智能控制理论及应用复习

智能控制理论及应用复习

（紧扣课本）

第一章绪论

经典控制和现代控制理论的统称为传统控制，

智能控制是人工智能与控制理论交叉的产物，是传统控制理论发展的高级阶段。智能控制是针对系统的复杂性、非线性和不确定性而提出来的，

传统控制和智能控制的主要区别：

➢传统控制方法在处理复杂化和不确定性问题方面能力很低；

智能控制在处理复杂性、不确定性方面能力较高。智能控制系统的核心任务是控制具有复杂性和不确定性的系统，而控制的最有效途径就是采用仿人智能控制决策。

➢传统控制是基于被控对象精确模型的控制方式；

智能控制的核心是基于知识进行智能决策，采用灵活机动的决策方式迫使控制朝着期望的目标逼近。

传统控制和智能控制的统一：

智能控制擅长解决非线性、时变等复杂的控制问题，而传统控制适于解决线性、时不变等相对简单的控制问题。

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，因此，智能控制是对传统控制的扩充和发展，传统控制是智能控制的一

个组成部分。

智能控制应用对象的特点

(1)不确定性的模型

模型未知或知之甚少；

模型的结构和参数可能在很大范围内变化。

(2)高度的非线性

(3)复杂的任务要求

例如，要求系统对一个复杂的任务具有自行规划和决策的能力；要求除了实现对各被控物理量定值调节外，还要实现整个系统的自动启停、故障的自动诊断以及紧急情况的自动处理等功能。

智能控制的基本特点

(1)分层递阶的组织结构

(2)多模态控制

(3)自学习能力

(4)自适应能力

(5)自组织能力

(6)优化能力

智能控制系统的主要类型

模糊控制

专家控制系统具有如下特点：

①它在一定程度上模拟人的思维活动规律，能进行自动推理，善于应付各种变化，具有透明性和灵活性。

②它可以不断监督生产过程，实现特定性能指标下的优化控制，能处理大量低层信息，可进行操作指导。

③相对传统控制，扩展了许多功能，如复杂系统的高质量控制，故障诊断和容错控制，参数和算法的自动修改，不同算法的组合等。

④深层知识的引入，可以弥补专家经验的不足，可以自然地消除决策冲突。

分层递阶智能控制具有两个明显的特点：

①对控制来讲，自上而下控制精度愈来愈高；

②对识别来讲，自下而上信息回馈愈来愈粗略。

模糊控制器的一般结构

神经网络控制的3种典型结构

(a)PID控制(b)模型参考自适应控制(c)前馈反馈控制

专家控制器被控对象

－

检测器

（a）直接专家控制系

专家控制器特征提取

输入误差输出

控制算法被控对象

－

检测器

(b)间接专家控制系

分层递阶智能控制（图）

第二章 模糊控制

1.确定隶属函数应遵循的一些基本原则:

1)表示隶属函数的模糊集合必须是凸模糊集合

2) 变量所取隶属度函数通常是对称的、平衡的

3) 隶属度函数要符合人们的语义顺序，避免不恰当的重叠

4) 论域中每个点至少属于一个隶属函数的区域，并应属于不超过两个隶属函数的区域。

5) 当两个隶属函数重叠时，重叠部分对两个隶属函数的最大隶属度不应有交叉。

6) 当两个隶属函数重叠时，重叠部分的任何点的隶属函数的和应该小于或等于1。

2. 同时满足自反性，对称性，传递性的模糊关系称为

论域上的一个模糊等价关系

3. 模糊语言变量

一个语言变量可定义为一个五元体

式中N 为语言变量的名称； T(N)为语言变量语言值名称的集合；U 为论域；G 为语法规则；M 为语义规则 。

4. 模糊条件语句

有三种基本句型，分别为

• “若 则 ”型 若炉温偏低，则增加燃料量

(,,(),,)N U T N G M

•“若则否则”型

若炉温偏低，则增加燃料量，否则减少燃料量

•“若且则”型

若炉温偏低且温度变化的系数为负，则增加燃料量

5.模糊控制器(Fuzzy Controller)特点:

➢模糊控制是一种基于规则的控制。

➢由工业过程的定性认识出发，容易建立语言控制规则。

➢控制效果优于常规控制器.

➢具有一定的智能水平.

➢模糊控制系统的鲁棒性强。

6.模糊控制器设计的主要步骤

1、选定模糊控制器的输入输出变量, 一般取e、ec和u。

2、确定各变量的模糊语言取值及相应的隶属函数，即进行模糊化。

模糊语言值通常选取3、5或7个，例如取为{负，零，正} 等。然后对所选取的模糊集定义其隶属函数

3、建立模糊控制规则或控制算法。

确定模糊推理和解模糊化方法。

7.例：某电热炉用于对金属零件的热处理，要求炉温给定值，人工控制时，根据对炉温的观测值，调节电热炉供电电压，达到升降炉温的目的。现改为模糊控制系统，试设计模糊控制器。

解：设计工作分为五步进行

(1)首先确定模糊控制器的输入量和输出量。

实测炉温 与给定值 之误差 作为输入量 输出量采用晶闸管整流电源的触发电压 的变化量

(2)输入、输出变量的模糊化。描述输入变量以及输出变量的语言值E 和U 取为

NB NS O PS PB

误差的论域为 控制量的论域为

(3)模糊控制规则语言描述：操作人员经验的语言描述可以归纳为 {3,2,1,0,0,1,2,3}X {3,2,1,0,0,1,2,3}Y