智能控制技术课件.
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智能控制技术
Intelligent Control
组长： 何宝乐 13074038 组员： 宋传程13074039 李长春13074044 俞金焕13074050 虞连一13074057
什么是“智能”? 制”？
什么是“智能控
人的智能表现在其所具有的记忆、学习、 模仿、适应、联想、语言表达、文字识别、 逻辑推理、归纳总结、综合决策等各种能 力。
现代控制系统的数学模型难以通过传统的数学工具 来描述。就是说，采用数学工具或计算机仿真技术的传 统控制理论，已无法解决此类系统的控制问题。 从生产实践中可以看到，许多复杂的生产过程难以 实现的目标，可以通过熟练的操作工人、技术人员或专 家的操作得到满意的控制效果。 如何有效地将熟练操作工人、技术人员或专家的经 验知识和控制理论结合，去解决复杂系统的控制问题， 就是智能控制研究的目标。
对象-环境 执行器 环境
问题 环境 反射 求解 建摸 响应 规划
机器人车 传感器
SRI机器人系统
智能控制的含义
1、智能
在不确定的环境中作出合适动作的 能力，所谓适合动作就是模仿生物 或人类思想行为的功能。 能够在定型或不定型，熟悉或不熟悉的环境中自 主地或与操作人员交互作用以及执行各种拟人任 务的机器叫做智能机器。或者说，智能机器是那 些能够自主地代替人类从事危险、厌烦、远距离 或高精度等作业的机器。
水下机器人，它的工作方式是：由水面母船上的工作人员，通过连接潜水器的 脐带提供动力，操纵或控制潜水器，通过水下电视、声呐等专用设备进行观察， 还能通过机械手，进行水下作业。
2003年6月10日，勇气号发射 成功；同月25日，机遇号发射 成功。2004年美国东部标准时 间1月3日和24日火星车分别登 上火星。上面采用了大量先进 的智能控制技术。
形成
发展
应用
智能控制
含义 特点
智能控制问题的提出
以1932年美国AT&T公司的贝尔实验室工程师H.Nyquist 发表的有关反馈放大器的稳定性论文为标志，控制理论学 科已走过80多年的发展历程。
在经典控制理论中，系统的数学模型采用传递函数表示， 分析方法主要是基于根轨迹法和频率法；在现代控制理论中， 系统分析的数学模型主要是状态空间分析描述法。
2）人工智能的发展
斯坦福大学人工智能研究中心的N ilsson 教授认 为:“人工智能是关于知识的科学——怎样表示知识以 及怎样获得知识并使用知识的科学”。M IT 的W inston 教授指出:“人工智能就是研究如何使计算机去做过去 只有人才做的智能性工作”。 1956 年以前是人工智能的萌芽期。英国数学家图 灵(A 1M 1Turing 1912～ 1954) 为现代人工智能作了大量 开拓性的贡献; 1956 年～ 1961 年是人工智能的发展 期, 人们重点研究了诸如用机器解决数学定义, 通用问 题求解程序等。1961 年以后人工智能进入了飞跃期, 主要内容涉及知识工程、自然语言理解等。 人们研究人工智能方法也分为结构模拟派和功能 模拟派, 分别从脑的结构和脑的功能入手进行研究。
当自动控制方式明显地具有这些智能特征时， 就称其为“智能控制”。
让我们先来简单从图片认识一下智能控制
日本Honda公司推出经过改进的机器 人“ASIM”。这种能用双腿直立的机器 人相当聪明，人手指到哪里，它就走到 哪里，遇到人的时候会主动向人打招呼， 并能和主人流利地对话。
世界最先进的梦幻机器人组合——来自日本SONY公司的7 位双足娱乐型机器人“QRIO”。这7位机器人身高60厘米， 体重7公斤。虽然身材不那么高大，但却举世闻名。其中四 位歌舞表演堪称一绝。 下面是其中四个“舞者”来北京演出时的场面：
智能控制的兴起
1）自动控制的发展与挫折 本世纪40～ 50 年代, 以频率法为代表的单变量系 统控制理论逐步发展起来, 并且成功地用在雷达及火 力控制系统上, 形成了今天所说的“古典控制理论”。 60～ 70 年代, 数学家们在控制理论发展中占了主导 地位, 形成了以状态空间法为代表的“现代控制理 论”。他们引入了能控、能观、满秩等概念, 使得控 制理论建立在严密精确的数学模型之上, 从而造成了 理论与实践之间的巨大分歧。70 年代后, 又出现了 “大系统理论”。但是, 由于这种理论解决实际问题 的能力更弱,它很快被人们放到了一边。
2、智能机器
3、自动控制 自动控制是能够按规定程序对机器或装置进行
自动操作或控制的过程。简单的说，不需要人 工干预的控制就是自动控制、如反馈控制，最 优控制，随机控制，自适应控制和自学习控制 等均属于自动控制。
4、智能控制与智能控制系统
1）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。 2）或者说智能控制是“利用相关知识去使被控过程或对 象按一定要求达到预定的目的” 。 3）目前的认识是：如果一个控制系统或者控制方式，它 能够有效的克服被控对象（或过程）和环境所具有的高度复杂 性和不确定性，并能够达到所期望的目标，那么就称这种控制 方式为智能控制方式。称这样的控制系统为智能控制系统。
智能控制的发展
1、人作为控制器的控制系统
人控制器 指令 数据采集和计算 手及手臂的动力学 对象动力学 输出
模式识别 传感器
2、人-机结合作为控制器的控制系统
控制器
操作员 本地计算机 远程计算机
对象--环境 远程控制器 环 境 传感器
3、无人参与的智能控制系统
指 令 输 入
控制器 传感信 息分析 执 行
3）智能控制的兴起
建立于严密的数学理论上的控制理论发展受到挫 折, 而模拟人类智能的人工智能却迅速发展起来。控制理论从人智 能中吸取营养求发展成为必然。特别是非线性对控制结果的影响复 杂, 控制工程人员很难深入理解, 更谈不上设计出合适的控制算法。 不确定性是最难以解决的问题, 也是导致大系统理论失败的根本原 因。但是, 对这些问题用工程控制专家经验来解决则往往是成功的。 人是最聪明的控制器, 模仿人是一种途径。 萨里迪斯(SarFra Baidu bibliotekdis) 于1977 年提出了智能控制的三元结构定义, 即 把智能控制看作为人工智能、自动控制和运筹学的交点。在智能控 制发展初期, 美国普渡大学的傅京孙(K1S1Fu) 教授首先提出了学习 控制的概念, 引入了人工智能的直觉推理。后来在人工智能的概念 模拟基础上, 发展了许多智能控制方法, 如自整定、参数调整P ID 等。再后来则以发展实用的智能控制算法为主, 尤以专家系统和神 经元网络最为突出。
Intelligent Control
组长： 何宝乐 13074038 组员： 宋传程13074039 李长春13074044 俞金焕13074050 虞连一13074057
什么是“智能”? 制”？
什么是“智能控
人的智能表现在其所具有的记忆、学习、 模仿、适应、联想、语言表达、文字识别、 逻辑推理、归纳总结、综合决策等各种能 力。
现代控制系统的数学模型难以通过传统的数学工具 来描述。就是说，采用数学工具或计算机仿真技术的传 统控制理论，已无法解决此类系统的控制问题。 从生产实践中可以看到，许多复杂的生产过程难以 实现的目标，可以通过熟练的操作工人、技术人员或专 家的操作得到满意的控制效果。 如何有效地将熟练操作工人、技术人员或专家的经 验知识和控制理论结合，去解决复杂系统的控制问题， 就是智能控制研究的目标。
对象-环境 执行器 环境
问题 环境 反射 求解 建摸 响应 规划
机器人车 传感器
SRI机器人系统
智能控制的含义
1、智能
在不确定的环境中作出合适动作的 能力，所谓适合动作就是模仿生物 或人类思想行为的功能。 能够在定型或不定型，熟悉或不熟悉的环境中自 主地或与操作人员交互作用以及执行各种拟人任 务的机器叫做智能机器。或者说，智能机器是那 些能够自主地代替人类从事危险、厌烦、远距离 或高精度等作业的机器。
水下机器人，它的工作方式是：由水面母船上的工作人员，通过连接潜水器的 脐带提供动力，操纵或控制潜水器，通过水下电视、声呐等专用设备进行观察， 还能通过机械手，进行水下作业。
2003年6月10日，勇气号发射 成功；同月25日，机遇号发射 成功。2004年美国东部标准时 间1月3日和24日火星车分别登 上火星。上面采用了大量先进 的智能控制技术。
形成
发展
应用
智能控制
含义 特点
智能控制问题的提出
以1932年美国AT&T公司的贝尔实验室工程师H.Nyquist 发表的有关反馈放大器的稳定性论文为标志，控制理论学 科已走过80多年的发展历程。
在经典控制理论中，系统的数学模型采用传递函数表示， 分析方法主要是基于根轨迹法和频率法；在现代控制理论中， 系统分析的数学模型主要是状态空间分析描述法。
2）人工智能的发展
斯坦福大学人工智能研究中心的N ilsson 教授认 为:“人工智能是关于知识的科学——怎样表示知识以 及怎样获得知识并使用知识的科学”。M IT 的W inston 教授指出:“人工智能就是研究如何使计算机去做过去 只有人才做的智能性工作”。 1956 年以前是人工智能的萌芽期。英国数学家图 灵(A 1M 1Turing 1912～ 1954) 为现代人工智能作了大量 开拓性的贡献; 1956 年～ 1961 年是人工智能的发展 期, 人们重点研究了诸如用机器解决数学定义, 通用问 题求解程序等。1961 年以后人工智能进入了飞跃期, 主要内容涉及知识工程、自然语言理解等。 人们研究人工智能方法也分为结构模拟派和功能 模拟派, 分别从脑的结构和脑的功能入手进行研究。
当自动控制方式明显地具有这些智能特征时， 就称其为“智能控制”。
让我们先来简单从图片认识一下智能控制
日本Honda公司推出经过改进的机器 人“ASIM”。这种能用双腿直立的机器 人相当聪明，人手指到哪里，它就走到 哪里，遇到人的时候会主动向人打招呼， 并能和主人流利地对话。
世界最先进的梦幻机器人组合——来自日本SONY公司的7 位双足娱乐型机器人“QRIO”。这7位机器人身高60厘米， 体重7公斤。虽然身材不那么高大，但却举世闻名。其中四 位歌舞表演堪称一绝。 下面是其中四个“舞者”来北京演出时的场面：
智能控制的兴起
1）自动控制的发展与挫折 本世纪40～ 50 年代, 以频率法为代表的单变量系 统控制理论逐步发展起来, 并且成功地用在雷达及火 力控制系统上, 形成了今天所说的“古典控制理论”。 60～ 70 年代, 数学家们在控制理论发展中占了主导 地位, 形成了以状态空间法为代表的“现代控制理 论”。他们引入了能控、能观、满秩等概念, 使得控 制理论建立在严密精确的数学模型之上, 从而造成了 理论与实践之间的巨大分歧。70 年代后, 又出现了 “大系统理论”。但是, 由于这种理论解决实际问题 的能力更弱,它很快被人们放到了一边。
2、智能机器
3、自动控制 自动控制是能够按规定程序对机器或装置进行
自动操作或控制的过程。简单的说，不需要人 工干预的控制就是自动控制、如反馈控制，最 优控制，随机控制，自适应控制和自学习控制 等均属于自动控制。
4、智能控制与智能控制系统
1）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。 2）或者说智能控制是“利用相关知识去使被控过程或对 象按一定要求达到预定的目的” 。 3）目前的认识是：如果一个控制系统或者控制方式，它 能够有效的克服被控对象（或过程）和环境所具有的高度复杂 性和不确定性，并能够达到所期望的目标，那么就称这种控制 方式为智能控制方式。称这样的控制系统为智能控制系统。
智能控制的发展
1、人作为控制器的控制系统
人控制器 指令 数据采集和计算 手及手臂的动力学 对象动力学 输出
模式识别 传感器
2、人-机结合作为控制器的控制系统
控制器
操作员 本地计算机 远程计算机
对象--环境 远程控制器 环 境 传感器
3、无人参与的智能控制系统
指 令 输 入
控制器 传感信 息分析 执 行
3）智能控制的兴起
建立于严密的数学理论上的控制理论发展受到挫 折, 而模拟人类智能的人工智能却迅速发展起来。控制理论从人智 能中吸取营养求发展成为必然。特别是非线性对控制结果的影响复 杂, 控制工程人员很难深入理解, 更谈不上设计出合适的控制算法。 不确定性是最难以解决的问题, 也是导致大系统理论失败的根本原 因。但是, 对这些问题用工程控制专家经验来解决则往往是成功的。 人是最聪明的控制器, 模仿人是一种途径。 萨里迪斯(SarFra Baidu bibliotekdis) 于1977 年提出了智能控制的三元结构定义, 即 把智能控制看作为人工智能、自动控制和运筹学的交点。在智能控 制发展初期, 美国普渡大学的傅京孙(K1S1Fu) 教授首先提出了学习 控制的概念, 引入了人工智能的直觉推理。后来在人工智能的概念 模拟基础上, 发展了许多智能控制方法, 如自整定、参数调整P ID 等。再后来则以发展实用的智能控制算法为主, 尤以专家系统和神 经元网络最为突出。