控制理论产生及发展概要

绪论

0.1控制理论产生及发展

18世纪中叶英国第一次工业革命

1765年瓦特发明蒸汽机→调速问题→稳定性问题

1868年调节器一文发表

1872年劳斯和1890年赫尔威茨→代数判据

1892年李雅普诺夫“运动稳定性的一般问题”

1932年乃奎斯特判据

1948 维纳发表《控制论—或关于在动物和机器中控制和通讯的科学》0.2 控制理论发展三个阶段：

第一代：古典控制理论（经典控制理论）40-60年代

第二代：现代控制理论60-80年代

第三代：智能控制及大系统理论80-至今

三代控制理论对比简表

0.3 智能控制的产生及发展

20世纪60年代 Smith 用模式识别器用于最优控制

1965年 Zadeh 发表模糊集合论文，付京孙讲人工智能用于学习控制 1976年 Mendel 提出人工智能概念—智能控制

70年代初 傅京孙、

Gloriso 和Saridis 等人提出递阶智能控制的系统结构 1974年 马丹尼提出世界上第一个模糊控制器(fuzzy logic controller) 20世纪80年代初 建立了多种专家系统

20世纪80年代中后期 神经网络的研究又开始兴起 1992年 美国自然基金启动支持“智能控制”的研究

0.4 传统控制与智能控制

结论：智能控制理论是对传统控制理论的发展，传统控制理论是智能控制理论的低级阶段。

0.5 智能控制论

控制三要素： 信息—反馈—控制 智能控制——智能信息

反馈

控制

图0.1 反馈控制系统的原理框图

0.6思维科学与智能模拟

1. 什么是思维科学

研究思维规律和方法的科学。思维是意识的一部分，而且是最重要的部分，思维是人脑对客观事物间接的反映过程，包括回想、联想、想像、思考、推想等。人们通过思维活动反映客观事物的特点、本质属性、内部联系及发展规律。因此思维是人们认识过程的高级阶段。

2.思维的类型

(1) 抽象思维（逻辑思维）：抽去表象的思维，例如小学生的算数。

(2)形象思维（直觉思维）：既看形又看象的思维。凭借形象思维（例如用示波器来观测信号），通过形象来思考表述，主要思维手段是图形，行为等典型形象材料，具有直观、鲜明、生动等特点。

形象思维过程的重要形式：类比，联想，想象。

类比—根据两个不同对象比较的方法进行推理；

联想—将两个不同领域的若干各对象联系加以思考的方法；

想象—对头脑中已有表象进行加工创造新形象的思维过程，是一种创造性过程。

(3)灵感思维（顿悟思维）：在长期的研究探索中而尚未解决问题，因某种偶然因素激发而豁然开朗，得到突然性的顿悟的思维活动。灵感思维的特点是突发性和偶然性，独创性和模糊性。

3. 形式逻辑

形式逻辑是研究人们思维形式的结构及思维的基本规律的科学。

基本规律包括同一律，矛盾律，排中律。

(1)同一律：思维确定性表现为概念判断的自身统，即思想统一性；

(2)矛盾律：思维确定性表现为概念或判断的内容前后一贯，不自相矛盾；

(3)排中律：两个矛盾的思想之间要做出抉择，排出中间的可能性。

思维形式即为概念、判断和推理

(1) 概念：对客观事物本质属性加以反映的思维形式

(2) 判断：概念与概念的联合称为判断。其基本特征是：判断对象具有或不具有某种属性（肯定或否定）；判断情况符合事实为真，不符合事实为假

(3) 推理：推理是判断与判断的联合。根据一个或多个判断（前提）就得到一个新判断（结论）的思维方式，称为推理。

常见的推理几种形式简表

4. 逻辑的类型

形式逻辑—从抽象同一性出发研究的思维形式（相对稳定）。

辩证逻辑—从具体同一性出发，把思维形式看作对立统一矛盾运动和转化的范畴（基本规律：对立统一、质量互变、否定之否定）。

数理逻辑—又称符号逻辑，源于形式逻辑，用数学方法研究推理证明等数学问题的逻辑，主要内容：命题、谓词、递归、证明、集合论、模糊论等。

模糊逻辑—将二值逻辑{0,1}扩展到[0,1]。

可拓逻辑—将辩证逻辑与形式逻辑相结合，即将{0,1}推广到[-∞，∞]。

5.智能模拟的基础

(1)神经基础

1981年诺贝尔奖获得者斯佩里对裂脑人的实验证明如下事实：

大脑左半球—同抽象思维、象征性关系和对象细节的逻辑有关，主要功能是逻辑分析，表现为顺序的、分析的、语言的、局部的线性等特点。

大脑右半球—与直觉、知觉和空间有关，具有形象思维特点，表现为并行的、综合的、视觉的、非词语总体、主体等特点。

两半球通过胼胝体联系。

(2)科学基础：神经生理学、思维科学、控制论、计算机科学等发展为揭示人脑奥秘创造条件。

(3)哲学基础：大脑是物质，物质是运动的，运动是有规律的，可借助物质的运动模拟脑的功能。

(4)智能模拟的基本途径

①符合主义（基于逻辑推理）

把人类思维逻辑加以形式化，实质是模拟人的逻辑思维，是实现模拟人脑左半球的功能。

②联接主义（基于神经网络）

从大脑神经系统构造和功能出发，把人的智能归结为大脑神经系统中大量神

经细胞复杂联接后并行运行的结果，起到模拟人脑右半球形象思维的功能。

③行为主义

人与环境的交互作用，体现在人的思维与感知行动的直觉关系，从研究思维与行为的交互关系模拟智能的方法

(5)智能模拟中的方法论

①结构主义：任何事物都有一定结构，结构决定了事物性质及功能，模拟其功能从模拟其结构出发（适用于简单机械运动，物理运动低层次运动）。

②行为主义：把复杂系统看作黑箱，从模拟功能入手

③演绎主义：演绎是由一般原理原则推出特殊情况下的结论，推理方法使用形式化方法有助于演绎。

④信息方法：思维的本质是信息处理过程，特别适于高级复杂系统，如生命、社会、经济等系统，包括三种方法和两个准则。

信息分析法：从信息观点出发，考察全部信息流建立信息模型。

信息综合法：根据建立信息模型，根据性能指标实现上述系统。

信息导引法：在语法、语义、语用信息基础上产生一个导引改变状态策略，达到系统进化的目的。

功能准则：达到功能认为成功。

整体准则：从整体考虑功能的准则。