智能控制技术概述课件.

现代控制理论
代表人物：前苏联数学家庞特里亚金、美国数学家贝尔 曼、匈牙利数学家卡尔曼、瑞典的奥斯特隆姆、法国的 朗道 应用：最优控制、时滞系统控制、基于网络的控制 局限性： 非线性系统的种类、形式非常复杂繁多，没有一套统 一的理论来解决
只能就一类非线性系统进行研究，得到的结果往往很 保守
大系统理论与智能控制
随着科学技术的发展，出现了很多必须采用工程技术术 语描述的新型的复杂系统 家庭陪护机器人、柔性制造系统、智能信息检索系 统等
在计算机的支持下，它们会思考，会推理，能部分 地实现人的智能
对于这些系统，采用传统的数学语言去描述，并基于该 描述分析和设计，就显得无能为力，因此，必须寻求新 的系统描述方法
Hale Waihona Puke Baidu
传统数学语言描述不精确。控制任务有多重性和时变性， 一个复杂任务的确定，需要多次反复，而且还包括任务 所含信息的处理过程
2）传统控制理论与方法的局限性
（1）缺乏合适的系统描述方法 在传统的控制理论中，系统的描述通常采用微分方程或 差分方程，是一个精确模型，对控制系统的分析和设计 也基于这个精确模型 迄今为止，还不存在直接采用工程技术术语描述系统， 并基于该描述分析与设计系统的方法，这使得从工程技 术术语到数学描述的转化尤为必要 在转化过程中，虽然被解决的问题作了很多简化，但是， 也失去了原来的被解决问题的很多信息
（3）传统控制输入信息的单一性
传统的控制系统的输入信息比较单一
现代的复杂系统
要以各种形式——视觉的、听觉的、触觉的，以及 直接操作的方式
将环境信息，包括图形、文字、语言、声音，以及 传感器感知的物理量等，作为系统的输入
将各种信息融合、分析和推理
3）与人的经验知识结合的必要性
出发点：人类具有很强的学习和适应环境的能力，有些复 杂的系统，凭人的知觉和经验能够很好地进行操作，并达 到理想的控制效果 我们在餐桌上用筷子很容易夹到要吃的食物，并轻而 易举地放入口中 如果要把这一系列动作和环境建立精确的模型，然后， 再一步一步地按模型去操作，该过程是多么复杂，而 又多么难以实现 启发：将人的经验知识和控制理论有机地结合起来，解决 复杂系统的控制问题
大系统理论是控制理论在广度上的开拓，智能控制则是控制 理论在深度上的挖掘 大系统理论用控制和信息的观点，研究各种大系统的结构方 案、总体设计中的分解方法和协调等问题 智能控制研究与模拟人类智能活动及其控制与信息传递过程 的规律，研制具有某些仿人智能的工程控制与信息处理系统
智能控制的概念和原理主要针对被控对象、环境，以及控制
智能控制
中国矿业大学 张勇
yongzh401@126.com
www.iocx.com
目录
智能控制应用领域 智能控制的提出 智能控制的发展 智能控制的概念
一、智能控制应用领域
智能医疗 工业 智能家电 智能家居
航天航空 军事领域
智能 控制
智能交通
智能电网
智能控制代表着当今科学和技术发展的最新方向之一。目前，智能控制技术已经 日渐完善，并得到广泛应用，例如智能家电、智能家居、智能电网、智能交通， 航空航天、军事以及工业、医疗等领域。
控制理论的发展过程可以分为如下3个阶段 古典（经典）控制理论时期，时间大约为20世纪30－50 年代 现代控制理论时期，时间大约为20世纪50－70年代 大系统理论与智能控制时期，时间为20世纪70年代末至 今
经典控制理论
研究对象：单输入单输出线性系统
数学模型：常系数线性微分方程；传递函数 分析与综合方法：代数判据；根轨迹方法；频率响应法 代表人物：奈奎斯特、伯德和伊文斯 应用：PID控制器设计
任务的复杂性提出的
智能控制的提出：
1）控制系统的复杂性
被控对象的复杂性 模型的不确定性、高度非线性、动态突变、多时间标度、 复杂的信息模式、庞大的数据量 环境的复杂性 环境变化的不确定和难以辨识。现在的大规模复杂控制 与决策问题，必须把外界环境和被控对象，以及控制器 作为一个整体进行分析和设计 控制任务的复杂性
智能电视
索尼和三洋生产的一些电视机使用模糊逻辑来自动调整屏 幕的颜色、对比度和亮度。
智能电网---能源价值链的变革
汽车与智能交通
汽车中也使用了大量的智能控制技术来完成控制功能。如Nissan豪华汽车 中使用了模糊控制的反咬死刹车系统，基于模糊逻辑的无级变速器。其他 汽车生产厂家也已开发了模糊发动机控制和自动驾驶控制系统等。
局限性：难以有效地应用于时变系统和多变量系统，也难以
揭示系统更为深刻的特性
在现实世界中是广泛存在的
现代控制理论
背景：古典控制理论已经成熟；计算机技术飞速发展； 所需要控制的系统不再是简单的单输入单输出线性系统
研究对象：多输入多输出系统，线性/非线性；定常/时变； 连续/离散
数学模型：非线性微分方程（常系数/ 变系数）；状态方 程；传递函数矩阵 分析方法：状态空间描述法 综合方法：状态反馈；输出反馈；动态反馈
（2）缺乏有效的处理不确定性的方法
传统的控制方法也有办法对付被控对象和环境的不确定性和 复杂性，达到优化控制的目的，如自适应控制和鲁棒控制。
在实际应用中，尤其在工业过程控制中
被控对象的严重非线性、数学模型的不确定性、系统工作 点变化剧烈
自适应控制（对参数变化要求较为严格）和鲁棒控制（鲁 棒区域有限）存在着难以弥补的严重缺陷，应用的有效性 受到很大限制，这就促使人们研究新的控制理论和方法
汽车与智能交通
日本仙台的地铁使用模糊控制技术，使地铁机车启动和 停车非常平稳，乘客不必抓住扶手也能保持平衡。
工 业
最早的实用工业过程模糊控制是丹麦F. L. Smith公司研制的水泥窑模糊逻 辑计算机控制系统，它已作为商品投放市场，是模糊控制在工业过程中成 功应用的范例之一。
二、智能控制的产生
智能家电已成新宠
智能家电已成新宠。在日本，几乎所有家用电器制造厂 商都使用模糊技术。
智能洗衣机
松下和日立公司已生产了智能洗衣机，拥有更加人性化的设计， 可以自动调整洗衣服得各项参数，根据衣服来调整洗涤所需水位 及洗涤时间。根据不同衣物的面料调整洗衣过程，更好保护衣物。
目前，很多大型家电集团已开发了国产模糊控制洗衣机 ，如： “小天鹅”，“海尔”等名牌智能洗衣机。