《智能控制原理与应用》第一章 概论
高中通用技术《智能控制技术的原理与应用》说课稿
高中通用技术《智能控制技术的原理与应用》说课稿一、说课目标本节课的主要目标是介绍智能控制技术的原理和应用。
通过研究本节课的内容，学生将了解智能控制技术的基本原理，掌握智能控制系统的结构和工作原理，以及了解智能控制在实际应用中的重要性。
二、说课内容1. 智能控制技术基础概念的介绍- 了解智能控制技术的定义和发展历程- 掌握智能控制系统的基本组成和分类2. 智能控制技术的原理讲解- 介绍智能控制技术的工作原理和基本原则- 解释智能控制技术中的传感器、执行器、控制器等关键部件的作用和工作流程3. 智能控制技术的应用案例分析- 分析智能控制技术在家庭自动化、工业生产等领域的应用案例- 探讨智能控制技术对社会和生活的影响和意义三、说课重点和难点本节课的重点是研究智能控制技术的原理和应用案例，重点理解智能控制的工作原理和关键组成部分的功能。
难点是在智能控制技术原理的讲解中，确保学生能够理解抽象的概念和技术原则。
四、教学方法和学情分析本节课采用讲授结合案例分析的教学方法。
通过讲解智能控制技术的原理和基本概念，激发学生的兴趣和好奇心，然后通过案例分析让学生更好地理解智能控制技术的应用。
根据学生的学情分析，大部分学生对智能控制技术还不太了解，但他们对现代科技产品和智能化生活感兴趣。
通过将抽象的概念与实际案例相结合，可以提高学生的研究兴趣和理解能力。
五、教学步骤1. 导入：通过引入一则智能产品的新闻或视频引发学生的兴趣，并提出对应的问题。
2. 介绍智能控制技术的基本概念和发展历程。
3. 讲解智能控制技术的原理和基本原则，包括关键组成部分的作用和工作流程。
4. 展示智能控制技术的应用案例，并引导学生分析案例中智能控制的原理和优势。
5. 小结与反思：对本节课的内容进行小结，并对学生提出的问题进行回答和解释。
六、教学资源1. PPT课件：包含了本节课的重点内容和案例分析。
2. 实物展示：准备一些智能产品的实物或图片，以便更好地让学生理解智能控制技术。
智能控制课件-第一章
神经网络控制是从机理上对人脑生理系统进行简单结构
模拟的一种新兴智能控制方法。神经网络具有并行机制、模
式识别、记忆和自学习能力的特点，它能充分逼近任意复杂
的非线性系统，能够学习与适应不确定系统的动态特性，有
很强的鲁棒性和容错性等，因此，神经网络控制在控制领域
有广泛的应用。
神经网络的研究已经有几十年的历史。 1943年McCulloch和Pitts提出了神经元数学模型； 1949年D.O.Hebb提出了调整神经网络连接权的规则，称之为
三 智能控制的发展
智能控制是自动控制发展的最新阶段，主要用于解决传 统控制难以解决的复杂系统的控制问题。控制科学的发展过 程如图1-2所示。
智能控制 自学习控制 自适应控制 鲁棒控制 随机控制 最优控制 确定性反馈控制 开环控制
图1-2 控制科学的发展过程
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。
在生产实践中，复杂控制问题可通过熟练操作人员的 经验和控制理论相结合去解决，由此产生了智能控制。智 能控制将控制理论的方法和人工智能技术灵活地结合起来， 其控制方法适应于对象的复杂性和不确定性。
智能控制的研究对象
1 不确定性模型的控制 (a) 模型未知或知之甚少;
(b) 模型结构和参数可能在很大范围内变化
1963年, 美国的Lofti Zadeh与C. Desoer 发表Linear Systems - A State Space Approach。1965年，Zadeh提出模糊集 合和模糊控制概念
模糊控制的发展可分为三个阶段：
《智能控制》课程笔记
《智能控制》课程笔记第一章绪论1.1 智能控制的产生和发展智能控制是随着科技的发展而逐渐兴起的一个领域，它是自动控制理论的重要组成部分。
智能控制的概念最早可以追溯到20世纪60年代，当时人工智能、模式识别、系统辨识等领域的研究成果为智能控制的发展奠定了基础。
进入20世纪70年代，随着计算机技术的飞速发展，智能控制得到了迅速推广和应用。
20世纪80年代以来，智能控制已成为自动控制领域的研究热点，并在许多领域取得了显著成果。
智能控制的发展受到了许多领域的推动，如计算机科学、人工智能、自动控制、电子学、生物学等。
这些领域的研究成果为智能控制的理论和方法提供了丰富的素材。
目前，智能控制已在工业生产、交通运输、生物医学、能源等领域得到了广泛应用。
1.2 智能控制的定义和特点智能控制是指采用人工智能、模式识别、系统辨识等技术，对复杂系统进行建模、分析、设计和控制的方法。
智能控制的特点主要包括：1. 自适应性：智能控制系统能够根据环境和任务的变化，自动调整控制策略，实现最优控制。
2. 鲁棒性：智能控制系统具有较强的鲁棒性，能够在一定范围内适应不确定性和外部干扰。
3. 学习能力：智能控制系统能够通过学习，不断优化控制策略，提高控制性能。
4. 解释能力：智能控制系统能够对控制结果进行解释，为用户提供决策支持。
5. 实时性：智能控制系统能够在实时环境下运行，满足实时性要求。
1.3 智能控制的研究内容智能控制的研究内容主要包括以下几个方面：1. 智能控制理论：研究智能控制的基本原理和方法，包括人工智能、模式识别、系统辨识等。
2. 智能控制器设计：研究如何设计智能控制器，实现复杂系统的稳定、高效运行。
3. 智能控制应用：研究智能控制在各个领域的应用，如工业生产、交通运输、生物医学等。
4. 智能控制仿真与实验：利用计算机仿真和实验手段，验证智能控制理论和方法的有效性。
5. 智能控制与其他学科的交叉研究：探讨智能控制与生物学、心理学、经济学等学科的交叉研究，为智能控制的发展提供新的思路和方法。
智能控制原理与应用
智能控制原理与应用智能控制是指利用计算机、人工智能、模糊逻辑、神经网络等技术，对被控对象进行智能化控制的一种方法。
它是现代控制理论的重要组成部分，也是自动控制领域的前沿技术之一。
智能控制的发展，为工业生产、科研实验、生活服务等领域带来了巨大的便利和效益。
智能控制的原理主要包括感知、推理、决策和执行四个基本环节。
感知是指系统对外部环境进行感知和获取信息；推理是指系统根据感知到的信息进行分析和推理，形成对环境的认识和理解；决策是指系统根据推理的结果，制定相应的控制策略和方案；执行是指系统根据决策结果，对被控对象进行相应的控制操作。
这四个环节相互作用，构成了智能控制的基本原理。
智能控制的应用非常广泛，涉及工业控制、航空航天、机器人、智能交通、智能家居等多个领域。
在工业控制方面，智能控制可以实现对生产过程的自动化和智能化管理，提高生产效率和产品质量；在航空航天领域，智能控制可以实现飞行器的自主导航和飞行控制，提高飞行安全性和准确性；在机器人领域，智能控制可以实现对机器人的智能化操作和控制，扩大机器人的应用范围和功能；在智能交通领域，智能控制可以实现对交通信号灯、智能交通系统的智能化控制，提高交通运输效率和安全性；在智能家居领域，智能控制可以实现对家居设备的自动化控制和智能化管理，提高家居生活的舒适性和便利性。
随着信息技术和人工智能技术的不断发展，智能控制将会在更多的领域得到应用和推广。
未来，智能控制将成为自动化控制领域的主流技术，为人类社会的发展和进步提供更多的可能性和机遇。
总的来说，智能控制原理和应用是一个十分重要的话题，它涉及到自动化控制领域的前沿技术和发展趋势，对于提高生产效率、改善生活质量、推动科学技术进步具有重要的意义。
希望通过本文的介绍，读者能对智能控制有一个更加全面和深入的了解，为相关领域的研究和应用提供一定的参考和借鉴。
智能控制理论及其应用-第一章概述
1.2 智能控制的产生及其发展
（3）智能控制的发展
国际智能自动化学会(International Society Of Intelligent Automation，简称ISIA) 筹委会主席是模糊数学与模糊系统 的创始人L．A．Zadeh教授。筹委会第一次会议已于1995 年10月在加拿大温哥华召开。她的成立将在世界范围内对于 推动智能自动化的研究起到促进作用。 我国也十分重视智能控制理论和应用的研究。1993年在 北京召开了“全球华人智能控制与智能自动化大会”，1994年 在北京和沈阳召开了智能控制两个学术会议，1995年中国智 能自动化学术会议暨智能自动化专业委员会成立大会在天津 召开。
1.2 智能控制的产生及其发展
（1）智能控制的孕育
1966年，Mendel进一步在空间飞行器的学习控制系统 中应用了人工智能技术，并提出了“人工智能控制”的概 念。 1967年，Leondes和Mendel首先正式使用“智能控制” 一词，并把记忆、目标分解等一些简单的人工智能技术用 于学习控制系统，提高了系统处理不确定性问题的能力。 这就标志着智能控制的思想已经萌芽。
1.3 传统控制与智能控制
智能控制的产生来源于被控系统的高度复杂性、高度不 确定性及人们要求越来越高的控制性能，可以概括为，智能 控制是“三高三性”的产物，它的创立和发展需要对当代多种 前沿学科、多种先进技术和多种科学方法，加以高度综合和 利用。 因此，智能控制无疑是控制理论发展的高级阶段。
1.4 智能控制理论的主要特征
1.2 智能控制的产生及其发展
（3）智能控制的发展
美国《IEEE控制系统》杂志1991、1993～1995年多次发 表《智能控制专辑》，英国《国际控制》杂志1992年也发表了 《智能控制专辑》，日文《计测与控制》杂志1994年发表了 《智能系统特集》，德文《电子学》杂志自1991年以来连续发 表多篇模糊逻辑控制和神经网络方面的论文；俄文《自动化与 遥控技术》杂志1994年也发表了自适应控制的人工智能基础及 神经网络方面的研究论文。 如果说智能控制在80年代的应用和研究主要是面向工业过 程控制，那么90年代，智能控制的应用已经扩大到面向军事、 高技术领域和日用家电产品等领域。今天，“智能性”已经成为 衡量“产品”和“技术”高低的标准。
智能控制理论及应用复习
智能控制理论及应用第1章绪论■《智能控制》在自动化课程体系中的位置《智能控制》是一门控制理论课程，研究如何运用人工智能的方法来构造控制系统和设计控制器。
与《自动控制原理》和《现代控制原理》一起构成了自动控制课程体系的理论基础。
■《智能控制》在控制理论中的位置《智能控制》是目前控制理论的最高级形式，代表了控制理论的发展趋势，能有效地处理复杂的控制问题。
其相关技术可以推广应用于控制之外的领域：金融、管理、土木、设计等等。
■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。
■智能控制与传统控制的特点。
传统控制：经典反馈控制和现代理论控制。
它们的主要特征是基于精确的系统数学模型的控制。
适于解决线性、时不变等相对简单的控制问题。
智能控制：以上问题用智能的方法同样可以解决。
智能控制是对传统控制理论的发展，传统控制是智能控制的一个组成部分，在这个意义下，两者可以统一在智能控制的框架下。
■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■自动控制的发展过程■智能控制系统的结构一般有哪几部分组成，它们之间存在什么关系？答：智能控制系统的基本结构一般由三个部分组成：人工智能（AI）：是一个知识处理系统，具有记忆、学习、信息处理、形式语言、启发式推理等功能。
智能控制技术的原理和应用
智能控制技术的原理和应用前言随着科学技术的不断发展，智能控制技术作为一种新型控制技术，已经广泛应用于各个领域，包括家庭、工业、医疗、军事等。
本文将从智能控制技术的基本原理入手，简要介绍智能控制技术的应用领域以及未来发展趋势。
智能控制技术的基本原理智能控制技术是一种利用先进电子技术和信息技术，通过集成电路和计算机技术实现的一种控制方式，可以对各种生产和生活过程进行实时监测和控制。
利用先进的传感技术和信号处理技术，智能控制技术可以实现对各种环境参数的实时检测和分析，从而对控制系统进行智能化调整和优化，提高控制质量和效率。
智能控制技术的核心是控制器，控制器是整个系统的核心，它将传感器所采集的数据通过数据总线传到控制器内，根据预先设定的逻辑控制规则进行分析和处理，并向执行器发出指令，从而实现对被控对象的控制。
智能控制技术的发展已经不仅仅是简单的控制算法，更多的是将人工智能算法、大数据、物联网等技术与控制结合起来，发挥出更加强大的作用。
智能控制技术的应用领域在工业领域，智能控制技术可以应用于自动化控制、智能制造等领域，如汽车工厂、浴室工厂等，通过智能控制技术实现对机械装置、流水线等生产设备进行实时监控和调整。
在农业领域，智能控制技术也可以应用于农业设备的自动化控制和智能化管理，大大提高了农业生产效率。
例如，利用智能控制技术可以实现喷灌一体化设备的自动化控制、根据实际地理环境和气象条件进行配合计划的制定等等。
在智能家居领域，智能控制技术为人们的家居生活带来了极大的便利。
例如，可以通过智能家居控制系统实现安全监控、智能照明、智能卫浴等智能化服务。
在医疗领域，智能控制技术可以应用于手术机器人、医疗设备等的自动化控制，帮助医生更好地进行手术和治疗。
未来发展趋势未来智能控制技术的发展方向将更加注重智能化、机器学习技术的应用和人工智能系统的建立等方面。
同时，智能控制技术与物联网技术、大数据技术、云计算等新兴技术相结合，将更加深入地推动人类社会的智能化进程。
智能控制-第一章 概论
• 为研究这类系统提出并遵循的一些假设在应用中与实际不符。
2. 自动控制面临挑战的原因
• 科学技术间的相互影响和相互促进； • 当前和未来应用的需求； • 基本概念和时代思潮发展水平的推动。
3. 自动控制工作者面临挑战的任务
定义1.16
智能控制系统
1.3 定义、特点与一般结构
用于驱动自主智能机器以实现其目标而无需操作人员干预 的系统叫智能控制系统。智能控制系统的理论基础是人工智能、 控制论、运筹学和信息论等学科的交叉。
4、物理符号系统3个推论
推论一 既然人具有智能，那么他(她)就一定是个物理符号系统。 人之所以能够表现出智能，就是基于他的信息处理过程。
推论二 既然计算机是一个物理符号系统，它就一定能够表现出智
能。这是人工智能的基本条件。 推论三 既然人是一个物理符号系统，计算机也是一个物理符号系
统，那么就能够用计算机来模拟人的活动。
1.1 人工智能
1.1.2 人类智能与人工智能
思维策略 计算机程序 计算机语言 计算机硬件
• 人是一种智能信息处理系统 • 物理符号系统的六种基本功能 • 物理符号系统的假设
– 推论一 – 推论二 – 推论三
初级信息处理 生理过程
图1.1
人类认知活动与计算机的比较
1、符号处理系统的六种基本功能 信息处理系统又叫符号操作系统(Symbol Operation System)或物理 符号系统(Physical Symbol System)。所谓符号就是模式(pattern)。 一个完善的符号系统应具有下列6种基本功能： (1)输入符号(input)； (2)输出符号(output); (3)存储符号(store); (4)复制符号(copy); (5)建立符号结构：通过找出各符号间的关系，在符号系统中形成符 号结构； (6)条件性迁移(conditional transfer):根据已有符号，继续完成活 动过程。
智能控制（研究生）习题集
习题集第一章概论1.试从学科和能力两个方面说明什么是人工智能。
2.哪些思想、思潮、时间和人物在人工智能发展过程中起了重要作用?3.近年来人工智能研究取得哪些重要进展?4.为什么能够用计算机模拟人类智能?5.目前人工智能学界有哪些学派?它们的认知观为何?6.自动控制存在什么机遇与挑战?为什么要提出智能控制?7.简述智能控制的发展过程,并说明人工智能对自动控制的影响。
8.傅京孙对智能控制有哪些贡献?9.什么是智能控制?它具有哪些特点?10.智能控制器的一般结构和各部分的作用为何?它与传统控制器有何异同?11.智能控制学科有哪几种结构理论?这些理论的内容是什么?12.为什么要把信息论引入智能控制学科结构?13.人工智能不同学派的思想在智能控制上有何反映?第二章知识表示方法1.状态空间法、问题归约法、谓词逻辑法和语义网络法的要点是什么?它们有何本质上的联系及异同点?2.设有3个传教士和3个野人来到河边,打算乘一只船从右岸渡到左岸去。
该船的负载能力为两人。
在任何时候,如果野人人数超过传教士人数,那么野人就会把传教士吃掉。
他们怎样才能用这条船安全地把所有人都渡过河去?3.利用下图,用状态空间法规划一个最短的旅行路程:此旅程从城市A开始,访问其他城市不多于一次,并返回A。
选择一个状态表示,表示出所求得的状态空间的节点及弧线,标出适当的代价,并指明图中从起始节点到目标节点的最佳路径。
4.试说明怎样把一棵与或解树用来表达下图所示的电网络阻抗的计算。
单独的R、L或C可分别用R、jωL或1/jωC来计算,这个事实用作本原问题。
后继算符应以复合并联和串联阻抗的规则为基础。
5.试用四元数列结构表示四圆盘梵塔问题,并画出求解该问题的与或图。
6.用谓词演算公式表示下列英文句子(多用而不是省用不同谓词和项。
例如不要用单一的谓词字母来表示每个句子)。
A computer system is intelligent if it can perform a task which,if performed by a human, requires intelligence.7.把下列语句表示成语义网络描述:(1)All man are mortal.(2)Every cloud has a silver lining.(3)All branch managers of DEC participate in a profit-sharing plan.8.作为一个电影观众,请你编写一个去电影院看电影的剧本。
智能控制第1讲 智能控制概论
Data, Information, Knowledge, IntelligenceIntelligence Knowledge Information Data房间温度高 解决温度 高的办法温度高原因通风量不足增大通风量房间温度 32℃理想温度 23℃Data, Information, Knowledge, IntelligenceIntelligence KnowledgeInformation Data传统控制面临的挑战 实际系统由于存在复杂性、非线性、时变 性、不确定性和不完全性等，一般无法获得精 确的数学模型。
应用传统控制理论进行控制必须提出并遵循 一些比较苛刻的线性化假设，而这些假设在应 用中往往与实际情况不相吻合。
传统控制面临的挑战 传统控制方法在解决大范围变工况、异常 工况等问题方面往往不尽人意。
环境和被控对象的未知和不确定性，导致无 法建立模型。
9 传统控制往往不能满足某些系统的性能要 求。
控制科学发展过程进展方向最优控制 确定性反馈控制 开环控制 智能控制 自学习控制自组织控制 自适应控制 鲁棒控制 随机控制对象的复杂性智能控制的发展¾ 1985 年 8月，IEEE在纽约召开第一届智能控制学术 研讨会，主题：智能控制原理和智能控制系统。
会议 决定在 IEEE CSS 下设 IEEE 智能控制专业委员会。
这 标志着智能控制这一新兴学科研究领域的正式诞生。
¾ 1987 年 1 月 ， 美 国 费 城 ， 第 一 次 智 能 控 制 国 际 会 议，IEEE CSS与CS两学会主办； ¾ 1987 年以来，一些国际学术组织，如 IEEE 、 IFAC 等定期或不定期举办各类有关智能控制的国际学术会 议或研讨会，一定程度上反映了智能控制发展的好势 头。
智能控制的发展¾ 1991年7月，中国人工智能学会成立。
¾ 1993年7月，成都，中国人工智能学会智能机器人专 业委员会成立大会暨首届学术会议。
智能控制的原理和应用
智能控制的原理和应用1. 引言在当前人工智能技术快速发展的背景下，智能控制技术在各个领域中得到了广泛的应用。
智能控制采用先进的算法和智能化的系统，能够实现自主学习和自动决策，从而提高系统的效率和性能。
本文将介绍智能控制的基本原理及其在不同领域中的应用。
2. 智能控制的基本原理智能控制的基本原理是建立在人工智能和控制理论基础上的。
它主要包括以下几个方面：•数据获取和处理：智能控制系统通过传感器等设备获取系统的输入数据，并进行合理的处理和分析。
•数据建模和学习：系统根据获取的数据建立合适的数学模型，并在不断学习的过程中不断完善模型的性能。
•决策和控制：根据系统的目标和约束条件，智能控制系统通过优化算法或强化学习等方法进行决策，并对系统进行控制。
•反馈和调整：智能控制系统通过与环境的实时交互获取反馈信息，并根据反馈信息对控制策略进行调整。
3. 智能控制的应用领域智能控制技术已经在多个领域中得到了广泛的应用。
以下是几个应用领域的例子：3.1 智能家居智能家居是当前智能控制技术的一个重要应用领域。
智能家居系统可以通过感知设备获取家庭环境的信息，如温度、湿度等，通过学习和优化算法实现自动控制。
智能家居可以自动调节室内温度、控制照明和安防系统等，提高家居的舒适性和安全性。
3.2 自动驾驶自动驾驶技术是智能控制在交通领域的一个重要应用。
通过传感器和学习算法，自动驾驶系统可以实时感知周围环境，包括道路状况、车辆、行人等，并根据获取的数据进行决策和控制。
自动驾驶可以提高交通安全性、减少交通拥堵，并提供更便捷的出行方式。
3.3 工业自动化智能控制在工业自动化领域中也有着广泛的应用。
工业自动化系统可以通过与机器人、传感器等设备的联接，实现生产线的自动化控制。
智能控制系统可以对生产参数进行实时监控和调整，以提高生产效率和质量。
3.4 智能医疗智能控制技术在医疗领域中也有着重要的应用。
智能医疗系统可以通过传感器和智能算法实时监测患者的生理状态，并针对不同疾病提供个性化的治疗方案。
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
第一章 智能控制概论.ppt
（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 控系统的稳定。 自适应控制鲁棒控制不能克服数学模型严重的不确定性和工作 点剧烈的变化。
（3） 传统的控制系统输入信息模式单一 通常处理较简单的物理量：电量（电压、电流、阻抗）； 机
强调智能和控制的结合。
考虑更高层次上的调度、规划和管理，应把运筹学（OR） 结合进去。即：
IC AI OR AC
运筹学
• 运筹学应用科学技术和数学方法，解决 专门问题，为决策者选择最优决策提供 定量依据。
• 巧妙的数学方法：（1）规划论（2）图 与网络分析（3）排队论（4）存储论（5） 对策论（6）决策论（7）系统仿真方法
1. 20年代以反馈控制理论为代表，形成经典控制理论，著名的 控制科学家有：Black, Nyquist, Bode.
2. 随着航空航天事业的发展,50~60年代形成以多变量控制为特 征的现代控制理论,主要代表有:Kalman 的滤波器,Pontryagin 的极大值原理,Bellman 的 动态规划,和Lyapunov 的稳定性理论.
瓦特制成的世界上第一台蒸汽机
• Black:负反馈放大器
• Nyquist 、Bode：幅相频率特性图 （Nyquist图）和对数频率特性图（Bode 图）
• Kalman：卡尔曼滤波器 （最优化自回归 数据处理算法 ）
• Pontryagin （庞特里亚金）：极大值原 理
• Bellman： 动态规划
础 • 4、掌握模糊控制方法
智能控制概论
自动控制（自动化）是一门交叉学科
智能控制理论及应用PPT课件
•智能控制理论概述•智能控制基础理论•智能控制技术与方法•智能控制系统设计与实现•智能控制在工业领域应用案例•智能控制在非工业领域应用案例•智能控制发展趋势与挑战目录智能控制定义与发展定义发展历程智能控制与传统控制比较控制对象传统控制主要针对线性、时不变系统，而智能控制则面向复杂、非线性、时变系统。
控制方法传统控制主要采用基于数学模型的方法，而智能控制则运用神经网络、模糊逻辑、遗传算法等智能算法。
控制性能传统控制在稳定性和精确性方面表现较好，而智能控制则在适应性和鲁棒性方面更具优势。
航空航天智能控制可以提高飞行器的自主导航能力、实现复杂任务的自主决策和执行。
智能控制可以实现车辆的自主驾驶、交通拥堵预测、路径规划等功能。
智能家居智能控制可以实现家居设备的远程控制、语音控制、场景定制等功能。
机器人控制智能控制可以实现机器人的自主导航、路径规划、动态避障智能制造智能控制应用领域1 2 3模糊集合与隶属度函数模糊关系与模糊推理模糊控制器设计模糊数学基础神经网络基础神经元模型与神经网络结构01神经网络学习算法02神经网络在智能控制中的应用03遗传算法基础遗传算法基本原理遗传算法优化方法遗传算法在智能控制中的应用模糊控制技术模糊控制基本原理01模糊控制器设计02模糊控制应用实例03神经网络控制技术神经网络基本原理神经网络控制器设计神经网络控制应用实例遗传算法优化技术遗传算法基本原理遗传算法优化方法遗传算法优化应用实例系统需求分析明确系统控制目标和任务分析系统环境和约束确定系统性能指标系统架构设计选择合适的控制策略根据系统需求和性能指标，选择合适的控制策略，如PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
设计控制器结构根据所选控制策略，设计相应的控制器结构，包括输入、输出、算法等部分。
构建系统框架将控制器与被控对象、传感器和执行器等连接起来，构建完整的智能控制系统框架。
传感器模块控制算法模块执行器模块通信模块关键模块实现自动化生产线优化调度基于遗传算法的调度优化模糊控制在生产调度中的应用基于神经网络的调度预测01基于A*算法的路径规划02模糊逻辑在机器人导航中的应用03强化学习在机器人路径规划中的应用机器人路径规划与导航神经网络在故障预测中的应用采用神经网络对历史故障数据进行学习，预测未来可能出现的故障及其发生时间，为预防性维护提供决策支持。
智能控制 第一章 绪论
模糊控制：用计算机去执行人的控制策略 模糊控制 An Example ：模糊控制的洗衣机
传统洗衣机：指令控制
指令 清洗：10分钟 水流: 强 甩干: 5分钟
模糊控制洗衣机
把家庭主妇的智能、经验转化为自己的控制策略
衣服很脏，洗衣时间长； 衣服不太脏，洗衣时间稍短； 棉质衣服，水流稍弱； 化纤类衣服，水流稍强；
……
模糊数学
传感器
？
衣服非常脏，洗衣时间较长 衣服脏 ，洗衣时间适中 …… 衣服不太脏，洗衣时间稍短
？
执行器
模糊的概念
天气冷热
雨的大小
风的强弱
人的胖瘦
年龄大小
个子高低
传统控制方法均是建立在被控对象精确数学 模型基础上的，然而，随着系统复杂程度的提 高，将难以建立系统的精确数学模型。 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 此产生了模糊控制。
1.3 智能控制的发展
智能控制是自动控制发展的最新阶 段，主要用于解决传统控制难以解决的复 杂系统的控制问题。
控制科学的发展过程如下图所示。
进展方向
随机控制 最优控制 确定性反馈控制 开环控制
智能控制 自学习控制 自适应控制 鲁棒控制
对象的复杂性 控制科学的发展过程
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。 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；
第一章：智能控制概论 PPT课件
际应用中仍占统治地位.原因:
自动控制学科高度的交叉性、应用的广泛性; 所需数学工具难以被多数技术人员所掌握; 自动控制需要其它技术支持,如网络、计算机; 实际应用情况的复杂性、多变性、不确定性; 国内企业存在管理体制问题,技术投入力度不够.
1.1.2 传统控制理论在应用中面临的难题
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、 • 分散控制理论等.
主要用于资源管理、交通控制、环境保护等.
1.1.年代末 Zames 的 H∞ 控制方法和 80 年代的时域 结构性鲁棒控制方法为代表的鲁棒控制方法 20世纪70 年代末的非线性系统理论的几何学派和 80 年代 的代数学派 20世纪80年代开始的离散事件系统的分析、控制与综合 Moler利用Matlab软件环境进行控制系统分析
内容有:
控制科学的历史回顾 传统控制理论在应用中面临的难题 自动控制面临的挑战及其原因 “计算机科学面临工业控制应用挑战”的研究计划
1.1.1 控制科学发展的历史回顾
在科学技术发展史上,控制科学同其他技术科学一
样,它的产生与发展主要由人类的生产发展需求和 人类当时的知识与技术水平所决定.
本课程的主要内容
1. 智能控制概论
2. 模糊逻辑控制
3. 神经网络控制
4. 遗传算法控制
5. 其它智能控制
第一章 智能控制概论
目
录
自动控制的机遇与挑战 控制科学的历史回顾 传统控制理论在应用中面临的难题 自动控制面临的挑战及其原因 “计算机科学面临工业控制应用挑战”的研究计 划 智能控制的进展 自动化与人工智能 智能控制的发展
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中南大学Central South University (CSU)Intelligent Control智能控制蔡自兴肖晓明余伶俐中南大学Central South University (CSU)智能控制和AI学习网址Webs for Intelligent Control and AI智能科学与技术系网站国家精品课程《智能控制》网站The American Association for Artificial Intelligence（AAAI）AI Lab, MIT /index.php European Coordinating Committee for Artificial Intelligence (ECCAI)Journal of Artificial Intelligence Research中南大学Central South University (CSU)Textbooks教材2007版Central South University (CSU)智能控制原理与应用中南大学Central South University (CSU)中南大学Central South University (CSU)中南大学Central South University (CSU)智能控制中南大学Central South University (CSU)国际首部智 能控制系统 英文专著World Scientific （SingaporeNew Jersey）中南大学 Central South University (CSU)1997第 一 章 概论 Ch.1 Introduction教学重点 1．介绍智能控制的产生和发展过程； 2．对智能控制及其相关概念进行定义； 3．简介智能控制的特点与分类； 4．讨论智能控制的学科结构理论。
教学难点 1．如何理解智能控制的定义； 2．了解智能控制与传统自动控制间的关系； 3．深入掌握智能控制的学科结构理论，特别是智能控 制四元交集结构理论的内涵。
教学要求 着重掌握智能控制的定义，初步了解智能控制的主要系 统，重点掌握智能控制学科结构理论。
中南大学 Central South University (CSU)Ch.1 Introduction 概论 A new window to view the automatic control.智能控制采用各种智能化技术实现复杂系统和其它系统 的控制目标，是一种具有强大生命力的新型自动控制技 术，为自动控制开辟新途径。
Widely application.智能控制获得日益广泛的应用， 是历史的必然。
A new way for AC—Intelecualization.传统控制，包括反馈控制、近代控制和大系统理论等， 在应用中遇到不少难题。
实现控制系统的智能化是自动 控制解决面临的难题的方法之一。
中南大学 Central South University (CSU)问题一自动控制原理是如何 自动控制原理是如何 求解问题的？ 求解问题的？中南大学 Central South University (CSU)1.1 Advances of Intelligent Control 智能控制的进展1.1.1 Opportunity and Challenge of IC机遇与挑战传统控制理论在应用中面临的难题包括：(1) 传统控制系统的设计与分析是建立在精确的系统数学模型基础 上的，而实际系统由于存在复杂性、非线性、时变性、不确定 性和不完全性等，一般无法获得精确的数学模型。
(2) 研究这类系统时，必须提出并遵循一些比较苛刻的假设，而这 些假设在应用中往往与实际不相吻合。
(3) 对于某些复杂的和含有不确定性的对象，根本无法以传统数学 模型来表示，即无法解决建模问题。
(4) 应用要求进行创新，提出新的控制思想，进行新的集成开发， 以解决未知环境中复杂系统的控制问题。
中南大学 Central South University (CSU)1.1 Advances of Intelligent Control 1.1.1 Opportunity and Challenge of IC1986年9月，美国国家科学基金会（NSF）及电气与电子 工程师学会(IEEE)控制系统学会在加利福利亚州桑托卡拉 拉（Santa Clara）大学联合组织了一次名为“对控制的挑战” 的专题研讨会，发表了“对控制的挑战—集体的观点” (Challenge to Control: A Collective Point of View)的对自动 控制发展问题的“宣言书”。
中南大学 Central South University (CSU)面临挑战的领域面临挑战的原因(1)科学技术间的相互影响和相互促进 例如，生命科学、计算机、人工智能和互联网、 物联网等技术。
(2) 当前和未来应用的需求 例如，空间技术、海洋 工程、基因工程和机器 人技术等应用要求。
(3) 基本概念和时代思潮发展水平的推动 例如，离散事件驱动、高速信息公路、分布式系 统、网络系统、非传统模型和人工神经网络的连 接机制等。
中南大学 Central South University (CSU)面临挑战的领域控制工作者的任务* * * * 扩展视野，着力创新 采用非完全模型和非精确模型 应用离散事件驱动系统和断续系统 实现控制系统与计算机系统的结合，控制科学与 系统科学及生命科学的结合面临难题的解决途径──Intelecualization人工智能的产生和发展正在为自动控制系统的智 能化提供有力支持。
人工智能影响了许多具有不同 背景的学科，它的发展已促进自动控制向着更高的 水平── 智能控制发展。
中南大学 Central South University (CSU)1.1.2 自动化与人工智能 (Automation and AI)自动化与人工智能的关系初期的自动机器 开环控 制和单一操作。
当采用外 部反馈控制和专用程序 时，分别出现了自动化机 器和数控机器。
人工智能关注的是智能行 为，首先是那些含有复杂 性、不完全性、模糊性或 不确定性以及不存在已知 算法的非数学过程。
AI是 以知识为基础的、涉及搜 索并应用启发方法引导求 解过程，获得满意的解答。
中南大学 Central South University (CSU)问题二机器发明与人类梦想 机器发明与人类梦想 有何关系？ 有何关系？中南大学 Central South University (CSU)1.1.3 智能控制的发展(Development of Intelligent Control)向智能控制发展。
Central South University (CSU)1.1.4 智能控制学科的形成纽约召开了第一届智能控制学术讨论会。
会上集中讨论了智能控专业。
要，也是信息科学和生命科学发展的新的增长点。
1.2 Definition, Features andGeneral Architecture of IC智能控制的定义、特点与结构Intelligent Machine）能够在定形或不定形，熟悉或不熟悉的环境中自主地或交互地）的机器。
in an environment by learning autonomously or interactively.1.2 Definition, Features andGeneral Architecture of IC1.2.1Definition of IC 定义定义1.2 智能控制（Intelligent Control）Intelligent control is a process that drives the intelligent machine torealize its objective autonomously.定义1.3 智能系统（Intelligent System）A system that can drive (operate) intelligent machine to reach its goal.定义1.4 智能控制系统（Intelligent Control System）驱动智能机器自主地实现其目标而无需操作人员干预的系统。
定义1.5 Intelligence Science:A discipline that studies the essences of the human-beingintelligent behavior, simulates the intelligence of human andliving beings, and realizes various intelligent systems.中南大学Central South University (CSU)是计算机科学中涉及研究、设计和应用智能机器的一个分支。
它的近期主要目标在于研究用机器来模仿和执行人脑的某些智力功能，并开发相关理论和技术。
A branch of the computer science that deals with the是智能机器所执行的通思考、规划、学习和问题求解等思维活动。
The ability of a machine (device) to perform learning, understanding, and problem-solving.Intelligent Controller 一般结构中南大学Central South University (CSU)问题三智能控制与传统反馈 智能控制与传统反馈 控制有什么异同点？ 控制有什么异同点？中南大学 Central South University (CSU)1.3 人工智能学派理论与计算方法1.3.1 人工智能的学派理论符号主义(Symbolicism)，又称为逻辑主义(Logicism)、心 理学派(Psychlogism)或计算机学派(Computerism)，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。
连接主义(Connectionism)，又称为仿生学派(Bionicsism) 或生理学派(Physiologism)，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(Actionism)，又称进化主义(Evolutionism)或控 制论学派(Cyberneticsism)，其原理为控制论及感知-动作 型控制系统。
中南大学 Central South University (CSU)1.3.2 人工智能与智能控制的计算方法概率计算包括概率推理、贝叶斯推理、基于可信度推理、基于证 据理论推理等不确定性推理方法。