智能控制导论 蔡志兴版 教学课件10
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教学课件 《人工智能基础》蔡自兴
• 启发式搜索、消解原理、不确定性推理…
– 计算智能（Computational Intelligence）
• 模糊计算、神经计算、进化计算…
– 构成技术（系统与语言）
• 产生式系统、LISP语言、Prolog语言…
22
1.6 人工智能的研究和应用领域
1 问题求解与博弈
• 问题的表示、分解、搜索、归约等 • 进行复杂的数学公式符号运算求解
（W，0，W，z） climbbox （W，1，W，z）
49
• grasp猴子摘到香蕉，即有
3
1.1.2 人工智能的起源与发展
• 孕育时期（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） – 拟脑机器（麦卡洛克、皮茨）
• 形成时期（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
• 有向图 • 路径 • 代价 • 图的显示说明 • 图的隐示说明
A
B
45
2.2.3 状态空间表示举例
• 产生式系统（production system） – 一个总数据库（global database） ：它含有
与具体任务有关的信息随着应用情况的不同，
这些数据库可能简单，或许复杂。 – 一套规则：它对数据库进行操作运算。每条
5
1.1.2 人工智能的起源与发展
• 集成发展时期（1986年至今）
– 进一步研究AI基本原理方法和技术 – 深入渗透到其他学科和科学技术领域 – 三大学派综合集成，优势互补，共同发展
6
1.2 人工智能的各种认知观
1.2.1 人工智能的主要学派
– 计算智能（Computational Intelligence）
• 模糊计算、神经计算、进化计算…
– 构成技术（系统与语言）
• 产生式系统、LISP语言、Prolog语言…
22
1.6 人工智能的研究和应用领域
1 问题求解与博弈
• 问题的表示、分解、搜索、归约等 • 进行复杂的数学公式符号运算求解
（W，0，W，z） climbbox （W，1，W，z）
49
• grasp猴子摘到香蕉，即有
3
1.1.2 人工智能的起源与发展
• 孕育时期（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） – 拟脑机器（麦卡洛克、皮茨）
• 形成时期（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
• 有向图 • 路径 • 代价 • 图的显示说明 • 图的隐示说明
A
B
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2.2.3 状态空间表示举例
• 产生式系统（production system） – 一个总数据库（global database） ：它含有
与具体任务有关的信息随着应用情况的不同，
这些数据库可能简单，或许复杂。 – 一套规则：它对数据库进行操作运算。每条
5
1.1.2 人工智能的起源与发展
• 集成发展时期（1986年至今）
– 进一步研究AI基本原理方法和技术 – 深入渗透到其他学科和科学技术领域 – 三大学派综合集成，优势互补，共同发展
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1.2 人工智能的各种认知观
1.2.1 人工智能的主要学派
智能控制导论10
e)等价：也叫“当且仅当”，用“←→”表示
5、什么是模糊命题及其真值？ 模糊命题：含有模糊概念的命题 。 这个电阻温度很高 A点的电平太低 电机转速稍偏高 不好用真/假、是/不是来表示，只能用接近的程度表 示。 模糊命题的真值 若P为模糊命题，P=x，0≤x≤1，x∈[0, 1]，X即为 模糊命题的真值。 x=1 完全真，x=0 完全假，x=0.8 接近真， x=0.1 接近假
4、模糊语言算子 1）语言算子 语言既然是变量，要运算，就要有算子，就像加减乘除、 积分微分等。自然语言中，形如“较”，“很”，“非 常”，“大概”，“倾向于”等等一类修饰词，就称其 为语言算子，分为语气、模糊化、判定化算子。 2）语气算子 A是论域U 的模糊子集，u∈U，若对于任一正实数λ，都 有
R 子 女
父 0.2 0.6
母 0.8 0.1
0.2 0.8 R 0 . 6 0 . 1
S 父
祖父 0.5
祖母 0.7
母
0.1
0
0.5 0.7 S 0.1 0
求孙子、孙女与祖父母的相像关系？
0.2 T RS 0.6 0.2 0.1 0.5 0.1
0.4
0.6 0.8 1
0 0.2 0.4 0.4 0.4 0.4 0 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0 0 0 0 0 0
0.4
0.6 0.8 0.8
0.4
0.6 0.6 0.6
0.4
0.4 0.4 0.4
0.2
0.2 0.2 0.2
0
0 0 0
这就是温度和控制电压之间的模 糊关系，这里可看出，温度最高 就是100℃，若认为100℃是温度 高，则降温最快的方法是输出0v， 0v对应交流0v～，对这条规则， 就是这个输出。
5、什么是模糊命题及其真值？ 模糊命题：含有模糊概念的命题 。 这个电阻温度很高 A点的电平太低 电机转速稍偏高 不好用真/假、是/不是来表示，只能用接近的程度表 示。 模糊命题的真值 若P为模糊命题，P=x，0≤x≤1，x∈[0, 1]，X即为 模糊命题的真值。 x=1 完全真，x=0 完全假，x=0.8 接近真， x=0.1 接近假
4、模糊语言算子 1）语言算子 语言既然是变量，要运算，就要有算子，就像加减乘除、 积分微分等。自然语言中，形如“较”，“很”，“非 常”，“大概”，“倾向于”等等一类修饰词，就称其 为语言算子，分为语气、模糊化、判定化算子。 2）语气算子 A是论域U 的模糊子集，u∈U，若对于任一正实数λ，都 有
R 子 女
父 0.2 0.6
母 0.8 0.1
0.2 0.8 R 0 . 6 0 . 1
S 父
祖父 0.5
祖母 0.7
母
0.1
0
0.5 0.7 S 0.1 0
求孙子、孙女与祖父母的相像关系？
0.2 T RS 0.6 0.2 0.1 0.5 0.1
0.4
0.6 0.8 1
0 0.2 0.4 0.4 0.4 0.4 0 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0 0 0 0 0 0
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0.6 0.8 0.8
0.4
0.6 0.6 0.6
0.4
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0.2
0.2 0.2 0.2
0
0 0 0
这就是温度和控制电压之间的模 糊关系，这里可看出，温度最高 就是100℃，若认为100℃是温度 高，则降温最快的方法是输出0v， 0v对应交流0v～，对这条规则， 就是这个输出。
智能控制理论及应用PPT课件
第15页/共20页
1.4 智能控制的主要形式
基于规则的仿人智能控制 仿人智能控制的核心思想是在控制过程中，利用计算机模拟人的控制行为功 能，最大限度地识别和利用控制系统动态过程提供的特征信息，进行启发和 直觉推理，从而实现对缺乏精确模型的对象迸行有效的控制。其基本原理是 模仿人的启发式直觉推理逻辑，即通过特征辩识判断系统当前所处的特怔状 态，确定控制的策略，进行多模态控制。
模糊控制
神经网络控制
B
A
C
专家控制
智能控制 D
仿人智能控制 F E
各种方法的综合集成
第11页/共20页
分级递阶 智能控制
1.4 智能控制的主要形式
基于信息论的分级递阶智能控制
三级分级递阶智能控制系统是由G．N．Saridis于1977年提出的。该
系统由组织级、协调级和执行级组成，遵循“精度递增伴随智能递减”
第18页/共20页
1.5 智能控制的现状和发展趋 势
• 发展趋势
智能控制理论的进一步研究，尤其是智能控制系统稳定性分析的 理论研究。
结合神经生理学、心理学、认识科学、人工智能等学科的知识， 深入研究人类解决问题时的经验、策略，建立更多的智能控制体 系结构。
研究适合现有计算机资源条件的智能控制方法。
•控制对象由单输入单输出系统转变为多输人多输出系统； •系统信息的获得由借助传感器转变为借助状态模型； •研究方法由积分变换转向矩阵理论、几何方法，由频率方 法转向状态空间的研究； •由机理建模向统计建模转变，开始采用参数估计和系统辨 识理论 •适用大型、复杂、高维、非线性和不确定性严重的对象
•不依赖对象模型，适用于未知或不确定性严重的对象 •具有人类智能的特征 •能够表达定性的知识或具有自学习能力
1.4 智能控制的主要形式
基于规则的仿人智能控制 仿人智能控制的核心思想是在控制过程中，利用计算机模拟人的控制行为功 能，最大限度地识别和利用控制系统动态过程提供的特征信息，进行启发和 直觉推理，从而实现对缺乏精确模型的对象迸行有效的控制。其基本原理是 模仿人的启发式直觉推理逻辑，即通过特征辩识判断系统当前所处的特怔状 态，确定控制的策略，进行多模态控制。
模糊控制
神经网络控制
B
A
C
专家控制
智能控制 D
仿人智能控制 F E
各种方法的综合集成
第11页/共20页
分级递阶 智能控制
1.4 智能控制的主要形式
基于信息论的分级递阶智能控制
三级分级递阶智能控制系统是由G．N．Saridis于1977年提出的。该
系统由组织级、协调级和执行级组成，遵循“精度递增伴随智能递减”
第18页/共20页
1.5 智能控制的现状和发展趋 势
• 发展趋势
智能控制理论的进一步研究，尤其是智能控制系统稳定性分析的 理论研究。
结合神经生理学、心理学、认识科学、人工智能等学科的知识， 深入研究人类解决问题时的经验、策略，建立更多的智能控制体 系结构。
研究适合现有计算机资源条件的智能控制方法。
•控制对象由单输入单输出系统转变为多输人多输出系统； •系统信息的获得由借助传感器转变为借助状态模型； •研究方法由积分变换转向矩阵理论、几何方法，由频率方 法转向状态空间的研究； •由机理建模向统计建模转变，开始采用参数估计和系统辨 识理论 •适用大型、复杂、高维、非线性和不确定性严重的对象
•不依赖对象模型，适用于未知或不确定性严重的对象 •具有人类智能的特征 •能够表达定性的知识或具有自学习能力
智能控制概论.ppt
and modeling the control systems; however, these hypotheses are hard to match in practice.
（2）不能适应大的系统参数和结构的变化 自适应控制和自校正控制——通过对系统某些重要参数的估
计克服小的、变化较慢的参数不确定性和干扰。 鲁棒控制——在参数或频率响应处于允许集合内，保证被
智能控制导论
参考数目
1. Zi-Xing Cai. Intelligent Control: Principles,Techniques and Applications. World Scientific, Singapore: 1997
2. Panos J. Antsaklis and Kevin M. Passino. An Introduction to Intelligent and Autonomous Control. Available: /~pantsakl/book1/Download/downloadpage.htm
3. 70年代初,以分解和协调为基础,形成了大系统控制理论,用于复 杂系统的控制,重要理论有递阶控制理论、分散控制理论、队 论等。主要用于资源管理、交通控制、环境保护等。
以上控制理论我们称之为传统控制理论。
应用上：
●工厂全球化、开放化。出现柔性制造、虚拟工厂、 CIMS、CIPS（Computer Integrated Processing Systems) . 现场总线技术越来越成熟、
2.传统控制理论的局限性
随着复杂系统的不断涌现，传统控制理论越来越多地显示它的 局限性。
什么叫复杂系统？其特征表现为：
1. 控制对象的复杂性
模型的不确定性、 高度非线性、 分布式的转感器和执行机构、 动态突变、 多时间标度、 复杂的信息模式、 庞大的数据量和严格的性能指标。
（2）不能适应大的系统参数和结构的变化 自适应控制和自校正控制——通过对系统某些重要参数的估
计克服小的、变化较慢的参数不确定性和干扰。 鲁棒控制——在参数或频率响应处于允许集合内，保证被
智能控制导论
参考数目
1. Zi-Xing Cai. Intelligent Control: Principles,Techniques and Applications. World Scientific, Singapore: 1997
2. Panos J. Antsaklis and Kevin M. Passino. An Introduction to Intelligent and Autonomous Control. Available: /~pantsakl/book1/Download/downloadpage.htm
3. 70年代初,以分解和协调为基础,形成了大系统控制理论,用于复 杂系统的控制,重要理论有递阶控制理论、分散控制理论、队 论等。主要用于资源管理、交通控制、环境保护等。
以上控制理论我们称之为传统控制理论。
应用上：
●工厂全球化、开放化。出现柔性制造、虚拟工厂、 CIMS、CIPS（Computer Integrated Processing Systems) . 现场总线技术越来越成熟、
2.传统控制理论的局限性
随着复杂系统的不断涌现，传统控制理论越来越多地显示它的 局限性。
什么叫复杂系统？其特征表现为：
1. 控制对象的复杂性
模型的不确定性、 高度非线性、 分布式的转感器和执行机构、 动态突变、 多时间标度、 复杂的信息模式、 庞大的数据量和严格的性能指标。
《智能控制》PPT课件
（3）组织功能：对于复杂任务和分散的传感信息具有自组织和协调功能，使系统具有 主动性和灵活性。智能控制器可以在任务要求范围内进行自行决策，主动采取行动，当 出现多目标冲突时，在一定限制下，各控制器可以在一定范围内自行解决。
1.1.4 智能控制的研究对象 （1）不确定性的模型
7
模型的不确定性包含两层意思：一是模型未知或知之甚少；二是模型的结构和参数可 能在很大范围内变化。
可以概括为：智能控制是“三高三性”的产物。即“控制系统的高度复杂性、高度不 确定性及人们要求越来越高的控制性能”
8
1.1.5 智能控制系统的结构 1.智能控制系统的基本结构
数据库
感知信息 与处理
认知学习 智能控制器
评价机构
传感器
环境 广义对象
还包括外部各种干 扰等不确定制、神经网络控制、专家控制、 学习控制及仿人控制等。
3
第一章
第一节 智能控制的基本概念 1.1.1 智能控制的由来
绪论
传统控制理论（包括经典控制理论和现代控制理论）是建立在被控对象精确数学模
型基础上的控制理论。实际上，许多工业被控对象或过程常常具有非线性、时变性、变 结构、多层次、多因素以及各种不确定性等，难于建立精确的数学模型。即使对一些复 杂对象能够建立起数学模型，模型也往往过于复杂，既不利于设计也难于实现有效控制。 虽然对缺乏数学模型的被控对象可以进行在线辨识，但是由于算法复杂、实时性差，使 得应用范围受到一定限制。
IC：智能控制(intelligent control) AI：人工智能(artificial intelligent) AC：自动控制(automatic control)
9
2. 分层递阶智能控制结构
1977年Saridis以机器人控制为背景提出了三级递阶控制结构。
1.1.4 智能控制的研究对象 （1）不确定性的模型
7
模型的不确定性包含两层意思：一是模型未知或知之甚少；二是模型的结构和参数可 能在很大范围内变化。
可以概括为：智能控制是“三高三性”的产物。即“控制系统的高度复杂性、高度不 确定性及人们要求越来越高的控制性能”
8
1.1.5 智能控制系统的结构 1.智能控制系统的基本结构
数据库
感知信息 与处理
认知学习 智能控制器
评价机构
传感器
环境 广义对象
还包括外部各种干 扰等不确定制、神经网络控制、专家控制、 学习控制及仿人控制等。
3
第一章
第一节 智能控制的基本概念 1.1.1 智能控制的由来
绪论
传统控制理论（包括经典控制理论和现代控制理论）是建立在被控对象精确数学模
型基础上的控制理论。实际上，许多工业被控对象或过程常常具有非线性、时变性、变 结构、多层次、多因素以及各种不确定性等，难于建立精确的数学模型。即使对一些复 杂对象能够建立起数学模型，模型也往往过于复杂，既不利于设计也难于实现有效控制。 虽然对缺乏数学模型的被控对象可以进行在线辨识，但是由于算法复杂、实时性差，使 得应用范围受到一定限制。
IC：智能控制(intelligent control) AI：人工智能(artificial intelligent) AC：自动控制(automatic control)
9
2. 分层递阶智能控制结构
1977年Saridis以机器人控制为背景提出了三级递阶控制结构。
智能控制技术概述 ppt课件
1980
形成期
发展期
现在
智能控制思潮出现于60年代，智能控制的产生和发展经历了萌
芽、形成和发展三个阶段。
PPT课件
24
1）萌芽期（1960－1970）
1965年，加利福尼亚大学 的扎德(L.A. Zadeh)教授 提出了模糊集合理论；
1967 年 ， 利 昂 德 斯 （ C.T.Leondes ） 和 门 德 尔首先使用“智能 控制”一词。这标志着智 能控制的思想已经萌芽
5
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。
PPT课件
6
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：
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。
PPT课件
11
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。
PPT课件
12
PPT课件
L.A. Zadeh
25
2）形成期（1970－1980）
20世纪70年代可以看做是智能控制的形成期：
➢1974年英国工程师曼德尼（E.H.Mamdani）将模糊集合和模 糊语言用于锅炉和蒸汽机的控制，取得良好的结果。
➢1977年，萨里迪斯(Saridis)提出智能控制三元结构定义。
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
智能控制基础总结ppt课件
j
❖ 通常假设yi=f(Neti)，而f为激励函数。
27/46
激励函数类型
❖ 阈值型
f
1
xf
1
(Nwei1ti
)
0ui
Neti 0 Neti 0
x2
wi2
yi
i
❖ 分段线性型
1
0
Neti
图3—1—3 阀值函数
f
xn
f (Neti )
winkNeti
0
si Neti Neti0 Neti0 Neti
智能控制问题的提出
❖ 传统控制理论，包括经典反馈控制和现代控制理论， 由于研究对象的不确定性、高度非线性以及复杂的 任务要求等，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。 智能控制作为一门新兴的理论技术，现在还处于发 展初期。
❖ 智能控制的概念主要是针对控制对象及其环境、目 标和任务的不确定性和复杂性而提出来的。
❖ 是由于实现大规模复杂系统的控制需要。 ❖ 是由于现代计算机技术、人工智能和微电子学等学
科的高速发展，带来的革命性变化。
1/46
智能控制问题的提出
❖ 智能控制应用对象的特点：
(1) 不确定性模型。传统控制是基于模型的控制，认 为模型已知或者经过辨识可以得到；而智能控制的 对象通常存在严重的不确定性。 (2) 高度的非线性。传统控制理论虽然也有一些非线 性控制方法，但总的说来不够成熟，而且方法复杂， 而智能控制理论可以很好地解决非线性控制问题。 (3) 复杂的任务要求。现代工业系统很多是高度复杂 的系统。对于这些复杂系统均可用智能控制系统控 制。
❖ 规划和控制：它是整个系统
❖ 通常假设yi=f(Neti)，而f为激励函数。
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激励函数类型
❖ 阈值型
f
1
xf
1
(Nwei1ti
)
0ui
Neti 0 Neti 0
x2
wi2
yi
i
❖ 分段线性型
1
0
Neti
图3—1—3 阀值函数
f
xn
f (Neti )
winkNeti
0
si Neti Neti0 Neti0 Neti
智能控制问题的提出
❖ 传统控制理论，包括经典反馈控制和现代控制理论， 由于研究对象的不确定性、高度非线性以及复杂的 任务要求等，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。 智能控制作为一门新兴的理论技术，现在还处于发 展初期。
❖ 智能控制的概念主要是针对控制对象及其环境、目 标和任务的不确定性和复杂性而提出来的。
❖ 是由于实现大规模复杂系统的控制需要。 ❖ 是由于现代计算机技术、人工智能和微电子学等学
科的高速发展，带来的革命性变化。
1/46
智能控制问题的提出
❖ 智能控制应用对象的特点：
(1) 不确定性模型。传统控制是基于模型的控制，认 为模型已知或者经过辨识可以得到；而智能控制的 对象通常存在严重的不确定性。 (2) 高度的非线性。传统控制理论虽然也有一些非线 性控制方法，但总的说来不够成熟，而且方法复杂， 而智能控制理论可以很好地解决非线性控制问题。 (3) 复杂的任务要求。现代工业系统很多是高度复杂 的系统。对于这些复杂系统均可用智能控制系统控 制。
❖ 规划和控制：它是整个系统
智能控制技术第1章PPT课件
精选ppt课件2021
12
从二十世纪60年代起，由于空间技 术、计算机技术及人工智能技术的发 展，控制界学者在研究自组织、自学 习控制的基础上，为了提高控制系统 的自学习能力，开始注意将人工智能 技术与方法应用于控制中。
精选ppt课件2021
13
1966年，J.M.Mendal首先提出将人工 智能技术应用于飞船控制系统的设计；
精选ppt课件2021
5
1.2 智能控制的概念
智能控制是一门交叉学科，著名美籍 华人傅京逊教授1971年首先提出智能控 制是人工智能与自动控制的交叉，即二 元论。美国学者G.N.Saridis1977年在此 基础上引入运筹学，提出了三元论的智 能控制概念，即
IC=AC∩AI∩OR
精选ppt课件2021
精选ppt课件2021
35
（1）在机器人控制中的应用
智能机器人是目前机器人研究中的热门
课题。J.S.Albus于1975年提出小脑模型小
脑 模 型 关 节 控 制 器 （ Cerebellar Model
Arculation Controller，简称CMAC），它
是仿照小脑如何控制肢体运动的原理而建立
在工程实践中，人们发现，一个复杂的控
制系统可由一个操作人员凭着丰富的实践经验
得到满意的控制效果。这说明，如果通过模拟
人脑的思维方法设计控制器，可实现复杂系统
的控制，由此产生了精选模ppt课糊件2控021制。
18
1965年美国加州大学自动控制系 L.A.Zedeh提出模糊集合理论，奠定了模 糊控制的基础；
1 简述智能控制的概念。 2 智能控制由哪几部分组成？各自的特 点是什么？ 3 比较智能控制和传统控制的特点？ 4 智能控制有那些应用领域？试举出一 个应用实例。
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10.2 智能控制的应用研究问题
12
10.3 智能控制进一步研究的问题
控制问题 认知控制器
组织器工作方法 具有判断能力的智能机器的设计 用于设计智能机器的语言方法 对用户指令解释不当的灵敏性分析 智能机器每个功能的可靠性分析 要实现Boltzman 机的优化
对智能机器研究的建议 控制模式
第10章 展望智能控制
13
10.4 展望智能控制的发展 10.4.1 寻求更新的理论框架
智能控制研究尚存在一些需要解决的问题
宏观与微观分离 全局与局部隔开 理论与应用脱节
上述存在问题和其它相关问题说明
人脑的结构和功能要比人们想象的复杂得多 需要寻找和建立更新的智能控制框架和理论体系
14
10.4.2 创建更优的技术集成
符号主义，又称为逻辑主义、心理学派或计算机学 派，其原理主要为物理符号系统（即符号操作系统） 假设和有限合理性原理 联结主义，又称为仿生学派或生理学派，其原理主 要为神经网络及神经网络间的连接机制与学习算法 行为主义，又称进化主义或控制论学派，其原理为 控制论及感知—动作型控制系统
3
10.1.2 人工智能主要学派理论上的争论
u
汽化器
半封闭回路
测量血压 病人
y
10.2 智能控制的应用研究问题
11
10.2.7 智能仪器
微型计算机或微处理机在仪器，已成为仪器的 核心组成部件之一，它能够实现信息的记忆、 判断、处理、执行以及测控过程的操作、监视 和诊断，并使这类仪器被称为“智能仪器”
比较高级的智能仪器具有多功能、高性能、自 动操作、对外接口、“硬件软化”和自动测试 与自动诊断等功能
专家 系统
Re
+ -
专家控制器
… 多模型控制器
自校正 PID 控制器 控制器
1
2
U
3K 开关
过程 . Y
10.2 智能控制的应用研究问题
7
10.2.3 自动加工系统的智能控制 基于Petri 网的自动加工智能控制系统的结构图
第一级 第二级 第三级
驱动 过程加工
传感
控制器 决策器
监控器
区域控制器
数据库
MAUV 的一种智能控制结构图，采用分段分层框架
数值
感知状况 传感信息 处理
评价
预测状况
世界模型 数据库
目标选择
规划
任务 优先权
任务分解
传感器
内部 外部
环境
驱动器 动作
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10.2.2 生产过程的智能监控
许多工业连续生产线，其生产过程需要监视和 控制，以保证高性能和高可靠性
工业锅炉智能控制的混合控制框图
智能控制技术是人工智能技术与其它信息处理 技术，尤其是信息论、系统论、控制论和认识 工程学等的集成 集成智能控制系统的相关学科关系图
计算技术
智能控制系统
生理学 心理学 语言学 认知科学
哲学 系统学
人类控制知识
人类学 社会学
10.4 展望智能控制的发展
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10.4.3 开发更好的应用方法
必须开发新的硬件和软件
人工智能尚未形成一个统一的理论体系。各个 人工智能学派对于 AI的基本理论问题均有不同 的观点
符号主义认为人的认知基元是符号，而且认知过程 即符号操作过程 联结主义认为人的思维基元是神经元，而不是符号 处理过程 行为主义认为智能取决于感知和行为（所以被称为 行为主义），提出智能行为的感知——动作模式
智能控制导论
自控系
吕明珠
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第10章 展望智能控制
10.1 人工智能争论及其对智能控制的影响 10.2 智能控制的应用研究问题 10.3 智能控制进一步研究的问题 10.4 展望智能控制的发展 10.5 结束语
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10.1 人工智能争论及其对智能控制的影响
10.1.1 人工智能的主要学派
目前人工智能的主要学派有下列 3家
10.1 人工智能争论及其对智能控制的影响
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10.1.3 人工智能主要学派对智能控制的影响
20世纪60～80年代，智能控制受符号主义影 响，自然以基于知识的控制为主要研究方向。 如：专家控制、学习控制以及模糊控制，并与 递阶控制相结合 80年代末～ 90年代，连接主义迅速崛起，促 进了智能控制的发展。如：神经控制和复合神 经控制
实现智能控制需要硬件的保障 软件应是智能控制的核心
智能控制应用方法研究中有
提高运行速度，实现实时控制 提高对传感信息和环境的解释能力 设计新的模块化传感器和接口 改善信息处理和识别能力等
控制软件方面的研究课题
开发面向任务的独立和通用的程序设计语言 考虑CAD、CAM 、CIMS 和CIPS 等要求 能够描述各种控制过程 处理缓慢变化信号和故障 实现智能控制系统的优化等
驱动器 1 … 驱动器 n 加工过程运输和检验
传感器 1 … 传感器 m
知识库
10.2 智能控制的应用研究问题
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10.2.4 智能故障检测与诊断
故障检测和诊断与过程监控密切相关。一个高级的过 程控制系统应当具有故障自动检测和自诊断能力，以 保证系统工作的高度可靠性 现在人们已对特别复杂系统故障诊断的重要性引起前 所未有的重视 智能故障检测与诊断系统是一个问题求解的计算机系 统，也是一种智能控制系统。它一般由知识库（故障 信息库）、诊断推理机构、接口和数据库等组成。典 型的IFDD 系统有太空站热过程控制系统的故障诊断、 火电站锅炉给水过程控制系统的故障检测与诊断和雷 达故障诊断专家系统等
基于感知 —— 动作机制的行为主义所以称为控 制论学派，就是因为它的作用原理与反馈控制 一致
10.1 人工智能争论及其对智能控制的影响
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10.2 智能控制的应用研究问题
10.2.1 智能机器人规划与控制
复式自主水下运载器（Multiple Autonomous Undersea Vehicle, MAUV ）
10.2 智能控制的应用研究问题
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10.2.6 医疗过程智能控制
一个用于控制手术过程中麻醉深度的病人平均 动脉血压(MAP) 的模糊逻辑控制系统
有两类扰动
因手术、心血管病和用药引起的病人痛苦而出现的 噪声
因仪器校准和电灼等引起的血压和人工制品的测量 噪声
手术扰动人工制品
期望血压 e + -
模糊逻辑 控制器
10.2 智能控制的应用研究问题
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10.2.5 飞行器的智能控制
智能控制已被应用于飞行过程控制，整个飞行控制过 程由飞机数学模型来表示
下图所示为一飞行器的飞行智能控制系统的制导、领航和控 制结构，其中用虚线表示领航员的作用，以期与计算机的作 用进行比较
决策
制导 飞行目标
领航
调节 控制 估计
传感输入 飞行器