智能控制理论及应用

1980’s--90’s
Fuzzy control
Intelligent control
1990’s---
Supervisory control Robot control
理论与实际应用存在很大差距 PID在实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。
2. 环境的复杂性
变化的不确定性 难以辨识 必须与被控对象集合起来作为一个整体来考虑。
3. 控制任务或目标的复杂性
控制目标和任务的多重性 时变性 任务集合处理的复杂性。
传统控制理论源自文库局限性
（1）传统的控制理论建立在精确的数学模型基础上——用微分 或差分方程来描述。 不能反映人工智能过程：推理、分析、学习。 丢失许多有用的信息
智能控制理论及应用
Intelligent Control Theory and It’s Application
主讲： 陈 谋
学习要求
• 课外阅读参考书和参考文献 • 计算机练习，结合Matlab应用 • 考核：课堂考试、大作业
主要参考书： • • • • • 1. 智能控制技术 北工大 易继铠等 2. 智能控制及应用 南航大 姜长生 3 . 模糊控制、神经控制和智能控制论 哈尔滨工业大学 李士勇 4 . 模糊控制和神经网络的基础与应用 清华 5 . 智能控制理论和方法 电子科大 李人厚 赵振宇
3. 智能控制的组成、定义与研究内容 智能控制（IC）是自动控制（AC）和人工智能（AI） 的交集。即：
IC AC AI
AC
IC
AI
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
4. 智能控制与传统控制的关系和差别
一. 控制理论和应用发展的概况
控制理论的发展始于Watt飞球调节蒸汽机以后的100年。 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. 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。
为了克服传统控制理论的局限性，产生了模拟人 类思维和活动的智能控制。
智能机器人
Classical control
1940’s--50’s
Optimal control
1960’s--70’s
Control techniques:
History of
Adaptive control
1980’s
Robust control
（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 械量（位移、速度、加速度）； 复杂系统要考虑：视觉、听觉、触觉信号，包括图形、文字、 语言、声音等信息。
5. 智能与智能控制的定义
什么叫智能？有不同的定义： ◆ 按系统的一般行为特征定义(Albus) 在不确定环境中，作出合适动作的能力。合适动作是指 增加成功的概率 ，成功就是达到行为的子目标，以支持系 统实现最终目标。
以上控制理论我们称之为传统控制理论。
二.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、 分布式的传感器和执行机构、 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。
主要应用领域
机 器 人 技 术
系 统 建 模 与 分 析 信 息 采 集 与 处 理
先 进 制 造 技 术
自动控制（自动化）学科
数 学
物 理
生 物 医 学
神 经 脑 科 学
认 知 心 理 学
控 制 论
运 筹 学
信 息 论
计 算 机 科 学
管 理 科 学
支持基础
傅京逊：
• 智能控制：驱动机器自主实现其目 标的过程。
• 智能控制：20世纪70年代发展起来的一种新控 制方法 • 智能控制的思想： 模仿人如何根据外部环境调整自身使之适应 其变化达到对难以建模或模型不确定性复杂系 统的控制。 目前关于智能控制的定义，理论，结构等问 题无统一的系统描述。
控制对象
智能控制的结构理论
控 制 与 决 策 计 算 机 控 制
● 涉及的范围：智能控制的范围包括了传统控制的范围。 有微分/差分方程描述的系统；有混合系统（离散和连 续系统混合、符号和数值系统混合、数字和模拟系统混 合）； ●控制的目标：智能的目标寻求在巨大的不确定环境中， 获得整体的优化。因此，智能控制要考虑： 故障诊断 系统重构 自组织、自学习能力 多重目标 ●系统的结构：控制对象和控制系统的结合。
• 智能系统：无须人干预的智能机器 系统。
智能控制理论 • 它是多学科的交叉。 1971 傅京逊 ：人工智能+自动控制 K.S.FU Artificial Intelligence (AI) Automatic Control(AC)Intelligent Control(IC) 1977 Saridis：人工智能+自动控制+运筹学 运筹学 Operation Research OR 自动控制 Control TheoryCT 1982 蔡自兴： AI+CT+OR+IT IT信息论 Information Theory