模糊逻辑。模糊 系统可以 比较严密地表示
收稿 日期 ．０ ８ ０ — ６ ２０—８２ 作者简介： 丁群燕（ ７ － ） 湖北黄冈人， １ ５ ， ９ 女， 工程硕士， 高级技师 ， 高校讲师， 研究方 向： 电系统控制 。 机
充分利用两者的优点 。 两者的结合包括多种形式。 一是将遗传
科学发展的最新进程 。已经被广泛应用于社会众多领域 ， 解决
了大量 的传统控制无法解决 的实际控制应用问题 ，呈现 出强
算 法用于神经 网络 中，利用遗传算法的寻优能力来对神经 网 络的连接权值进行优化学习 ， 以获得最佳权 值。 将遗传算法用
与神经 网络系统相结合 ， 形成一个优势互补系统。 神经 网络从
结构上模仿人脑 ， 形成“ 硬件” 拓扑结构 ； 模糊逻辑从功能上模 仿人 的大脑 ， 形成“ 软件 ” 模拟。将这两 种对人脑 “ 硬件” “ 和 软
件” 的模拟 进行有机地结 合 ， 可相互 取长补短 ， 使得 系统控制 性能得到 明显 提高 ，将 会获得传统控制方法和其它现代控制
信息论 、 人工 智能 、 生学 、 仿 神经生理学 及计算机科学发展 的
基础上逐渐形成 的一类高级信息与控制技术 。智能控制突破
了传统控制理论 中必须基 于数学模型 的框架 ，又继承了人类
思维的非线性特性。 某些智能控制方法还具有在线辨识 、 策 决
术讨论会 。这次会议之后不久 ， Ｉ Ｅ 在 Ｅ Ｅ控制 系统学会 内成立 了 ＩＥ Ｅ Ｅ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 和研究生课程教学大纲的讨论。１ ８ ９ ７年 １ ， ＩＥ 月 由 ＥＥ 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 ，
图 １ 自动控制的发展过程
（） ３ 遗传算法 与模糊逻辑。模糊 系统可以 比较严密地表示
收稿 日期 ．０ ８ ０ — ６ ２０—８２ 作者简介： 丁群燕（ ７ － ） 湖北黄冈人， １ ５ ， ９ 女， 工程硕士， 高级技师 ， 高校讲师， 研究方 向： 电系统控制 。 机
充分利用两者的优点 。 两者的结合包括多种形式。 一是将遗传
科学发展的最新进程 。已经被广泛应用于社会众多领域 ， 解决
了大量 的传统控制无法解决 的实际控制应用问题 ，呈现 出强
算 法用于神经 网络 中，利用遗传算法的寻优能力来对神经 网 络的连接权值进行优化学习 ， 以获得最佳权 值。 将遗传算法用
与神经 网络系统相结合 ， 形成一个优势互补系统。 神经 网络从
结构上模仿人脑 ， 形成“ 硬件” 拓扑结构 ； 模糊逻辑从功能上模 仿人 的大脑 ， 形成“ 软件 ” 模拟。将这两 种对人脑 “ 硬件” “ 和 软
件” 的模拟 进行有机地结 合 ， 可相互 取长补短 ， 使得 系统控制 性能得到 明显 提高 ，将 会获得传统控制方法和其它现代控制
信息论 、 人工 智能 、 生学 、 仿 神经生理学 及计算机科学发展 的
基础上逐渐形成 的一类高级信息与控制技术 。智能控制突破
了传统控制理论 中必须基 于数学模型 的框架 ，又继承了人类
思维的非线性特性。 某些智能控制方法还具有在线辨识 、 策 决
术讨论会 。这次会议之后不久 ， Ｉ Ｅ 在 Ｅ Ｅ控制 系统学会 内成立 了 ＩＥ Ｅ Ｅ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 和研究生课程教学大纲的讨论。１ ８ ９ ７年 １ ， ＩＥ 月 由 ＥＥ 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 ，
人工智能培训课件(ppt 51页)
• 定义5 人工智能是那些与人的思维、决策、问题求解 和学习等有关活动的自动化（Bellman,1978）。
• 定义6 人工智能是用计算模型研究智力行为 （Charniak和McDermott,1985）。
• 定义7 人工智能是研究那些使理解、推理和行为成为 可能的计算（Winston,1992）。
– 专家系统
– 知识工程
– 知识工程席卷全球
– 各国发展计划：
• 美国星球大战计划
• 英国ALVEY计划
• 法国UNIKA 计划
• 例子2：能够进行深海探测的潜水机器人。
• 例子3：在星际探险中的移动机器人，如美国研制的
火星探测车。
9
1.1.1 人工智能的定义
• 定义2 人工智能(学科) 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。 • 定义3 人工智能(能力)
Artificial Intelligence 人计工算智机科能学与应用专业
计算机科学与技术专业
1
课程简介
1. 本课程较系统地介绍人工智能的基本概念、原理和 方法，为学生研究或应用人工智能技术打下基础。
2. 掌握人工智能基本原理，包括人工智能的两大支柱： 搜索技术（盲目搜索、启发式搜索）和知识表示 （知识表示和推理方法：一阶谓词逻辑，即命题演 算和谓词演算）及其计算机实现。
人工智能(能力)是智能机器所执行的通常与人类 智能有关的智能行为，如判断、推理、证明、识别、 感知、理解、通信、设计、思考、规划、学习和问题 求解等思维活动。
10
其它几种关于人工智能的定义
• 定义4 人工智能是一种使计算机能够思维，使机器具 有智力的激动人心的新尝试（Haugeland,1985）。
• 定义6 人工智能是用计算模型研究智力行为 （Charniak和McDermott,1985）。
• 定义7 人工智能是研究那些使理解、推理和行为成为 可能的计算（Winston,1992）。
– 专家系统
– 知识工程
– 知识工程席卷全球
– 各国发展计划：
• 美国星球大战计划
• 英国ALVEY计划
• 法国UNIKA 计划
• 例子2：能够进行深海探测的潜水机器人。
• 例子3：在星际探险中的移动机器人，如美国研制的
火星探测车。
9
1.1.1 人工智能的定义
• 定义2 人工智能(学科) 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。 • 定义3 人工智能(能力)
Artificial Intelligence 人计工算智机科能学与应用专业
计算机科学与技术专业
1
课程简介
1. 本课程较系统地介绍人工智能的基本概念、原理和 方法，为学生研究或应用人工智能技术打下基础。
2. 掌握人工智能基本原理，包括人工智能的两大支柱： 搜索技术（盲目搜索、启发式搜索）和知识表示 （知识表示和推理方法：一阶谓词逻辑，即命题演 算和谓词演算）及其计算机实现。
人工智能(能力)是智能机器所执行的通常与人类 智能有关的智能行为，如判断、推理、证明、识别、 感知、理解、通信、设计、思考、规划、学习和问题 求解等思维活动。
10
其它几种关于人工智能的定义
• 定义4 人工智能是一种使计算机能够思维，使机器具 有智力的激动人心的新尝试（Haugeland,1985）。
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。
智能控制理论及应用PPT课件
20世纪50年代至70年代是神经网络研究的萧条期，但仍有 不少学者致力于神经网络模型的研究；
Albus在1975年提出的CMAC神经网络模型，利用人脑记 忆模型提出了一种分布式的联想查表系统；
Grossberg在1976年提出的自谐振理论（ART）解决了无 导师指导下的模式分类；
到了80年代，人工神经网络进入了发展期：
1985年8月，IEEE在美国纽约召开了第一届智能控制学术 研讨会，会上集中讨论了智能控制的原理和系统结构等问题。 这次会议之后不久，IEEE控制系统学会成立了智能控制专业委 员会。1987年1月，IEEE控制系统学会和计算机学会在美国费 城联合召开了智能控制的第一次国际会议，来自美、欧、日、 中以及其他国家的150余位代表出席了这次学术盛会。
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。
1968年扎德首次公开发表其“模糊控制算法”；
1973年他又发表了语言与模糊逻辑相结合的系统建立方法； 1974年伦敦大学Mamdani博士首次尝试利用模糊逻辑，成 功地开发了世界上第一台模糊控制的蒸汽引擎；
1979年T.J.Procky和E.H.Mamdani共同提出了自学习概念， 使系统性能大为改善；
11
18.07.2020
北京科技大学自动化学院控制科学与工程系
1.2 智能控制的发展概况
1.2.1 智能控制的产生 人们将智能控制的产生归结为二大主因，一是自动控制理
教育心理学第二讲 智力与创造力(共51张PPT)
4
1.3 当前对智力本质的认识
Snyderman & Rothman〔1997〕调查了1020 位专家对智力本质的看法。
表1 专家认为智力的最重要的5个本质属性
描述 抽象逻辑思维/推理 问题解决能力 获得知识的能力 记忆力 适应环境
同意（%） 100 97.7 96.0 80.5 77.2
5
2 经典智力理论
斯腾伯格认为：个体面临一个相对〔但非 完全〕新颖的任务或情境时，或在特定任 务或情境的自动化操作过程中，其智力才 能更好地表现出来。
24
成分亚理论将智力与个体的内部世界联系起来，答 复了“智力行为是如何产生的〞这一问题。
成分亚理论是三元智力理论的核心。 成分亚理论有三种成分：
〔1〕元成分；
例如：理智的好奇和理智的老实，成认过程和结果的 联系，客观性、批判性和开放性倾向，确信事物间不 寻常的因果关系，安排的有序性、适应性和灵活性， 坚持和决断能力等。
例如：一个10岁的儿童通过10岁组的全部工程,那么他的心理年龄就是10岁，如果他还通过11岁组的局部工程，他的智力年龄就大于10
理过程作进一步揭示。 岁，可能是10岁4个月或10岁6个月。
15
3.1 加德纳的多元智力理论
加德纳〔H. Gardner，1983，1993〕认为， 人有七种智力：言语智力、逻辑－数理智力、 音乐智力、空间智力、身体动作智力、人际 智力和自省智力；
人的智力开展过程有不同形态。
33
5.2 智力的群体差异
性别差异。总体上男女性不存在差异，但在某些特殊 能力上存在差异。
职业差异。一般认为，从事脑力劳动的人群比从事体 力劳动的人群具有更高的智力。但这种现象可能因教 育因素导致。
种族差异。智力测验本身的文化不公平性。
1.3 当前对智力本质的认识
Snyderman & Rothman〔1997〕调查了1020 位专家对智力本质的看法。
表1 专家认为智力的最重要的5个本质属性
描述 抽象逻辑思维/推理 问题解决能力 获得知识的能力 记忆力 适应环境
同意（%） 100 97.7 96.0 80.5 77.2
5
2 经典智力理论
斯腾伯格认为：个体面临一个相对〔但非 完全〕新颖的任务或情境时，或在特定任 务或情境的自动化操作过程中，其智力才 能更好地表现出来。
24
成分亚理论将智力与个体的内部世界联系起来，答 复了“智力行为是如何产生的〞这一问题。
成分亚理论是三元智力理论的核心。 成分亚理论有三种成分：
〔1〕元成分；
例如：理智的好奇和理智的老实，成认过程和结果的 联系，客观性、批判性和开放性倾向，确信事物间不 寻常的因果关系，安排的有序性、适应性和灵活性， 坚持和决断能力等。
例如：一个10岁的儿童通过10岁组的全部工程,那么他的心理年龄就是10岁，如果他还通过11岁组的局部工程，他的智力年龄就大于10
理过程作进一步揭示。 岁，可能是10岁4个月或10岁6个月。
15
3.1 加德纳的多元智力理论
加德纳〔H. Gardner，1983，1993〕认为， 人有七种智力：言语智力、逻辑－数理智力、 音乐智力、空间智力、身体动作智力、人际 智力和自省智力；
人的智力开展过程有不同形态。
33
5.2 智力的群体差异
性别差异。总体上男女性不存在差异，但在某些特殊 能力上存在差异。
职业差异。一般认为，从事脑力劳动的人群比从事体 力劳动的人群具有更高的智力。但这种现象可能因教 育因素导致。
种族差异。智力测验本身的文化不公平性。
智能控制基础(智能控制概述及传感技术)
磁栅外形图 磁栅传感器的应用 1）可以作为高精度的测量长度和角度的测量仪 器 2）可以用于自动化控制系统中的检测元件（线 位移）。
32
3.码盘式传感器 将机械转动的模拟量（位移）转换成以数字代码形式表示的 电信号，这类传感器称为编码器。
CCD全称电荷耦合器件，它具备光电转换、信息存贮和传输等功能， 具有集成度高、功耗小、分辨力高、动态范围大等优点。 CCD图像 传感器被广泛应用于生活、天文、医疗、电视、传真、通信以及工 业检测和自动控制系统。
神经元网络在控制系统中所起的作用可大致分为四大类 （1）在基于模型的各种控制结构中充当对象的模型； （2充当控制器； （3）在控制系统中起优化计算的作用； （4）与其它智能控制如专家系统、模糊控制相结合为其提供非参数化对象模型、推 理模型等
8
4.学习控制 它通过重复各种输入信号，并从外部校正该系统，从而使系统对特定输入具有 特定响应。学习控制根据系统工作对象的不同可分为两大类
1）物理传感器 2）化学传感器 3）生物传感器 （2）按输入信息分类
14
3、自动测控系统 1）开环自动测控系统
15
2）闭环自动测控系统
16
二、温度传感器
温度传感器，通常是由感温元件部分和温度显示部分组成，如图4-6所示。
1.热电偶传感器 两种不同材料的导体组成一个闭合回 路时，若两接点温度不同，则在该回 路中会产生电动势，该电动势称为热 电势，这种现象称为热电效应。
18
4.温度传感器的典型应用 （1）温度显示器与温度控制箱
（2）热敏电阻体温计、电热水器温度控制和CPU温度测量
19
三、力传感器及霍尔传感器
力传感器组成 1.电阻式传感器 把位移、力、压力、加速度、扭矩等非电物理量转换为电阻值变化的传感器。
32
3.码盘式传感器 将机械转动的模拟量（位移）转换成以数字代码形式表示的 电信号，这类传感器称为编码器。
CCD全称电荷耦合器件，它具备光电转换、信息存贮和传输等功能， 具有集成度高、功耗小、分辨力高、动态范围大等优点。 CCD图像 传感器被广泛应用于生活、天文、医疗、电视、传真、通信以及工 业检测和自动控制系统。
神经元网络在控制系统中所起的作用可大致分为四大类 （1）在基于模型的各种控制结构中充当对象的模型； （2充当控制器； （3）在控制系统中起优化计算的作用； （4）与其它智能控制如专家系统、模糊控制相结合为其提供非参数化对象模型、推 理模型等
8
4.学习控制 它通过重复各种输入信号，并从外部校正该系统，从而使系统对特定输入具有 特定响应。学习控制根据系统工作对象的不同可分为两大类
1）物理传感器 2）化学传感器 3）生物传感器 （2）按输入信息分类
14
3、自动测控系统 1）开环自动测控系统
15
2）闭环自动测控系统
16
二、温度传感器
温度传感器，通常是由感温元件部分和温度显示部分组成，如图4-6所示。
1.热电偶传感器 两种不同材料的导体组成一个闭合回 路时，若两接点温度不同，则在该回 路中会产生电动势，该电动势称为热 电势，这种现象称为热电效应。
18
4.温度传感器的典型应用 （1）温度显示器与温度控制箱
（2）热敏电阻体温计、电热水器温度控制和CPU温度测量
19
三、力传感器及霍尔传感器
力传感器组成 1.电阻式传感器 把位移、力、压力、加速度、扭矩等非电物理量转换为电阻值变化的传感器。
智能控制的产生与发展
智能控制的产生与发展智能控制的产生与发展1.引言智能控制是一种基于现代科技发展的控制技术，通过将、机器学习、传感器技术等应用于控制系统中，实现自动化控制的智能化。
本文将探讨智能控制的产生与发展，并对其应用领域、技术原理和发展趋势进行详细介绍。
2.智能控制的起源2.1.面向智能时代的需求在信息技术飞速发展的当代社会，人们对自动化、智能化控制系统的需求与日俱增。
传统的控制系统难以满足复杂环境下的控制要求，因此智能控制技术应运而生。
2.2.与控制技术的结合技术的发展为智能控制的实现提供了基础。
通过将技术与控制技术相结合，可以使控制系统具备学习、自适应和优化的能力。
3.智能控制的应用领域3.1.工业自动化智能控制在工业自动化领域具有广泛的应用。
例如，在生产线上，通过智能控制技术可以实现自动化生产、优化调度和故障诊断等功能。
3.2.交通运输智能控制可以应用于交通运输系统中，实现交通流量控制、智能交通信号灯调度和智能驾驶等功能，提高交通效率和安全性。
3.3.建筑与家居智能控制技术可以应用于建筑与家居领域，实现智能化的灯光控制、温度控制和安防监控等功能，提高舒适度和能源利用效率。
4.智能控制的技术原理4.1.传感器技术智能控制系统通过传感器技术获取环境信息，如温度、湿度、光照等，并将其作为控制的输入信号，从而实现对环境的感知和响应。
4.2.数据处理与分析智能控制系统通过数据处理与分析的技术，对传感器采集的数据进行处理和分析，提取有用的信息，并进行决策和控制。
4.3.机器学习与优化算法智能控制系统可以利用机器学习和优化算法对数据进行学习和优化，不断改进控制策略，提高控制系统的性能和稳定性。
5.智能控制的发展趋势5.1.多传感器融合未来智能控制系统将不仅依赖于单一传感器，而是通过多种传感器融合的方式获取更加全面和准确的环境信息，以提高控制系统的智能化程度。
5.2.强化学习与深度学习强化学习和深度学习技术在智能控制中的应用将逐渐成为重要的发展方向，通过学习和优化算法提高系统的自主决策和控制能力。
智能控制的产生与发展
智能控制的产生与发展在当今科技飞速发展的时代，智能控制已经成为了一个热门话题，并且在众多领域得到了广泛的应用。
那么，智能控制究竟是如何产生的，又经历了怎样的发展历程呢？要探讨智能控制的产生，我们得先回到上个世纪中叶。
那个时候，控制理论主要集中在经典控制理论和现代控制理论上。
经典控制理论主要处理线性、时不变的系统，采用的方法如频域分析等，对于一些简单的工业控制问题能够给出有效的解决方案。
然而，随着科技的进步和实际应用需求的不断提高，人们面临的控制问题变得越来越复杂。
比如，在一些大型工业生产过程中，系统往往具有非线性、时变、多变量等特点，经典控制理论就显得力不从心了。
于是，现代控制理论应运而生，它引入了状态空间法等更先进的数学工具，能够处理更复杂的系统。
但即便如此，在面对一些具有不确定性、难以建立精确数学模型的系统时，现代控制理论也遇到了挑战。
正是在这样的背景下，智能控制的概念开始萌芽。
智能控制的产生，很大程度上是为了应对那些传统控制方法无法有效解决的复杂控制问题。
它融合了多个学科的知识和技术，包括人工智能、控制理论、计算机科学等。
在智能控制的早期发展阶段，专家系统是一个重要的方向。
专家系统通过将领域专家的知识和经验以规则的形式存储在计算机中，然后根据输入的信息进行推理和决策，从而实现对系统的控制。
例如，在工业故障诊断中，专家系统可以根据监测到的数据，判断设备是否出现故障以及故障的类型和位置。
模糊控制也是智能控制早期的重要成果之一。
模糊控制的基本思想是利用模糊集合和模糊逻辑来描述和处理系统中的不确定性和模糊性。
它不需要建立精确的数学模型，而是通过模糊规则来实现控制。
比如，在空调温度控制中，可以根据“温度高”“温度适中”“温度低”等模糊概念来制定控制策略，使室内温度保持在一个舒适的范围内。
随着计算机技术和人工智能的不断发展，神经网络控制逐渐成为了智能控制的一个重要分支。
神经网络具有强大的学习能力和自适应性，能够从大量的数据中自动提取特征和规律，从而实现对复杂系统的有效控制。
控制科学与工程学科简介PPT共51页
近年来在自动控制领域, 遗传算法在PID控制、线性 和非线性、最优、鲁棒、自适应、滑模、模糊逻辑、 神经网络、参数估计和系统辨识、模型线性化和控制 器降阶和机器人手臂控制等方面得到了广泛的应用.
研究举例
自动控制理论的基础性研究课题 • 复杂系统的建模和辨识：
传统的系统结构已知的对象的参数辨识已 经成熟，现在需要重点研究的是复杂的、具有 强不确定性的系统的建模方法。其中包括：非 线性和时变系统的建模、大系统的分散建模、 建模和控制的配合等问题。
神经网络在自动控制领域内的应用目前主要集中在 两个方面：非线性系统的建模和控制器的综合。
• 5）遗传算法与控制理论结合： 遗传算法是人工智能的重要分支，其基本思想是基于 达尔文的进化论和Mendel的遗传学说，是在计算机上 模拟生命进化机制的一门学科。
遗传算法通过将问题转换成由染色体组成的进化群体 和对该群体进行操作的一组遗传算子（复制、交叉和 变异），通过“适者生存，不适者淘汰”的进化机制， 经过“生成—评价—选择—操作”的进化过程反复进 行，即可得到问题的最优解。
本学科培养从事各种检测技术与自动化装 置的研究、开发、设计等方面工作的高级专门 人才。
本专业方向主要研究：
工业自动控制装置，系统可靠性评估及设 计，控制系统的自动测试方法，数据信息采集、 传输、处理、转换方法和相应设备，新型传感 器和仪表，传感器数据融合理论及应用，动态 系统故障诊断技术，工业现场总线技术，高速 企业网络组成及安全技术，新型大功率电子器 件及应用，嵌入式系统的研究及相关产品的开 发。
一个独立的课题。有待解决的问题是 1）适应与诊断目标的故障模型； 2）故障诊断理论和方法； 3）软测量理论与技术； 4）保养和维护策略的原理； 5）可靠性分析； 6）冗余度的设置方法。
研究举例
自动控制理论的基础性研究课题 • 复杂系统的建模和辨识：
传统的系统结构已知的对象的参数辨识已 经成熟，现在需要重点研究的是复杂的、具有 强不确定性的系统的建模方法。其中包括：非 线性和时变系统的建模、大系统的分散建模、 建模和控制的配合等问题。
神经网络在自动控制领域内的应用目前主要集中在 两个方面：非线性系统的建模和控制器的综合。
• 5）遗传算法与控制理论结合： 遗传算法是人工智能的重要分支，其基本思想是基于 达尔文的进化论和Mendel的遗传学说，是在计算机上 模拟生命进化机制的一门学科。
遗传算法通过将问题转换成由染色体组成的进化群体 和对该群体进行操作的一组遗传算子（复制、交叉和 变异），通过“适者生存，不适者淘汰”的进化机制， 经过“生成—评价—选择—操作”的进化过程反复进 行，即可得到问题的最优解。
本学科培养从事各种检测技术与自动化装 置的研究、开发、设计等方面工作的高级专门 人才。
本专业方向主要研究：
工业自动控制装置，系统可靠性评估及设 计，控制系统的自动测试方法，数据信息采集、 传输、处理、转换方法和相应设备，新型传感 器和仪表，传感器数据融合理论及应用，动态 系统故障诊断技术，工业现场总线技术，高速 企业网络组成及安全技术，新型大功率电子器 件及应用，嵌入式系统的研究及相关产品的开 发。
一个独立的课题。有待解决的问题是 1）适应与诊断目标的故障模型； 2）故障诊断理论和方法； 3）软测量理论与技术； 4）保养和维护策略的原理； 5）可靠性分析； 6）冗余度的设置方法。
- 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)。
18
智能控制的定义、特点
❖ 智能控制的定义 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。
❖ 源自物理学与数学的自动控制理论(在当时称为自动 调节原理，简称调节原理)开始逐步形成。
❖ 1892年，俄国李亚普诺夫(Lyapunov)的博士论文-“论运动稳定性的一般问题”，提出了李亚普诺夫 (Lyapunov)稳定理论。
❖ 1922年，美国N.Minorsky 研制出用于船舶驾驶的伺 服结构，提出了PID控制律。
▪ 此 外 ， 奥 斯 特 洛 姆 (ÅstrÖm) 、 迪 席 尔 瓦 (de Silva)、周其鉴、蔡自兴、霍门迪梅洛(Homen de Mello)和桑德森(Sanderson)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。
15
智能控制的产生和发展
开环控制
控制复杂性 8
智能控制的产生和发展
❖ 控制理论发展的三个阶段
▪ 第一阶段：经典控制理论（形成于20世纪40到60 年代）。
▪ 第二阶段：现代控制理论（形成于20世纪60到70 年代）
▪ 第三阶段：智能控制理论（20世纪70年代至今）
9
智能控制的产生和发展
传递函数
经
典
根轨迹图
控
制
波特图
理
奈奎斯特图
▪ 苛刻的系统假设在应用中往往与实际不相吻合； ▪ 复杂、不确定性的对象,以传统方法无法解决建模
问题； ▪ 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； ▪ 应用要求进行创新，提出新的控制思想，进行新 的集成开发，解决未知环境中复杂系统的控制问 题。
▪ 1967年,利昂兹(Leondes)等人首次正式使用“智 能控制”一词。这一术语的出现要比“人工智能” 晚11年,比“机器人”晚47年。
14
智能控制的产生和发展
▪ 萨里迪斯(Saridis)对智能控制系统的分类作出贡 献。他把智能控制发展道路上的最远点标记为人 工智能。他认为,人工智能能够提供最高层的控制 结构,进行最高层的决策。
▪ 《模式识别与人工智能》、《智能系统学报》等 学术刊物
▪ 标志着智能控制作为一门独立的新学科在我国已 经建立起来了
17
智能控制的产生和发展
❖ 智能控制作为一门新学科的科学意义 ▪ 为解决传统控制无法解决的问题找到了一 条新途径； ▪ 促进自动控制向着更高水平发展； ▪ 激发学术界的思想解放，推动科技创新； ▪ 为实现脑力劳动和体力劳动的自动化做出 贡献； ▪ 为多种学派合作树立了典范
论
❖主 要 代 表 人 物 ： Bode, Evans, Nyquist ， Routh，……
10
智能控制的产生和发展
状态空间法
现
代
卡尔曼滤波
控 制
最优控制
理
能控性和能观性
论
❖ 主要代表人物：卡尔曼(Kalman), 庞特里亚金 (Pontryagin),贝尔曼(Bellman),奥斯特隆姆 (Astrom)，……
❖两次学术会议
▪ 1985年8月美国纽约，IEEE召开了第一 届智能控制学术讨论会，成立IEEE智 能控制专业委员会。
▪ 1987年1月美国费城，第一次智能控制 国际会议。标志着智能控制作为一门 独立学科，正式在国际上建立。
16
智能控制的产生和发展
❖ 国内发展状况
▪ 成立中国人工智能学会智能控制与智能管理专业 委员会及智能机器人专业委员会，中国自动化学 会智能自动化专业委员会等学术团体。
智能控制初步介绍
——产生与发展
主要内容
❖智能控制的产生和发展 ❖智能控制的定义、特点 ❖智能控制的主要分支 ❖智能控制的结构理论体系
2
智能控制的产生和发展
瓦特蒸汽机
瓦特 3
智能控制的产生和发展
瓦特的离心调速器 4
智能控制的产生和发展
❖在公元1788年前后，瓦特采用离心调速器， 改进了蒸气机，促进了工业大生产的进程。 这种采用机械式调节原理实现的动力机速度 自动控制是自动化发展中的第一个里程碑。
❖ 传统控制理论：经典反馈控制、现代控制、 大系统理论等，在应用中遇到不少难题。多 年来，自动控制一直在寻找新的出路。现在 看来，出路之一就是实现控制系统的智能化， 以期解决面临的难题。
7
智能控制的产生和发展
自动控制的发展过程
进展方向
智能控制
自学习控制
自适应、鲁棒控制
随机控制
最优控制
确定性反馈控制
11
智能控制的产生和发展
模糊控制
智
能
神经网络
控
制
进化计算
理
论
……
❖主 要 代 表 人 物 ： Zadeh ， Hopfield ， J.Holland，……
12
智能控制的产生和发展
❖ 传统控制理论面临的难题
▪ 精确数学模型和复杂性、非线性、时变性、不确 定性、不完全性之间的矛盾，导致无法获得精确 的数学模型；
❖离心调速器开启了近代自动化控制的先河， 实现了自动化控制，标志着近代自动化控制 技术的诞生，对工业革命的影响巨大而深远。 离心调速器结构简单，性能可靠，至今仍在 大范围1868年，以离心式调速器为背景，物理学家麦克斯韦 尔(Maxwell)研究了反馈系统的稳定性问题，发表了 目 前 公 认 的 控 制 理 论 最 早 的 理 论 论 文 --“ 论 调 速 器 (On Governors)”。
❖ 1942年尼克尔斯 Nichols提出了回路整定技术(PID整 定表和设计用的尼可尔斯图 )。
6
智能控制的产生和发展
❖长期以来，自动控制科学已对整个科学技术 的理论和实践作出了重要贡献，并为人类社 会带来了巨大利益。然而，现代科学技术的 迅速发展和重大进步，对控制和系统科学提 出了更新更高要求，自动控制理论和工程正 面临新的发展机遇和严峻挑战。
13
智能控制的产生和发展
❖ 智能控制的发展
▪ 1965年,著名的美籍华裔科学家傅京孙(K.S.Fu)教 授首先把人工智能的启发式推理规则用于学习控 制系统；然后,他又于1971年论述了人工智能与自 动控制的交接关系。由于傅先生的重要贡献,他已 成为国际公认的智能控制的先行者和奠基人。
▪ 模糊控制是智能控制的又一活跃研究领域。扎德 (Zadeh)于1965年发表了他的著名论文 “模糊集 合”(fuzzy sets),开辟了模糊控制的新领域。
智能控制的定义、特点
❖ 智能控制的定义 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。
❖ 源自物理学与数学的自动控制理论(在当时称为自动 调节原理，简称调节原理)开始逐步形成。
❖ 1892年，俄国李亚普诺夫(Lyapunov)的博士论文-“论运动稳定性的一般问题”，提出了李亚普诺夫 (Lyapunov)稳定理论。
❖ 1922年，美国N.Minorsky 研制出用于船舶驾驶的伺 服结构，提出了PID控制律。
▪ 此 外 ， 奥 斯 特 洛 姆 (ÅstrÖm) 、 迪 席 尔 瓦 (de Silva)、周其鉴、蔡自兴、霍门迪梅洛(Homen de Mello)和桑德森(Sanderson)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。
15
智能控制的产生和发展
开环控制
控制复杂性 8
智能控制的产生和发展
❖ 控制理论发展的三个阶段
▪ 第一阶段：经典控制理论（形成于20世纪40到60 年代）。
▪ 第二阶段：现代控制理论（形成于20世纪60到70 年代）
▪ 第三阶段：智能控制理论（20世纪70年代至今）
9
智能控制的产生和发展
传递函数
经
典
根轨迹图
控
制
波特图
理
奈奎斯特图
▪ 苛刻的系统假设在应用中往往与实际不相吻合； ▪ 复杂、不确定性的对象,以传统方法无法解决建模
问题； ▪ 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； ▪ 应用要求进行创新，提出新的控制思想，进行新 的集成开发，解决未知环境中复杂系统的控制问 题。
▪ 1967年,利昂兹(Leondes)等人首次正式使用“智 能控制”一词。这一术语的出现要比“人工智能” 晚11年,比“机器人”晚47年。
14
智能控制的产生和发展
▪ 萨里迪斯(Saridis)对智能控制系统的分类作出贡 献。他把智能控制发展道路上的最远点标记为人 工智能。他认为,人工智能能够提供最高层的控制 结构,进行最高层的决策。
▪ 《模式识别与人工智能》、《智能系统学报》等 学术刊物
▪ 标志着智能控制作为一门独立的新学科在我国已 经建立起来了
17
智能控制的产生和发展
❖ 智能控制作为一门新学科的科学意义 ▪ 为解决传统控制无法解决的问题找到了一 条新途径； ▪ 促进自动控制向着更高水平发展； ▪ 激发学术界的思想解放，推动科技创新； ▪ 为实现脑力劳动和体力劳动的自动化做出 贡献； ▪ 为多种学派合作树立了典范
论
❖主 要 代 表 人 物 ： Bode, Evans, Nyquist ， Routh，……
10
智能控制的产生和发展
状态空间法
现
代
卡尔曼滤波
控 制
最优控制
理
能控性和能观性
论
❖ 主要代表人物：卡尔曼(Kalman), 庞特里亚金 (Pontryagin),贝尔曼(Bellman),奥斯特隆姆 (Astrom)，……
❖两次学术会议
▪ 1985年8月美国纽约，IEEE召开了第一 届智能控制学术讨论会，成立IEEE智 能控制专业委员会。
▪ 1987年1月美国费城，第一次智能控制 国际会议。标志着智能控制作为一门 独立学科，正式在国际上建立。
16
智能控制的产生和发展
❖ 国内发展状况
▪ 成立中国人工智能学会智能控制与智能管理专业 委员会及智能机器人专业委员会，中国自动化学 会智能自动化专业委员会等学术团体。
智能控制初步介绍
——产生与发展
主要内容
❖智能控制的产生和发展 ❖智能控制的定义、特点 ❖智能控制的主要分支 ❖智能控制的结构理论体系
2
智能控制的产生和发展
瓦特蒸汽机
瓦特 3
智能控制的产生和发展
瓦特的离心调速器 4
智能控制的产生和发展
❖在公元1788年前后，瓦特采用离心调速器， 改进了蒸气机，促进了工业大生产的进程。 这种采用机械式调节原理实现的动力机速度 自动控制是自动化发展中的第一个里程碑。
❖ 传统控制理论：经典反馈控制、现代控制、 大系统理论等，在应用中遇到不少难题。多 年来，自动控制一直在寻找新的出路。现在 看来，出路之一就是实现控制系统的智能化， 以期解决面临的难题。
7
智能控制的产生和发展
自动控制的发展过程
进展方向
智能控制
自学习控制
自适应、鲁棒控制
随机控制
最优控制
确定性反馈控制
11
智能控制的产生和发展
模糊控制
智
能
神经网络
控
制
进化计算
理
论
……
❖主 要 代 表 人 物 ： Zadeh ， Hopfield ， J.Holland，……
12
智能控制的产生和发展
❖ 传统控制理论面临的难题
▪ 精确数学模型和复杂性、非线性、时变性、不确 定性、不完全性之间的矛盾，导致无法获得精确 的数学模型；
❖离心调速器开启了近代自动化控制的先河， 实现了自动化控制，标志着近代自动化控制 技术的诞生，对工业革命的影响巨大而深远。 离心调速器结构简单，性能可靠，至今仍在 大范围1868年，以离心式调速器为背景，物理学家麦克斯韦 尔(Maxwell)研究了反馈系统的稳定性问题，发表了 目 前 公 认 的 控 制 理 论 最 早 的 理 论 论 文 --“ 论 调 速 器 (On Governors)”。
❖ 1942年尼克尔斯 Nichols提出了回路整定技术(PID整 定表和设计用的尼可尔斯图 )。
6
智能控制的产生和发展
❖长期以来，自动控制科学已对整个科学技术 的理论和实践作出了重要贡献，并为人类社 会带来了巨大利益。然而，现代科学技术的 迅速发展和重大进步，对控制和系统科学提 出了更新更高要求，自动控制理论和工程正 面临新的发展机遇和严峻挑战。
13
智能控制的产生和发展
❖ 智能控制的发展
▪ 1965年,著名的美籍华裔科学家傅京孙(K.S.Fu)教 授首先把人工智能的启发式推理规则用于学习控 制系统；然后,他又于1971年论述了人工智能与自 动控制的交接关系。由于傅先生的重要贡献,他已 成为国际公认的智能控制的先行者和奠基人。
▪ 模糊控制是智能控制的又一活跃研究领域。扎德 (Zadeh)于1965年发表了他的著名论文 “模糊集 合”(fuzzy sets),开辟了模糊控制的新领域。