专家控制介绍解析

Biblioteka Baidu 复合自动控制系统
扰动补偿 + 给定环节 误 给定 输入 + _ 差 控制器 放大环节 执行环节 输 被控对象 出 扰动测量 扰 动
反馈 信号
反馈环节
陕西一彩色显像管厂，实际应用计算机作为 PID控制 器对大型显像管玻璃炉进行炉温自动控制。控制系统中实 现对两个主要扰动的扰动补偿。一个是向炉内的投料量 （玻璃原料量），它是可测量的。另一个是大气温度，实 现对大气温度的扰动补偿。
2．发展历史 分为三个时期： (1)初创期（1965-1971年） 第一代专家系统 DENLDRA 和 MACSMA 的出现，标志着专家系统的诞生。其中 DENLDRA为推断化学分子结构的专家系统， 由专家系统的奠基人，Stanford大学计算机 系的 Feigenbaum 教授及其研究小组研制。 MACSMA 为用于数学运算的数学专家系统， 由麻省理工学院完成。
+_
传 感 器
专家控制系统
专家控制器 K e R 特征识别 信息处理 S 推理机 （IE）
I
知
识
库（KB） G 控制 规则集 U 对象和 执行机构 Y
u
反馈环节
神经控制系统
反向传播

-1
x1
w11
y1 y2
x1 x2
wj1
∑
f( )
yj
x2
…
…
…
Wj n
…
xn
yj(t)= f(∑wji-j)
xn
输 入 层
Wn n
隐层
y3
输 出 层
学习控制
学习机
推理机 数据库 输入
+ _
规则库
工业过程
PID控制器 误差
输出
由智能决策单元(IDU)来修正控制器参数
学习系统是自适应系统的发展与延伸，它能够按照运行进程 中的“经验”和“教训”来不断增长知识，改进算法更广泛地模拟 人类的某些行为（如判断、推理等）
智能控制
对于许多复杂的被控对象和它的外界 环境，难以建立有效的数学模型和采用常 规的经典或现代控制理论去进行定量计算 和分析、设计。
模糊控制系统 专家控制系统
神经控制系统
学习控制系统 ……
模糊控制系统
T(温度)={超高,很高,较高,中等, 较低,很低,过低}.
模糊控制器 知识库 数据库 设定 输入 输出 模 糊 化 接 口 推 理 机 模糊判决接口 过程 规则库
（2）成熟期（1972-1977年）： 在此期间斯坦福大学研究开发了最著名 的专家系统-血液感染病诊断专家系统 MYCIN，标志专家系统从理论走向应用。 另一个著名的专家系统-语音识别专家系统 HEARSAY 的出现，标志着专家系统的理 论走向成熟。
MYCIN概述
MYCIN系统是 70年代初由美国斯坦福大学研制，用LISP语言写成。 细菌传感疾病专家在对病情诊断和提出处方时，大致遵循下列 4个步 骤：(1) 确定病人是否有重要的病菌感染需要治疗。为此，首先要判 断所发现的细菌是否引起了疾病。 (2) 确定疾病可能是由哪种病菌引 起的。(3) 判断哪些药物对抑制这种病菌可能有效。(4) 根据病人的情 况，选择最适合的药物。
智能控制系统的分类



模糊控制系统 专家控制系统 神经网络控制系统 学习控制系统 递阶控制系统 仿生控制系统 集成智能控制系统 组合智能控制系统
基本的控制方法
自动控制系统的行为描述

（目的）研究自动控制系统的稳定性和 控制的品质等重要问题 （方法）用微分方程、拉普拉斯变换等 高等数学的工具，来描述每一个环节或 元件以及它们组成的自动控制系统。
想和方法开始被引入控制系统的研究和工程应用
中。
专家系统能处理定性的、启发式或不确定的
知识信息，经过各种推理来达到系统的任务目标。
专家系统为解决传统控制理论的局限性提供了重
要的启示，二者的结合导致了专家控制这一方法。
第一节 专家系统
3.1.1、专家系统概述
1．定义 专家系统是一类包含知识和推理的智能 计算机程序，其内部包含某领域专家水平的 知识和经验，具有解决专门问题的能力。

反馈控制和扰动补偿

反馈控制由误差引起了动作，因此在反馈控制 系统的调节过程中误差的发生不可避免。而误 差的产生是用来力图消灭误差。有时这会导致 在调节过程中出现较大的误差甚至引起振荡。

扰动补偿是一种消除被控制对象由于外界扰动 引起误差的方法。扰动补偿的原理在于扰动进 入被控对象的同时也进入对象前部的控制器。
双神经元同步控制系统
专家控制
在传统控制系统中，系统的运行排斥了人的
干预，人 -机之间缺乏交互。控制器对被控对象在
环境中的参数、结构的变化缺乏应变能力。
传统控制理论的不足，在于它必须依赖于被
控对象严格的数学模型，试图对精确模型来求取
最优的控制效果。而实际的被控对象存在着许多
难以建模的因素。
上世纪 80年代初，人工智能中专家系统的思
这一类的自动控制系统中对于控制都有一定的技术
指标，但与以往不同的是：通过设计控制作用要使这个技 术指标达到极值（极大或极小）。
自适应控制
干扰 控制输入 被控对象 输出 控制输入 干扰 被控对象 输出
反馈控制器
反馈控制器
校正作用 自适应控制器
参数 辨识器
显象管玻璃炉液位自校正控制
玻璃炉在结构上可分为四个部分：熔解池、工作池、 两个蓄热室和两台投料机。大型玻璃炉有2层楼高，仅熔 解池就有75M2面积。
对 MYCIN 系统所作的正式鉴定表明在对细菌血症和脑膜炎病人的诊 断和选择处方方面， MYCIN 系统比传染病方面的专家高明。但到目 前为止，系统还不能用于临床，其主要原因是系统缺乏传染病方面的 全面知识。
智能控制系统实例
x4 x5
转 转 换 器 换
Z(t)
w4 Nφ w
5
Kφ
u(t) Z f (t )
.
N +
-
同步 控制器
速度 调节器 + + 发电机 组
器 .
x1 x2 x3
w1 w2 w3
+ +
.
装 置
+
fN +
-
fG 2/S G
Nf
Kf
uf+(t)
+
+
u(t)
装置
...
发电机复杂控制系统
比例微分积分控制



比例控制：比例项的作用是放大误差的幅值， 实行反馈控制的基本要求 微分控制： “微分”项能预测误差变化的趋 势 积分控制：消除稳态误差
de 1 u K (e Td edt ) dt Ti
最优控制
航天飞行器同样的飞行所消耗的燃料愈少愈好（最 省燃料的航天器飞行控制系统）。或者同样的燃料，飞行 的距离愈远愈好。