智能控制技术第一讲
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《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。
厦门工学院 智能控制技术 陈珍姗
2
❖传统控制（Conversional control）：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。
5
1.1 起源和发展
智能控制
进
自学习控制
展
方
自适应控制 鲁棒控制
向
随机控制
最优控制
确定性反馈控制
开环控制
厦门工学院 智能控制技术 陈珍姗
控制科学的发展过程
控制复杂性
6
❖ 产生的背景
1.1 起源和发展
经典控制理论 现代控制理论
智能控制理论
•对由微分方程和差分方程描述的动力学系统进行控制 •研究的是单变量常系数线性系统 •只适用于单输入单输出控制系统(SISO)
19
1.2 智能控制的概念和技术特点
➢按机器智能定义(Saridis)
机器智能是把信息进行分析、组织，并把它转换成知识的过 程。知识就是所得到的结构性信息，它可用来使机器执行特定 的任务，以消除该任务的不确定性或盲目性，达到最优或次优 的结果。
信信信息 息 息
厦门工学院 智能控制技术 陈珍姗
分析 组织 处理
知识
20
1.2 智能控制的概念和技术特点
➢智能控制的定义
智能
密切相关
控制
智能系统必是 控制系统 控制系统必需具有智能
智能控制：可以连续自动地测量被控对象的被控境信息，进而根据采集
的输入信息和已有的知识进行“推理思考”，得到对被控对
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7
1.1 起源和发展
❖ 智能控制的四个发展阶段
萌芽期
1960
形成期 1970 1980
1990以来
发展期
高潮期
厦门工学院 智能控制技术 陈珍姗
8
1.1 起源和发展
❖智能控制的结构理论
在此，主要讨论智能控制的二元交集结构、三元交 集结构和四元交集结构三种思想，它们分别由下列各交集 表示：
•控制对象由单输入单输出系统转变为多输入多输出系统； •系统信息的获得由借助传感器转变为借助状态模型； •研究方法由积分变换转向矩阵理论、几何方法，由频率方 法转向状态空间的研究； •由机理建模向统计建模转变，开始采用参数估计和系统辨 识理论 •适用大型、复杂、高维、非线性和不确定性严重的对象
•不依赖对象模型，适用于未知或不确定性严重的对象 •具有人类智能的特征 •能够表达定性的知识或具有自学习能力
❖智能控制（Intelligent control）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。
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3
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4
第一章 绪论
厦门工学院 智能控制技术 陈珍姗
智能控制的二元结构
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13
1.1 起源和发展
❖智能控制的结构理论
三元结构
萨 里 迪 斯 (Saridis) 认 为 ， 二元交集的两元互相支配无助于智
能控制的有效和成功应用，必须把 AI
远筹学的概念引入智能控制，使它
成为三元交集中的一个子集。对这 一问题的争论，在IEEE第一次智 能控制国际讨论会上达到高潮。
第一章 绪论
《智能控制技术》 厦门工学院 陈珍姗
学习智能控制的意义
❖ 《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
AI
CT
IC OR
IT
智能控制的四元结构
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第一章 绪论
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16
1.2 智能控制的概念和技术特点
➢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智能(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。
IC — 智能控制 ( Intelligent Control);
∩一表示交集
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12
1.1 起源和发展
❖智能控制的结构理论
二元结构
傅京孙(K.S.Fu) 首先论述了人工智能与自 动控制的交接关系 ，指出 “智能控制系统描述自动 控制系统与人工智能的交 接作用”。
AI IC AC
IC=AI ∩ AC
（1）
IC=AI ∩ CT ∩ OR
（2）
IC=AI ∩ CT ∩ OR ∩ IT
（3）
Al—人工智能 (Artificial Intelligence);
AC一自动控制(Automatic Control);
OR—运筹学 (Operation Research)；
IT—信息论（Information theory）
OR IC
CT
萨里迪斯还提出分级智能控
制系统，由3个智能(感知)级组成： 智能控制的三元结构 组织级、协调级、执行级。
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1.1 起源和发展
❖智能控制的结构理论
四元结构 在研究了前述各种智能控
制的结构理论和各相关学科的 关系之后，蔡自兴提出四元智 能控制结构，把智能控制看做 人工智能、自动控制、运筹学 和信息论四个学科的交集。
！？
低级智能： 感知环境、 作出决策、 控制行为
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1.2 智能控制的概念和技术特点
➢智能与智能控制的定义
高级智能：理解和觉察能力，在复杂和险恶环境中进行 选择的能力，力求生存和进步。
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1.2 智能控制的概念和技术特点
➢ 按人类的认知的过程定义智能(A.Meystel)
智能是系统的一个特征，当集中注意力（Focusing Attention)、组合搜索(Combinatorial Search)、归纳 （Generalization)过程作用于系统输入，并产生系统输出时， 就表现为智能。
系统 输入
集中 注意力
组合 搜索
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系统 输出
归纳
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❖传统控制（Conversional control）：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。
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1.1 起源和发展
智能控制
进
自学习控制
展
方
自适应控制 鲁棒控制
向
随机控制
最优控制
确定性反馈控制
开环控制
厦门工学院 智能控制技术 陈珍姗
控制科学的发展过程
控制复杂性
6
❖ 产生的背景
1.1 起源和发展
经典控制理论 现代控制理论
智能控制理论
•对由微分方程和差分方程描述的动力学系统进行控制 •研究的是单变量常系数线性系统 •只适用于单输入单输出控制系统(SISO)
19
1.2 智能控制的概念和技术特点
➢按机器智能定义(Saridis)
机器智能是把信息进行分析、组织，并把它转换成知识的过 程。知识就是所得到的结构性信息，它可用来使机器执行特定 的任务，以消除该任务的不确定性或盲目性，达到最优或次优 的结果。
信信信息 息 息
厦门工学院 智能控制技术 陈珍姗
分析 组织 处理
知识
20
1.2 智能控制的概念和技术特点
➢智能控制的定义
智能
密切相关
控制
智能系统必是 控制系统 控制系统必需具有智能
智能控制：可以连续自动地测量被控对象的被控境信息，进而根据采集
的输入信息和已有的知识进行“推理思考”，得到对被控对
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1.1 起源和发展
❖ 智能控制的四个发展阶段
萌芽期
1960
形成期 1970 1980
1990以来
发展期
高潮期
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1.1 起源和发展
❖智能控制的结构理论
在此，主要讨论智能控制的二元交集结构、三元交 集结构和四元交集结构三种思想，它们分别由下列各交集 表示：
•控制对象由单输入单输出系统转变为多输入多输出系统； •系统信息的获得由借助传感器转变为借助状态模型； •研究方法由积分变换转向矩阵理论、几何方法，由频率方 法转向状态空间的研究； •由机理建模向统计建模转变，开始采用参数估计和系统辨 识理论 •适用大型、复杂、高维、非线性和不确定性严重的对象
•不依赖对象模型，适用于未知或不确定性严重的对象 •具有人类智能的特征 •能够表达定性的知识或具有自学习能力
❖智能控制（Intelligent control）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。
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第一章 绪论
厦门工学院 智能控制技术 陈珍姗
智能控制的二元结构
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1.1 起源和发展
❖智能控制的结构理论
三元结构
萨 里 迪 斯 (Saridis) 认 为 ， 二元交集的两元互相支配无助于智
能控制的有效和成功应用，必须把 AI
远筹学的概念引入智能控制，使它
成为三元交集中的一个子集。对这 一问题的争论，在IEEE第一次智 能控制国际讨论会上达到高潮。
第一章 绪论
《智能控制技术》 厦门工学院 陈珍姗
学习智能控制的意义
❖ 《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
AI
CT
IC OR
IT
智能控制的四元结构
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第一章 绪论
厦门工学院 智能控制技术 陈珍姗
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1.2 智能控制的概念和技术特点
➢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智能(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。
IC — 智能控制 ( Intelligent Control);
∩一表示交集
厦门工学院 智能控制技术 陈珍姗
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1.1 起源和发展
❖智能控制的结构理论
二元结构
傅京孙(K.S.Fu) 首先论述了人工智能与自 动控制的交接关系 ，指出 “智能控制系统描述自动 控制系统与人工智能的交 接作用”。
AI IC AC
IC=AI ∩ AC
（1）
IC=AI ∩ CT ∩ OR
（2）
IC=AI ∩ CT ∩ OR ∩ IT
（3）
Al—人工智能 (Artificial Intelligence);
AC一自动控制(Automatic Control);
OR—运筹学 (Operation Research)；
IT—信息论（Information theory）
OR IC
CT
萨里迪斯还提出分级智能控
制系统，由3个智能(感知)级组成： 智能控制的三元结构 组织级、协调级、执行级。
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14
1.1 起源和发展
❖智能控制的结构理论
四元结构 在研究了前述各种智能控
制的结构理论和各相关学科的 关系之后，蔡自兴提出四元智 能控制结构，把智能控制看做 人工智能、自动控制、运筹学 和信息论四个学科的交集。
！？
低级智能： 感知环境、 作出决策、 控制行为
厦门工学院 智能控制技术 陈珍姗
17
1.2 智能控制的概念和技术特点
➢智能与智能控制的定义
高级智能：理解和觉察能力，在复杂和险恶环境中进行 选择的能力，力求生存和进步。
厦门工学院 智能控制技术 陈珍姗
18
1.2 智能控制的概念和技术特点
➢ 按人类的认知的过程定义智能(A.Meystel)
智能是系统的一个特征，当集中注意力（Focusing Attention)、组合搜索(Combinatorial Search)、归纳 （Generalization)过程作用于系统输入，并产生系统输出时， 就表现为智能。
系统 输入
集中 注意力
组合 搜索
厦门工学院 智能控制技术 陈珍姗
系统 输出
归纳