第6章 分层递阶智能控制

认知系统传统上是作为人工智能的一部分，它 主要实现类似于人的一些行为功能。 如声音识别和分析、图像和景物分析、数据库 组织、学习和高层决策等。 在控制方面，它们可用来进行运动控制和轨迹 跟踪及优化控制等。


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分层递阶智能控制系统理论

它将计算机的高层决策、系统理论中 的数学建模以及处理不精确和不完全 信息的语言学方法结合在一起，形成 了一种适合于工程需要的统一的方法。 该理论可认为是三个主要学科领域的 交叉：人工智能、运筹学和控制理论。
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分层递阶智能控制系统的结构

它由组织级，协调级和执行级三个层次组 成，并按照自上而下精确程度渐增、智能 程度逐减的原则进行功能的分配。 智能控制系统上层的作用主要是模仿人的 行为功能，因而主要是基于知识的系统。 它所实现的功能主要是对知识进行处理。


智能控制系统下层的作用是执行具体的控 制任务。它主要是对数值进行操作和运算。
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协调级的语言翻译

每个协调器均与一定的装置相联系，并将对这 些装置进行操作和数据传输。
分派器的一步可以变为 协调器的许多步，所有
协调器必须在分派器的
统一管理下协同工作。
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分派器和协调器的统一结构
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数据处理器的功能





是提供需要执行的任务的信息以及当前系统 的状态。 它分为以下三个层次的描述：任务描述、状 态描述以及数据描述。 在任务描述中，它给出来自上层的需要执行 的任务清单； 状态描述按一种比较抽象的形式给出每次任 务执行的前件和后件以及系统的状态； 数据描述则给出状态描述的具体数值。
间层，它按受从组织级传来的命令，
经过实时信息处理，产生一系列可供
执行级执行的具体动作的序列。
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协调级的原理结构

其中D是根结点， 称为分派器，C是 子结点的有限集 合，称为协调器， 每个协调器与分 派器之间均存在 双向联系，而在 协调器之间没有 直接的联系。
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分派器需具备的功能：

① 通讯功能。它能够向上层的组织级和下面 的协调级发送和接收信息。 ② 数据处理功能。它能对组织级来的命令信 息和从协调器来的反馈信息进行描述。 ③ 任务处理功能。它能对要执行的任务进行 识别，为相应的协调器选择合适的控制步骤， 以及为组织级产生必要的反馈信息。 ④ 学习能力。它能够根据任务不断执行所取 得的经验来逐渐减小决策过程的不确定性。
第6章 分层递阶智能控制 6.1 一般结构原理



为了实现规划、决策、学习等智能功能，智 能控制所实现控制的含义要比常规控制广泛 得多。 广义的控制可以定义为：驱使系统实现要求 功能的过程。 为了实现广义的控制功能，智能控制需要将 认知系统研究的结果与常规的系统控制方法 加以有机的结合。
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认知系统
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机器人分层递阶智能控制系统
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6.2 组织级

它的作用是对于给定的外部命令和任务，设法 找到能够完成该任务的子任务组合。
再将这些子任务要求送到协调级。 最后对任务执行的结果进行性能评价，同时对 以前存储的知识信息加以修改，从而起到学习 的作用。

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6.3 协调级

协调级是分层递阶智能控制结构的中
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学习处理器的功能

是用来改善任务处理器的性能及减小 决策和信息处理的不确定性。
为了实现这个功能，可以采用各种各 样的学习机制。

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6.4 执行级

执行级即为常规硬件控制级。
对于控制级，通常采用系统理论中的 指标函数来衡量系统的性能。

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任务处理器的功能

是为下层单元提供控制命令的准确描述。它分 以下三步：任务调度、任务翻译和任务的准确 描述。 任务调度是通过检查任务描述及其前件和后件 来识别要执行的任务。 任务翻译是根据当前状态，以合适的方式将任 务或者内部操作分解为控制作用。 任务的准确描述是将完整的控制命令送至低层 单元。