第10章 专家控制系统设计
专家控制系统
1、什么是专家系统？它具有哪些特点和优点?1）专家系统：专家系统（Expert System）是一种在特定领域内具有专家水平解决问题能力的程序系统，其内部含有大量的某个领域专家水平的知识与经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的经验方法来处理该领域的高水平难题。
也就是说，专家系统是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统，它应用人工智能技术和计算机技术，根据某领域一个或多个专家提供的知识和经验，进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，以便解决那些需要人类专家才能处理好的复杂问题。
简而言之，专家系统是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。
2）专家系统的特点：①启发性：专家系统要解决的问题，其结构往往是不合理的，其问题求解知识不仅包括理论知识和常识，而且包括专家本人的启发知识；②透明性：专家系统能够解释本身的推理过程和回答用户提出的问题，以便让用户了解推理过程，增大对专家系统的信任感；③灵活性：专家系统的灵活性是指它的扩展和丰富知识库的能力，以及改善非编程状态下的系统性能，即自学习能力；④符号操作：与常规程序进行数据处理和数字计算不同，专家系统强调符号处理和符号操作（运算），使用符号表示知识，用符号集合表示问题的概念。
一个符号是一串程序设计，并可用于表示现实世界中的概念；⑤ 不确定性推理：领域专家求解问题的方法大多数是经验性的，经验知识一般用于表示不精确性并存在一定概率的问问题。
止匕外，所提供的有关问题的信息往往是不确定的。
专家系统能够综合应用模糊和不确定的信息与知识，进行推理；⑥为解决特定领域的具体问题，除需要一些公共的常识，还需要大量与所研究领域问题密切相关的知识；⑦ 一般采用启发式的解题方法；⑧在解题过程中除了用演绎方法外，有时还要求助于归纳方法和抽象方法；⑨需处理问题的模糊性、不确定性和不完全性；⑩能对自身的工作过程进行推理（自推理或解释）；11采用基于知识的问题求解方法；12知识库与推理机分离。
机械CAD及其应用第十章设计型专家系统
产品原型
领域原型 研究原型 演示原型
确定任务 了解知识 求解方法 系统功能
知识表示
推理方法
系统结构
获取知识
建立知识库
模块实现
系统联调
测试
评价
改进
第二十二页，编辑于星期日：十点 二十九分。
10.4.2 设计型专家系统的举例
龙门铣进给箱方案设计专家系统
1. 背景
2. FBCDES的功能 (1) 动力源设计
3. 机械设计型专家系统具有的特殊困难
a) 大的决策空间 b) 机械设计的多目标性及解的不一致性 c) 机械设计知识的多样性、病态结构及其模糊性
d) 设计变量、设计子任务和设计目标的相关性 e) 接口技术的综合性
第十页，编辑于星期日：十点 二十九分。
10.1.4 专家系统实例——“动物识别”专家系统
10.1.3 机械设计型专家系统的特点
机械设计的决策： ① 设计过程决策 即决定下一步应该做什么，如是材料选 择还是应力计算，即决定设计步骤； ② 技术过程决策 即对某个具体技术问题在记过某些分析、计
算或比较后，决定是否可以接受，例如材料、几何形状、结构大小、 加工工艺等；
③ 评价性决策 即对整个设计进行综合评价，确定可接受的标 准，并在满足所有约束条件及目标要求的情况下选择一个较优的 设计。
并将这些专门知识转换为一种计算机内的储存方式。
2. 知识获取的方式 (1) 人工方式 (2) 半自动方式 (3) 全自动方式
第十八页，编辑于星期日：十点 二十九分。
3. 知识获取的主要步骤
(1) 问题识别阶段 (2) 概念化阶段
(3) 形式化阶段 (4) 实现阶段
(5) 检验阶段
第十九页，编辑于星期日：十点 二十九分。
现代控制工程专家控制系统PPT课件
第28页/共86页
12.3.2 产生式知识表示
• 产生式的形式描述及语义——巴科斯范式BNF（backus normal form）
<产生式>::=<前提> < 结论>
<前 提>::=<简单条件>|<复合条件> <结 论>::=<事实>|<操作> <复合条件>::=<简单条件>AND<简单条件>[AND<简单条件>…
• 规则库：
r1： IF r2： IF r3： IF r4： IF r5： IF r6： IF
该动物有毛发 THEN 该动物是哺乳动物 该动物有奶 THEN 该动物是哺乳动物 该动物有羽毛 THEN 该动物是鸟 该动物会飞 AND 会下蛋 THEN 该动物是鸟 该动物吃肉 THEN 该动物是食肉动物 该动物有犬齿 AND 有爪 AND 眼盯前方
5
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12.1 专家系统
12.1.1 专家系统的概念 12.1.2 专家系统的一般结构 12.1.3 实时专家系统
6
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12.1.1 专家系统的概念
1. 定义
费根鲍姆（E. A. Feigenbaum）： “专家系统是一种智能的计算机程序，它运用知识 和推理来解决只有专家才能解决的复杂问题。”
（置信度）
例如： IF 发烧 THEN 感冒 （0.6）
26
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12.3.2 产生式知识表示
3. 确定性事实性知识的产生式表示
▪ 三元组表示：（对象，属性，值）
或者：（关系，对象1，对象2） ▪ 例： 老李年龄是40岁： （Li，age，40）
《控制系统设计方法》课件
现代设计方法
最优设计法
基于最优化原理进行系统分析和 设计，如线性规划、二次规划等
。
鲁棒设计法
考虑系统的不确定性，通过鲁棒性 分析和设计提高系统的稳定性和性 能。
可靠性设计法
基于可靠性理论进行系统设计和分 析，以提高系统的可靠性和可用性 。
《控制系统设计方法 》ppt课件
目 录
• 控制系统概述 • 控制系统设计方法 • 控制系统分析 • 控制系统实现 • 控制系统应用案例
01
控制系统概述
控制系统的定义与组成
总结词
控制系统的定义
控制系统的组成
控制流程
控制系统的定义、组成和控制 流程
控制系统是一种通过反馈机制 来调节和控制系统输出，使其 达到预期目标的系统。
详细描述
工业控制系统的应用案例包括自动化生产线控制、过程控制、智能制造等领域。 这些系统通过传感器、控制器和执行器等设备，实现对生产过程的实时监测和控 制，提高生产效率和产品质量，降低能耗和减少人力成本。
航空航天控制系统应用案例
总结词
航空航天控制系统的精度和可靠性要求极高，通过先进的控制算法和技术，实现飞行器的稳定可靠运 行。
控制系统通常由控制器、受控 对象、执行器、传感器和反馈 通道等部分组成。
传感器检测受控对象的输出， 并将其反馈给控制器；控制器 根据设定值和反馈值的偏差， 通过执行器产生控制作用，调 节受控对象的输入，从而控制 其输出。
控制系统的基本类型
总结词
开环控制系统、闭环控制系统和复合控制系统的 特点和应用
设计合理的软件架构，包括主程序、中断服 务程序、任务调度程序等。
智能控制研专家控制系统
(3) 应用通用性好 包括易于开发、示例多样性、便于混合知识表示、多种推理机制（如假想推理、非 单调推理和近似推理）以及开放式的可扩充结构等。
5.1 专家系统的基本概念
1．专家系统的定义
定义5.1 专家系统
专家系统是一个智能计算机程序系统，其内部含 有大量的某个领域专家水平的知识与经验，能够利用 人类专家的知识和解决问题的方法来处理该领域问题, 以人类专家的水平完成特别困难的某一专业领域的任 务。
专家系统是一种模拟人类专家解决领域问题的计 算机程序系统。
第26页/共55页
(d) 规则模型
产生式规则的基本形式为： ＩＦ （条件） ＴＨＥＮ （操作或结论）
（5.1）
(e) 基于模型的模型
• 对于基于模型的专家系统，其知识库含有不同的模型，其中包括物理模型和心理模型 （如神经网络模型和视觉知识模型等），而且通常是定性模型。
• 这种方法能够通过离线预计算来减少在线计算，产生简化模型使之与所执行的任务 逐一匹配。
(4) 解释器（Explainator） • 解释器能够向用户解释专家系统的行为，包括解释推理结论的正确性以及系统输 出其它候选解的原因。 (5) 接口（Interface） • 接口又称界面，它能够使系统与用户进行对话，使用户能够输入必要的数据、提出 问题和了解推理过程及推理结果等。
第7页/共55页
(5.3)
E = {e1 , e2 , ... , em }为控制器输入集；
K = {k1 , k2 , ... , kn }为知识库中的经验数据与事实集；
控制系统工程设计
控制系统工程设计一、引言控制系统工程设计是指根据特定需求和目标，设计并构建能够实现自动化控制的系统。
这个过程涉及到多个关键步骤，包括需求分析、系统设计、硬件选型、软件开发等。
本文将介绍控制系统工程设计的基本步骤和常用工具。
二、需求分析在进行控制系统工程设计之前，首先需要明确需求和目标。
需求分析是控制系统设计的重要环节，其目的是确保设计满足用户的要求。
在需求分析阶段，需要明确以下几个方面的内容：1.控制目标：包括要控制的对象、控制的目标变量、控制的误差等。
2.系统约束：包括系统的响应时间、精度要求、可靠性等。
3.环境因素：包括工作环境的温度、湿度等对系统性能的要求。
4.用户需求：根据用户需求，确定系统所需要的功能和界面设计等。
需求分析的结果将作为设计和实施的基础，对于最终系统的性能和可靠性具有重要影响。
三、系统设计在需求分析的基础上，进行系统设计。
系统设计包括以下几个方面：1.系统框架设计：确定系统的基本架构，包括硬件和软件的组成部分，以及它们之间的关系和通信方式。
2.硬件选型：根据需求分析的结果，选择适合的硬件设备，包括传感器、执行器、控制器等。
3.软件开发：根据系统需求，编写相应的控制算法和程序代码，实现对系统的控制和管理。
4.系统集成：将所选硬件设备和编写的软件进行集成测试，确保系统各部分能够协同工作。
系统设计是控制系统工程设计的核心环节，其设计质量直接影响到系统的性能和可靠性。
四、硬件选型硬件选型是控制系统设计中非常重要的一环。
在硬件选型时，需要考虑以下几个因素：1.功能要求：根据系统的需求，确定所需硬件设备的功能和性能参数。
2.可靠性要求：根据系统的可靠性要求，选择具备一定可靠性的硬件设备。
3.成本因素：考虑硬件设备的成本，选择适合项目预算的设备。
4.可拓展性：在选型时需要考虑硬件设备的可拓展性，以便今后根据需要进行升级和扩展。
合理的硬件选型能够满足系统需求，并且对于系统的稳定性和可靠性具有重要影响。
智能控制之专家系统的设计
1. 题目题目一、需要对专家控制规则做出明确的设计、编写控制器程序并作解释。
已知典型二阶系统的单位阶跃响应输出曲线和误差曲线如图1所示。
假设某二阶系统的的传递函数为s25 + s 133)(2=s G ，对象采样时间为1ms ，试设计一个专家PID 控制器，根据其响应误差制定专家控制规则，以改善响应特性，并进行Matlab 仿真。
2. 专家PID 控制过程分析专家控制的实质是基于受控对象和控制规律的各种知识，并以智能的方式利用这些知识来设计控制器。
利用专家经验来设计PID 参数便构成了专家PID 控制。
(1)首先通过传递函数离散取样，采样时间间隔为1ms 。
(2)然后取PID 初始值：kp=0.6; ki=0.03; kd=0.01;(3)二阶系统阶跃过程分析如下，取阶跃信号rin （k ）=1令e(k)表示离散化的当前采样时刻的误差值，e(k-1)、e(k-2)、分别表示前一个和前两个采样时刻的误差值，则有)1()()(--=∆k e k e k e)2()1()1(---=-∆k e k e k e根据误差及其变化，对二阶系统单位阶跃响应误差曲线做如下定性分析：首先定义如下参数:误差界限，021>>M M ;其中1M 可取0.8，0.6，0.4，三值,M 2=0.1增益抑制系数，102<<k ；2k =0.5增益放大系数，11>k ；1k =2第k 次和第k-1次控制器输出)1(),(-k u k u ;ε=0.001—————任意小正实数。
Ⅰ.8.0)(>k e 时,说明误差的绝对值已经很大。
不论误差变化趋势如何，都应考虑控制器按定值0.7输出。
以达到迅速调整误差，使得误差绝对值以最大速度减小，同时避免超调。
此时，它相当于开环控制。
同理，当6.0)(>k e ，定值输出0.5；当4.0)(>k e ，定值输出0.2。
Ⅱ.当2)(0)()(M k e k e k e ≥>∆或，说明误差很大，并且在朝着误差绝对值增大方向变化，这时可以考虑由控制器实施较强的控制作用，使得误差绝对值朝减小方向变化，迅速减小误差的绝对值，控制器的输出为)()1()(1k kpe k k u k u +-= 当2)(0)()(M k e k e k e <>∆且，说明误差一般大，并且在朝着误差绝对值增大的方向变化，这时可以考虑实施一般的控制作用，扭转误差变化的趋势，使其朝误差绝对值减小的方向变化，控制器的输出为)()1()(2k kpe k k u k u +-=Ⅲ.当0)(0)1()(,0)()(=>-∆∆<∆k e k e k e k e k e 或时，即)2()1()(-<-<k e k e k e 0)(=k e 或，说明误差向着绝对值减小的方向变化或者已经达到平衡状态。
《控制系统的设计与实施作业设计方案-2023-2024学年高中通用技术苏教版》
《控制系统的设计与实施》作业设计方案第一课时一、作业设计背景随着科技的不断发展，控制系统在工业、交通、农业等各个领域中扮演着越来越重要的角色。
控制系统的设计与实施是实现自动化、提高效率的关键步骤。
因此，本作业旨在帮助学生加深对控制系统设计与实施的理解，提高解决实际问题的能力。
二、作业设计目标通过本次作业，学生应该能够：1.理解控制系统的基本原理和设计思想；2.分析不同类型的控制系统在实际中的应用；3.掌握控制系统的设计方法和实施步骤；4.运用所学知识解决实际控制问题。
三、作业设计内容1.简答题：回答控制系统的定义、分类、设计要求等问题，约200字。
2.案例分析：选取一个实际的控制系统案例，分析其设计过程、实施步骤和效果，约500字。
3.设计题目：设计一个包含传感器、执行器和控制器的简单控制系统，描述其工作原理和实现过程，约300字。
4.计算题：给定一个控制系统的传递函数，要求求解其稳定性、阶跃响应等参数，约200字。
5.实验报告：结合块状图、信号流图等工具，对一个控制系统进行仿真实验，并撰写实验报告，约400字。
四、作业设计要求1.作业字数要求在1300字以上，排版整洁，语言流畅。
2.第二课时一、课程背景《控制系统的设计与实施》是一门旨在帮助学生更好地理解控制系统原理及应用的课程。
通过本课程的学习，学生将掌握控制系统的基本概念、设计方法和实施技巧，为将来在工程领域中的实际应用打下坚实的基础。
二、作业设计目标1. 理解控制系统的基本原理和概念；2. 掌握控制系统设计和实施的方法和步骤；3. 提高学生解决实际问题的能力和实践能力。
三、作业设计内容1. 选择一个控制系统案例进行分析和研究；2. 设计一个简单的控制系统，并进行仿真实验；3. 撰写实验报告，总结设计过程和结果。
四、作业设计步骤1. 选择案例：学生可以根据自己的兴趣和实际需求选择一个控制系统案例，例如温度控制系统、水位控制系统等。
2. 系统分析：对所选择的案例进行系统性分析，包括系统的输入、输出、控制对象等。
控制系统设计PPT课件
三、系统的过渡过程和性能指标
(1)稳态性能 对于单输入单输出系统来说，在时域中稳态响
应的性能指标是稳态误差，它等于系统在典型信号 作用下，时间t趋向于无穷大时的稳态输出与参考 输入整定的希望输出之差。
对于单位反馈系统，在不同参考输入信号作用下 的系统响应的稳态误差就是：
• (2). 参量模型 • 当数学模型是采用数学方程式来描述时，
称为参量模型。参量模型按其讨论域可分 为时域模型、复数域模型和频域模型。 •
三、 数学模型的建立
建立数学模型的主要方法有： 分析法和实验法
分析法特点：方程复杂，难解算
实验法关键：测试方法和测试信号的选 择；常用测试方法有：时域法、频率 法和统计法；常用的测试信号：单位 阶跃信号
4．按系统输出的变化规律分类 (2)程序控制系统 特点：在外界条件的作用下系统的输出按预定程
序变化 这类系统的给定值是变化的，但它是一个已知的
时间函数，或按预定的规律变化。比如金属热处理的 温度控制装置、数控机床的数控程序加工，就是这类 系统的例子。
4．按系统输出的变化规律分类 (3) 随动控制系统
(Qi Qo )dt Adh
三、 数学模型的建立
• Q变、i量Q，、o得h出都只是有时间Qi和的h变为量变，量因的而关还系需式消。去考中虑间到
变化量很微小，可以近似认为Qo与h成正比，与
阀门2的阻力系数Rs成反比，即
h
Qo
和上式合并，可得：
Rs
h (Qi Rs )dt Adh
三、 数学模型的建立
随机系统、集中参数系统与分布参数系统、时变 系统与时不变系统
控制系统的综合和设计PPT课件
Aˆ P1APAˆc 0
AAˆˆ1c2,Bˆ P1BB0ˆc
其中Aˆc Rkk，即rankQc k
特征值 实部小 于零
状态反馈镇定矩阵的算法
判断(A,B)的能控性。若不完全能控，进入下一步； Step 1 若完全能控，去Step 5。
SStteepp 22 Step 3
对(A,B) 按能控性结构分解，构造变换矩阵P，计算
x& Ax Bu
y
Cx
输出反馈控制器： uFyRv
其中，v为参考输入；F为输出反馈增益矩阵； R为前馈增益矩阵。
vR
u
B
－
+
x C y
A
F
指令位置 r(t)
－
K
1 Ts 1
速度 1
s
位置 y(t)
位置反馈构成的闭环系统
输出反馈后闭环系统： x&(ABFC)xBRv yCx
闭环系统的传递函数为：
给定一个极点集合，能通过状态反馈进行配置的充 分必要条件是该极点集合包含开环系统所有不能控 极点。
状态反馈对传递函数零点的影响
0
0
A M
0
0
10 0O OO L0
1 L
L O 1 0
n2
c 1 2 L n
0
M
0 ,
1
n1
0
0
b M 0
1
G (s) c(sI A ) 1 bsn n 1 n s n 1 s 1 n 1 L L 1 s1 s 00
lk+1,…, ln；
4. 则 P l1l2Llk lk 1Lln
状态反馈下的极点配置算法
Step 1 Step 2 Step 2
《控制系统的设计与制作导学案-2023-2024学年高中通用技术地质版2019》
《控制系统的设计与制作》导学案第一课时一、导学目标：1.了解控制系统的基本原理和设计方法。
2.掌握控制系统的各种元件及其功能。
3.学习控制系统的调试和制作方法。
4.培养学生的动手能力和实践能力。
二、导学内容：1.控制系统的基本原理：控制系统是由传感器、执行器、控制器和反馈系统组成的，通过监测和调节系统的输入和输出来达到预定的控制目标。
2.控制系统的设计方法：根据系统需求和特点设计合适的控制方案，选择合适的传感器和执行器，设计控制算法。
3.控制系统的调试方法：调试控制系统时要注意根据实际情况调整参数，确保系统的稳定性和准确性。
4.控制系统的制作方法：选择合适的元件和材料，按照设计图纸进行组装和连接，进行功能测试和调试。
三、导学步骤：第一步：导入教学介绍控制系统在生活中的应用，激发学生对控制系统的兴趣和好奇心。
第二步：概念讲解1.解释控制系统的定义和组成。
2.介绍控制系统的分类和工作原理。
3.讲解控制系统的设计和制作方法。
第三步：案例分析通过案例分析控制系统的设计和制作过程，让学生了解实际操作和应用技巧。
第四步：实践操作1.学生根据设计图纸，选择合适的元件和材料，进行控制系统的组装和连接。
2.进行功能测试和调试，调整参数以保证系统的正常运行。
第五步：总结与展望总结本次学习的重点内容和要点，展望未来学习的方向和发展。
四、作业要求：设计一个简单的控制系统，包括传感器、执行器、控制器和反馈系统，描述系统的工作原理和实现方法。
五、参考资料：1.《控制系统工程导论》2.《现代控制系统设计》3.网上相关资料和教学视频六、教学评价：1.学生能够理解和掌握控制系统的基本原理和设计方法。
2.学生能够独立完成控制系统的制作和调试。
3.学生能够运用所学知识解决实际问题，提高动手实践能力和创新能力。
第二课时一、导学目的：本节课主要介绍控制系统的基本概念、设计原理和制作方法，通过本节课的学习，希望同学们能够了解控制系统的工作原理，掌握设计和制作控制系统的基本方法，为将来的工程实践打下坚实基础。
《管理信息系统》2版-第10章教材
2019/2/16
第 10 页
本讲内容
系统设计概述
《管理信息系统》 2版
系统平台设计
代码设计 输入/输出与用户界面设计 软件结构设计 数据库设计
安全设计
编写程序设计说明书和系统设计报告
2019/2/16
第 11 页
1、系统平台设计内容
《管理信息系统》 2版
信息系统平台包括硬件平台、网络平台和软件平台
学号 * * * * * * 后两位代表学生在班上的编号(小分类)。 中间两位代表专业及班级编号(中分类)， 前两位代表年级编号(大分类)， 优点：分类明确，每层之间有严格的隶属关系，容量大； 缺点：位数多。
4 3
0 0
8 1
2001 168 009
区域 城市 省区 工商管理 2001级
2019/2/16
《管理信息系统》 2版
系统是作为统一整体而存在的，因此，在系统设 计中，要从整个系统的角度进行考虑，系统的代码要 统一，设计规范要标准，传递语言要尽可能一致，对 系统的数据采集要做到数出一处、全局共享，使一次 输入得到多次利用。
2019/2/16
第7页
《管理信息系统》 2版
2· 灵活性
为保持系统的长久生命力，要求系统具有很强的 环境适应性，为此，系统应具有较好的开放性和结构的
号、产品编号、零部件及材料编号等，这一活动被称为代码设计。
代码是一组可以包含事物的类别、属性、状态等信息的符号或记号，
它可以是字符、数字、特殊符号或它们的组合。 代码以简短的符号形式代替了具体的文字说明，具有简洁、形象、便 于记忆、便于计算机识别和处理的特点。
2019/2/16
第 23 页
《管理信息系统》 2版
专家系统--专家系统的推理控制 ppt课件
则由式(2-8)可以画出如图(3)中虚线左侧部分所示的推理控 制系统的框图。
其中 GI (s) 称为推理控制器；
E (s)
称为估计器。
第10章 ES的推理控制
Inferential Control of Expert
18
Systems
推理控制部分
过程部分
R(s) + -
Gi(s)
U(s) Gp(s)
第10章 ES的推理控制
Inferential Control of Expert
2
Systems
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
对于这类过程，由于无法测量扰动量或输出量，也就无 法采用前馈补偿的办法进行扰动补偿。因此，采用APC是解决 这类实际问题非常有效的办法。
第10章 ES的推理控制
Inferential Control of Expert
5
Systems
推理控制系统
3）对于输出可测、扰动不可测的过程，可以采用降维状态 观测器，先估计出扰动量d（不可测），然后根据扰动的估 计值进行前馈控制。 4）对于扰动和输出均不可测的过程，不得不采用控制二次 输出的方法，间接地对过程的主要输出进行控制。
推理控制系统
图1各部分的作用如下：
R(s)为过程的设定值 Y(s)为过程的主要输出 Ys(s)为过程的二次输出 Gp(s)和 Gps(s)为控制通道的传递函数 A(s)和B(s)为扰动通道的传递函数 D(s)为过程的不可测扰动
《控制系统的设计与实施作业设计方案-2023-2024学年高中通用技术苏教版》
《控制系统的设计与实施》作业设计方案第一课时一、作业目的：本次作业旨在帮助学生加深对控制系统设计与实施的理解，培养学生分析和解决问题的能力，提高学生的实践能力和创新能力。
二、作业要求：1. 学生需选择一个实际场景，设计一个包括传感器、控制器和执行器的控制系统，并进行模拟实验。
2. 学生需撰写控制系统设计与实施的报告，包括设计思路、系统框图、控制算法、实验结果和结论等。
三、作业步骤：1. 确定实际场景：学生可以选择一个感兴趣的场景，例如智能家居控制、工业生产线控制、智能农业控制等。
2. 设计系统框图：根据所选场景，设计传感器、控制器和执行器之间的连接关系，并画出系统框图。
3. 编写控制算法：学生需根据所选场景和系统框图，编写相应的控制算法，实现系统的自动控制。
4. 进行模拟实验：利用Matlab等仿真软件，进行控制系统的模拟实验，验证设计的控制算法的有效性。
5. 撰写实验报告：根据模拟实验结果，撰写详细的实验报告，包括设计思路、系统框图、控制算法、实验结果和结论等内容。
四、评分标准：1. 设计完整性：系统框图清晰、传感器、控制器和执行器的选择合理、控制算法完善。
2. 操作实践能力：能够独立完成控制系统的设计与实施，具有一定的实践能力。
3. 报告书写规范：实验报告结构清晰、内容详实、语言流畅、表达准确。
五、作业提交要求：1. 实验报告纸质版一份，电子版一份；2. 实验报告应在规定的时间内提交。
六、参考资料：1. 《现代控制理论与应用》2. 《控制工程基础与应用》以上是本次《控制系统的设计与实施》作业设计方案，希望同学们能够认真完成，提高自身能力和水平。
祝各位同学成功！第二课时一、作业目的本次作业的目的是让学生通过设计和实施一个控制系统来加深对控制系统原理和实践的理解，提高实践操作能力和创新意识。
二、作业内容1. 选择一个实际场景，设计一个控制系统的方案。
场景可以是一个小型机械装置、一个温室控制系统、一个家用电器控制系统等。
《控制系统的设计与制作导学案-2023-2024学年高中通用技术地质版2019》
《控制系统的设计与制作》导学案第一课时一、导学目标：1. 了解控制系统的基本原理和设计流程；2. 精通控制系统的各种设计方法和技术；3. 进修控制系统的制作过程和实际应用。
二、导学内容：1. 控制系统的基本观点- 什么是控制系统？- 控制系统的组成和作用原理是什么？- 控制系统的分类和应用领域有哪些？2. 控制系统的设计流程- 控制系统设计的基本步骤是什么？- 如何选择合适的传感器、执行器和控制器？- 如何进行系统建模和仿真？3. 控制系统的设计方法和技术- PID控制器的原理和调参方法；- 模糊控制和神经网络控制的优缺点；- 自适应控制和模型猜测控制的应用范围。
4. 控制系统的制作过程和实际应用- 控制系统的硬件设计和软件编程；- 控制系统的调试和优化；- 控制系统在机械、电子、自动化等领域的实际应用案例。
三、导学任务：1. 阅读相关教材和资料，了解控制系统的基本观点和设计流程；2. 独立完成一个小型控制系统的设计和制作，包括系统建模、硬件设计、软件编程和实际调试；3. 查阅相关文献和案例，了解控制系统在不同领域的应用状况；4. 撰写一份控制系统设计与制作实践报告，总结阅历和教训。
四、导学评判：1. 考察同砚对控制系统基本观点和设计流程的理解水平；2. 考察同砚精通控制系统设计方法和技术的能力；3. 考察同砚独立完成控制系统设计与制作的实际操作能力；4. 评判同砚的实践报告撰写能力和总结能力。
五、导学延伸：1. 参与相关学术会议和竞争，拓展控制系统设计与制作的实践阅历；2. 进一步进修控制系统的高级理论和技术，提升专业水平；3. 参与相关项目和探究，探究控制系统在将来的应用前景。
六、导学反思：本导学案旨在援助同砚全面了解控制系统的设计与制作过程，培育同砚的实践能力和创新认识。
通过实际操作和实践阅历的积累，同砚将能够更好地应用所学知识，解决实际问题，为将来的职业进步打下坚实基础。
期望同砚在进修过程中能够勤勉对待每一个导学任务，不息提升自己的专业能力和综合素养。
智能控制基础-专家控制系统
规划型：根据给定目标拟订行动计划；
设计型：根据给定要求形成所需方案和图样；
监测型：完成实时监测任务；
控制型：完成实时控制任务；
教育型：诊断型和调试型的组合，用于教学和培训；
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智能控制 基础
6.1.3 专家系统的特点与分类
控制型专家系统
控制型专家系统能够自适应地管理一个受控对 象或客体的全面行为，使之满足预期要求。
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智能控制 基础
6.1.3 专家系统的特点与分类
（6）具有交互性 专家系统一般都是交互式的，一方面与专家对话获
取知识，另一方面与用户对话以索取求解问题时所需的已 知事实以及回答用户的询问。
这种交互式方式体现在友好的界面、功能智能化和 操作自然化等方面。
（7）具有一定的复杂性和难度
专家系统拥有知识，可以运用知识进行推理，模拟人 类的思维过程。
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智能控制 基础
6.1.3 专家系统的特点与分类
2．专家系统的分类
基于逻辑的专家系统
按照知识表示 技术分类
基于规则的专家系统 基于语义网络的专家系统
基于框架的专家系统
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智能控制 基础
6.1.3 专家系统的特点与分类
2．专家系统的分类
按照应用 领域分类
医疗诊断和咨询专家系统 气象预报专家系统 工业专家系统 农业专家系统 法律专家系统 教育专家系统 地质勘探专家系统 军事专家系统 化学分析专家系统 经济专家系统
3.形式化过程中 根据在概念化期间分离的重要概念、子问题及信息
流特性，选择适当的知识工程工具，把它们映射为以该 知识工程工具或语言表示的标准形式。
4. 实现过程中
把前一阶段形式化的知识映射到与该问题选择的 工具相联系的表达格式中。
《控制系统的设计与制作导学案-2023-2024学年高中通用技术地质版2019》
《控制系统的设计与制作》导学案导学目标：1. 了解控制系统的基本观点和原理；2. 掌握控制系统的设计和制作方法；3. 能够运用所学知识设计和制作简单的控制系统。
导学内容：1. 控制系统的定义和分类；2. 控制系统的基本原理；3. 控制系统的设计步骤；4. 控制系统的制作方法；5. 案例分析和实践操作。
导学步骤：第一步：导入控制系统是摩登工程技术中的重要组成部分，它可以实现自动化控制，提高生产效率和质量。
本节课将进修控制系统的设计和制作方法，让我们一起来探索吧！第二步：观点讲解1. 控制系统是什么？控制系统是指通过对被控对象的监测和调节，使其输出符合要求的系统。
根据控制方式的不同，控制系统可以分为开环控制系统和闭环控制系统。
2. 控制系统的基本原理控制系统的基本原理是通过传感器采集被控对象的信息，经过控制器的处理，再通过执行器对被控对象进行调节，以达到控制的目标。
第三步：设计步骤1. 确定被控对象和控制要求；2. 选择传感器和执行器；3. 设计控制器的算法；4. 搭建控制系统的硬件结构；5. 调试和优化控制系统。
第四步：制作方法1. 搭建硬件平台，包括传感器、执行器和控制器；2. 编写控制程序，实现控制算法；3. 调试系统，验证控制效果；4. 优化系统，提高系统性能。
第五步：案例分析和实践操作1. 案例分析：以小车避障控制系统为例，介绍控制系统的设计和制作过程；2. 实践操作：学生们将分组设计和制作一个简单的控制系统，如温度控制系统或光敏控制系统，并进行实验验证。
总结：通过本节课的进修，我们了解了控制系统的基本观点和原理，掌握了控制系统的设计和制作方法。
希望同砚们能够在实践中不息提升自己的控制技能，为将来的工程项目打下坚实的基础。
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所谓的专家控制，是指将专家系统的理 论和技术与控制理论方法和技术相结合，仿 效专家的智能，实现对较为复杂问题的控制。
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第10章 专家控制系统设计
10.1 专家控制系统的知识表示
知识表示就是知识的形式化，就是研究用机 器表示知识的可行的、有效的、通用的原则和方 法。目前常用的知识表示方法有：语义网络法、 产生式规则、框架表示法、与或图法、过程表示 法、黑板结构、Petri网络法、神经网络等。
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第10章 专家控制系统设计
框架的一般形式是： （<框架名>） （<槽1>）（<侧面1>）（<值1>） （<值2>） ┇） （<侧面2>）（<值1>） （<值2>） ┇） ┇） （<槽2>）（<侧面1>）（<值1>） （<值2>） ┇） （<侧面2>）（<值1>） （<值2>） ┇） ┇） ┇）
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第10章 专家控制系统设计
(1) 匹配 把数据库和规则的条件部分相匹配。如果 两者完全匹配，则把这条规则称为触发规则 当按规 则的操作部分去执行时，把这条规则称为被启用规 则。被触发的规则不一定总是被启用的规则。因为 可能同时有几条规则的条件部分被满足。
(2) 冲突解决 当有一个以上的规则条件部分和当前 数据库相匹配时，就需要决定首先使用哪一规则， 这称为冲突解决。
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第10章 专家控制系统设计
框架表示法有以下特点： (1) 结构性 它善于表达结构性知识， (2) 统一性 框架把各种类型的知识用相同的数据结 构表示，所以框架式可以适合作为知识的统一表示 模型。
(3) 经济性 由于采用层次知识表示，因此下层框架 可以继承上层框架的槽性，而且可以补充、修改， 减少了知识的冗余，具有很好的经济性。
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第10章 专家控制系统设计
框架表示法也是一种结构化知识表示法，它 适合描述比较复杂的状态。框架的顶层是框架名， 用以指称某个概念、对象或事件，其下层由若干 个称为槽的结构组成，每个槽都由槽名和槽值这 两部分组成。对于一个比较复杂一些的框架，槽 还可以分为若干侧面，每个侧面由侧面名和侧面 值组成无论是槽值或者侧面值，一般都事先规定 了赋值的约束条件，只有满足条件的值才能填进 去。
(4)自然性框架表示体现了人们在观察事物时的思维 活动，自然给出一个简洁的构造，学者很好理解掌 握。
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第10章 专家控制系统设计
其缺点如下：
(1) 不善于表达过程性知识，因此，人们往 往与产生式表示法结合起来使用，使其起 到互补的效果。
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第10章 专家控制系统设计
10.1.1 产生规则表示法
由规则形式表示知识构成的知识库称为规则库， 由规则库构成的系统称为产生式系统。因此，产生 式规则表示法也常被称为产生式表示法。 通常，产生式系统包含3个基本组成部分。
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第10章 专家控制系统设计
1．规则库
该库存放了若干规则，每条产生式规则是一个以 “如果满足这个条件，就应当采取这个操作”形式 表示的语句，各条规则之间相互作用不大。产生式 规则的一般形式为“条件→行动”或“前提→结 论”，即用“IF THEN”语句表示一个知识项。 在产生式系统的执行过程中，如果一条规则的条 件部分都被满足，那么，这条规则就可以被应用， 即系统的控制部分可以执行规则的操作部分。
(4) 有效性 可表示精确和不精确知识。
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第10章 专家控制系统设计
不足之处： (1) 效率不高 由于规则库每条规则的独立性，当 知识库比较大时，搜索效率变低。在求解复杂问 题时容易引起“组合爆炸”。 (2) 能力局限 对于一些结构性知识，规则式表示 效率就很低。
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第10章 专家控制系统设计
10.1.2 语义网络表示法
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第10章 专家控制系统设计
缺点：
(1) 缺乏推理的严格性，在推理过程中，必须有 语义联系的意义。对对象性质的可继承性必须有 非常清晰的认识，否则将会引出错误的结论。 (2) 不便于表达深层知识，如与时间有关的动态 知识等。
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第10章 专家控制系统设计
10.1.3 框架表示法
人们对现实世界中各种事物的认识都是以某种类 似于框架的结构存储在人脑中的，当面临新事物 时，就从脑中取出一个近似的框架来进行匹配， 如能匹配成功，就得到了对此事物的认识；如果 匹配不成功，则寻找原因，重新取一个更能与新 事物匹配的框架，或者根据实际情况对最相近的 框架进行修改、补充，从而形成新的认识。
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第10章 专家控制系统设计
2．数据库 数据库是产生式规则的中心，每个产生式的左 边表示在启用这一规则之前数据库内必须准备好 的条件。执行产生式规则的操作会引起数据库的 变化，这就使得其它产生式10章 专家控制系统设计
3．控制器
其作用是说明下一步应该选用什么规则，也 就是如何运用规则。通常从选择规则到执行 规则分成三步：匹配、冲突解决和操作。
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第10章 专家控制系统设计
语义网络表示方法的特点： (1) 结构性 能把各种事物有机联系起来，比较正 确地反映了人类对客观事物的本质认识。 (2) 联想性 作为人类联想记忆模型，它着重于表 达知识的语义关系，体现了联想思维过程。 (3) 信息共享 下层节点可以共享上层节点的某些 属性。
(4) 自然性 它是一个有向图，直观地描述了事物 之间的关系，符合人的习惯。
语义网络是通过概念及其相互间语义关系，图解 表示知识网络。其中，结点表示事物或事件的概 念，结点间用弧线连接，弧上有标记说明语义关 系。另外，结点可以是变量，通过增加中间结点 可以使语义网络表示多元关系。基于语义网络的 最简单的推理是通过继承关系得到结点事物的属 性值。
语义网络的推理过程主要有两种：一种是继承， 另外一种是匹配。
(3) 操作 操作就是执行规则的操作部分经过操作以 后，当前数据库将被修改。然后，其他的规则有可 能被使用。
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第10章 专家控制系统设计
规则式表示法的特点： (1) 自然性 与人的思维相似，容易理解，便于人 机交换信息。 (2) 独立性 每一条规则为一基本知识单元，规则 之间不互相调用、修改，且增删方便，知识库容 易扩充和完善。 (3) 一致性 固定格式，易于设计、控制。