主要内容关于智能检测处理与控制.ppt
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处理（信号与信息处理）：对信号或信息进行变换、加工、整理，已达 到提取和便于应用的目的。
控制：是使对象或过程按预定要求运行所采取的措施。 整体考虑：检测处理与控制——在充分了解、掌握自然现象或对象的运
动特征的情况下，根据预定任务和要求，在对系统整体进行分析的基 础上，选择合适的获取运动特征的手段，采取切实可行的方式和方法 对所获取的特征信息予以加工，利用一定的思想和综合方法，通过对 对象施加一定的作用，使其满足事先规定的要求。
2019-10-5
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12
关于智能检测处理与控制
1。基本想法—控制系统已解决的主要问题和面临的困难：
结合：（1）与相关学科的结合——控制与管理、控制与规划决策、控制 与信息处理、控制与人工智能；（2）与新兴产业的结合——控制与交通、 控制与通信、控制与网络、控制与生物、控制与医疗、控制与航空航天、 控制与环境、控制与能源、控制与经济、控制与社会。
信道
信 息 译码器
信宿
2019-10-5
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16
关于智能检测处理与控制
2。智能检测处理与控制的基本内容 ：
（1）概念与系统思想： 信息的获取、分析和有效利用 构成 对世界或系统的改造。
检测（信号检测）：人们对自然现象进行定性了解和定量掌握的措施， 也是从物理系统中获取特征或称信息的方式和方法。
智能检测处理与控制，应该说是一个发展、未成熟的科学新领域，比较 适合于学校做预先研究，工程应用简易的或初步的在世时、高级的或 高档的尚有过程。
后面将分别对智能检测、智能信号与信息处理、智能控制予以介绍。实际上，检 测、处理与控制有时是很难分的，这里为了突出重点，才分别介绍。
2019-10-5
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2019-10-5
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9
关于智能检测处理与控制
1。基本想法—控制系统已解决的主要问题和面临的困难：
第二次：20世纪50-60年代，航天、航空、航海的发展，要求有更快、更精、 更可靠的控制方法，这就导致基于状态空间描述的现代控制理论的发展， 线性系统理论、系统辨识、Kalman滤波、随机系统、自适应控制以及非 线性控制是这一发展的具体体现。
2019-10-5
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7
关于智能检测处理与控制
1。基本想法
控制系统已解决的主要问题和面临的困难：
自动控制理论是一门关于工程技术的科学，是一个应用 科学， 社会和时代发展的需要以及工程实际的需求是它的发展 动力， 专业人员应不断调整和拓展自己的研究思路和方法，关 注实际需求，解决实际问题。
2019-10-5
四是理论复杂、应用繁琐。 注意：模型化和数学化是经典控制与现代控制的前提和基础。
2019-10-5
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10
关于智能检测处理与控制
1。基本想法—控制系统已解决的主要问题和面临的困难：
第三次：有人说实际已经开始，也有人说目前是前夕。有人称其为智能
控制，也有人说尚难确定。
不管怎样，有这样一个事实——
主要内容
• 课程设立说明 • 关于智能检测处理与控制 • 关于控制科学与工程基本内容的掌握 • 关于一个实际过程控制系统 • 介绍几本书和课件 • 多传感器数据融合技术、控制系统故障诊断、
数据挖掘的粗糙集方法、数字超声成像技 术 —— 简介
2019-10-5
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1
课程设立说明
• 从信号检测、信息处理、系统控制的角度，了 解控制科学与工程及相关学科的发展动态；
2019-10-5
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14
关于智能检测处理与控制
2。智能检测处理与控制的基本内容 ：
（1）概念与系统思想：
信息(Information)：自然界广泛存在的传递事物或事态的媒体。它是个抽象而 复杂的概念，通常认为用文字、符号、手势、语言、数字、音符、图像等能 被人们感觉器官所感知的形式，也就是把客观世界的运动状态和主观思维活 动状态表达出来的那个媒体，就是信息。比较直观的定义：关于事物运动的 千差万别的状态和方式的知识，或传递与表达的媒体。
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5
几个专题
• 多传感器数据融合技术 • 控制系统故障诊断与容错技术 • 数据挖掘的粗糙集方法 • 数字超声成像系统与相关技术
2019-10-5
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6
关于智能检测处理与控制
1。基本想法
控制的精髓与条件： 控制的含义是使对象或过程按预定要求运行所采取的措施； 系统和反馈概念是控制的精髓； 实时、准确的测量与信号的有效处理是实施控制的前提条件。 理论应用于实际的主要问题
现代控制的基础：状态空间；
标志：时域分析，适用于多入多出系统和一定条件的非线性及时变系统， 可控性、可观性概念的提出和使用（线性系统理论），庞德里亚金最小 值原理（最优控制），Kalman滤波器（随机控制）；
限制：一是要求精确的数学模型；
二是有些方法要遵循苛刻的假设条件；
三是对一些不确定性无法处理；
Russel and Peter Norvig著，姜哲等译 人民邮电出版社 2004.6 《Sensor and Data Fusion Concepts and Applications》L. A. Klein著 《智能信息处理方法导论 》， 高隽编著，机械工业出版社，2004.6
上述书籍只能供借鉴，尚找不到很好的书，也正常，否则成型之后就不用研究了！
理论方面：非线性和复杂系统（包括复杂对象和复杂环境）的研究将 是主要问题，智能化方法很可能是途径，与某些交叉理论（如模糊逻 辑、人工神经网络、遗传算法、模式识别、专家系统、小波分析、粗 糙集理论、混沌与分形理论等）的结合很可能会有突破性成果。
应用方面：成熟控制理论和技术在实际系统中的应用—解决实际问题； 各种应用环境下新型传感器的研制；（工业企业）管理（决策）与检 测控制的一体化——注意与企业资源计划（ERP）的发展与结合；传 感器、执行器及控制系统的计算机化——与计算机的紧密结合和充分 利用；与计算机网络的结合（包括现场总线技术等）；控制系统软件 包（功能组合设计途径）等。后面还有介绍。
信号(Signal)：用来传递信息的机械动作、光、电、声或其他物质运动的一种形 式。为了有效地传输信息，必须对信息进行加工处理，把它变换成适合某种 信道传输的物理量——信号，如以电波为载体的有线与无线电信号，以声、 光为载体的声、光信号，以压缩空气或液体为载体的气动或液动信号，以及 生物信号等。
信号通常是时间的一维函数，如语音X(t)；也可以是时间与空间的多维函数，如 电视图像X(x0,y0,t)；还可以是非时间变量的函数，如平面图像X(x0,y0)。 信号往往不是孤立的，是与系统及物理形式和数学表达紧密相连。
2019-10-5
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15
关于智能检测处理与控制
2。智能检测处理与控制的基本内容 ：
（1）概念与系统思想： 信号与信息的关系： 一个为具体一点，一个为抽象一点； 信号是信息的物理形式，信息是信号的包含内容； 有时也混用。
信息的传输：下图为Shannon信息传输模型
干扰
信
信
息
号
信源
编码器
信 号
2019-10-5
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11
关于智能检测处理与控制
1。基本想法—控制系统已解决的主要问题和面临的困难：
广义的智能控制（控制理论与各种人工智能方法的结合）在某种程度上 可以解决部分问题，但目前仍难形成一个系统的思想和方法。
理论上的重大突破——大家努力/基础+条件/某些特殊人物的努力？
我们大多数人怎么办？研究一些实际问题（理论研究要搞，但那应该 是少数人的事，多数应该结合工程实践，另外不能一窝蜂赶时髦，要 结合有特点、有积累的工程实际去创新）/应用研究（研究方向定位， 确定应用背景，如航空、航天、工业过程、社会、经济、金融等，找 到该领域需要解决的实际问题）/打好基础/选择背景/找到问题及突 破点/与相关学科的交叉性研究（要不断向信息、计算机、通讯、生 物、医疗等领域扩张，发挥多学科交叉优势）。
• 分析控制科学与工程当前研究的热点问题，便 于博士们结合自己的课题背景，对寻找解决问 题的途径或方法，提供一点帮助；
• 提供部分寻找方法的资料和信息； • 介绍部分我们熟知的、与智能检测处理与控制
有关的内容。
2019-10-5
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2
关于智能检测处理与控制
1。基本想法
• 从控制的精髓和条件——来自于科研实际 • 控制系统已解决的主要问题和面临的困难 • 控制科学与工程的发展方向
一方面，目前大多数工程实际，利用现有的控制理论和方法基本可 满足实际需要，而且随着控制理论的普及以及各种工具（如MATLAB仿 真软件、含有自整定控制参数的组态软件）的出现和发展，对纯专业 控制人员的需求不是在增多，而是在相对减少。
另一方面，许多工程技术中出现的复杂控制问题，如不确定性、时 变、强非线性等，至今仍缺乏好的方法去解决，工程界虽对PID调节 的精度和性能不甚满意，但出于无奈（至今仍没有令工程界满意而信 服的取代PID的控制方法），因此需要去研究一种满足工程需求的、 建立在一套新理论基础上的新的控制方法。
经典控制的基础：传递函数； 标志：频率特性、根轨迹为基础的频域分析法，主要解决稳定性问题； 限制：一是适用于单入单出线性定常系统，对于非线性可采用描述函数和
相平面分析法但只能处理不超过两个变量的简单系统； 二是根据幅值裕度、相位裕度、超调量、调节时间等性能指标来确定校 正环节,很大程度依赖于设计者的经验。
18
关于智能检测处理与控制
2。智能检测处理与控制的基本内容 ：
（2）智能检测：
智能检测应该说是一个技术，涉及的理论较少，但方法较多。
所谓智能检测，应包含测量、检验、故障诊断、信息处理和决策输出等多
种内容，具有比传统的“测量”更丰富的范畴，使检测设备和方法模拟
人类专家信息综合能力。通常应充分利用计算机资源，在人工最少参与 的条件下尽量以软件实现系统的功能。
创新的正确认识：将一些原本不相关的概念、方法、对象组合在一起， 形成新的概念、方法或思路。
用老方法解决新问题是创新， 用新方法解决老问题也是创新， 用新方法解决新问题更是创新。
——选自一个校友的一篇文献。
2019-10-5
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13
关于智能检测处理与控制
1。基本想法—控制科学与工程的发展方向：
感谢你的聆听
8
关于智能检测处理与控制
1。基本想法—控制系统已解决的主要问题和面临的困难：
随着工程技术的发展，自动控制经历了几次大的发展：
第一次：20世纪30-40年代，工业和战争（火控系统）的需求，发展了基于 稳定性判据、根轨迹、频率特性的古典控制方法，最后发展到总结成象 索洛多夫尼可夫《自动调节原理》以及钱学森《工程控制论》这样影响 广泛的著作。
2。智能检测处理与控制的基本内容
• 概念与系统思想
• 智能信号检测 • 智能信号与信息处理 • 智能控制
2019-10-5
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3
关于控制科学与工程基本内容 的掌握
1。关于控制科学与工程一级学科
• 学科划分 • 各二级学科的主要研究内容 • 特色学科及方向介绍
2。关于控制科学与工程基本内容的掌握
• 基础 • 基本工具、专业技术、扩展方法 • 相关学科 • 基本要求 • 论文创新
2019-10-5
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4
关于一个实际过程控制系统 ——造纸工业过程为例
• 背景知识 • 控制的目的和目标 • 工艺流程 • 对象特性分析与模型建立 • 系统设计 • 系统实现 • 方法分析
2019-10-5
2019-10-5
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17
关于智能检测处理与控制
2。智能检测处理与控制的基本内容 ：
（1）概念与系统思想：
智能化：模拟人的思维方式，利用人工智能方法，与各专业的传统理论 和方法结合，解决目前较难解决的用现有方法较难描述、处理的复杂 问题，主要是非线性、不确定、时变等问题。
介绍几本书： 《智能检测系统与数据融合》滕召胜等编著，机械工业出版社，2000 《智能信息处理和智能控制》清华大学自动化系集体编著，浙江科技出版社，1998 《人工智能——一种现代方法》Artificial Intelligengce _ A Modern Approach （美）Stuart
智能检测的特点：
a) 测量设备与方法的智过程的软件化——自动量程切换、极性判断、报警、过载保护、
多功能测试和自动巡回检测等；
c) 测量数据的智能化处理——与智能处理一致；
d) 多参数检测与数据融合——提高准确性、可靠性和容错性，与智能
控制：是使对象或过程按预定要求运行所采取的措施。 整体考虑：检测处理与控制——在充分了解、掌握自然现象或对象的运
动特征的情况下，根据预定任务和要求，在对系统整体进行分析的基 础上，选择合适的获取运动特征的手段，采取切实可行的方式和方法 对所获取的特征信息予以加工，利用一定的思想和综合方法，通过对 对象施加一定的作用，使其满足事先规定的要求。
2019-10-5
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关于智能检测处理与控制
1。基本想法—控制系统已解决的主要问题和面临的困难：
结合：（1）与相关学科的结合——控制与管理、控制与规划决策、控制 与信息处理、控制与人工智能；（2）与新兴产业的结合——控制与交通、 控制与通信、控制与网络、控制与生物、控制与医疗、控制与航空航天、 控制与环境、控制与能源、控制与经济、控制与社会。
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关于智能检测处理与控制
2。智能检测处理与控制的基本内容 ：
（1）概念与系统思想： 信息的获取、分析和有效利用 构成 对世界或系统的改造。
检测（信号检测）：人们对自然现象进行定性了解和定量掌握的措施， 也是从物理系统中获取特征或称信息的方式和方法。
智能检测处理与控制，应该说是一个发展、未成熟的科学新领域，比较 适合于学校做预先研究，工程应用简易的或初步的在世时、高级的或 高档的尚有过程。
后面将分别对智能检测、智能信号与信息处理、智能控制予以介绍。实际上，检 测、处理与控制有时是很难分的，这里为了突出重点，才分别介绍。
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1。基本想法—控制系统已解决的主要问题和面临的困难：
第二次：20世纪50-60年代，航天、航空、航海的发展，要求有更快、更精、 更可靠的控制方法，这就导致基于状态空间描述的现代控制理论的发展， 线性系统理论、系统辨识、Kalman滤波、随机系统、自适应控制以及非 线性控制是这一发展的具体体现。
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关于智能检测处理与控制
1。基本想法
控制系统已解决的主要问题和面临的困难：
自动控制理论是一门关于工程技术的科学，是一个应用 科学， 社会和时代发展的需要以及工程实际的需求是它的发展 动力， 专业人员应不断调整和拓展自己的研究思路和方法，关 注实际需求，解决实际问题。
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四是理论复杂、应用繁琐。 注意：模型化和数学化是经典控制与现代控制的前提和基础。
2019-10-5
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关于智能检测处理与控制
1。基本想法—控制系统已解决的主要问题和面临的困难：
第三次：有人说实际已经开始，也有人说目前是前夕。有人称其为智能
控制，也有人说尚难确定。
不管怎样，有这样一个事实——
主要内容
• 课程设立说明 • 关于智能检测处理与控制 • 关于控制科学与工程基本内容的掌握 • 关于一个实际过程控制系统 • 介绍几本书和课件 • 多传感器数据融合技术、控制系统故障诊断、
数据挖掘的粗糙集方法、数字超声成像技 术 —— 简介
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课程设立说明
• 从信号检测、信息处理、系统控制的角度，了 解控制科学与工程及相关学科的发展动态；
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关于智能检测处理与控制
2。智能检测处理与控制的基本内容 ：
（1）概念与系统思想：
信息(Information)：自然界广泛存在的传递事物或事态的媒体。它是个抽象而 复杂的概念，通常认为用文字、符号、手势、语言、数字、音符、图像等能 被人们感觉器官所感知的形式，也就是把客观世界的运动状态和主观思维活 动状态表达出来的那个媒体，就是信息。比较直观的定义：关于事物运动的 千差万别的状态和方式的知识，或传递与表达的媒体。
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几个专题
• 多传感器数据融合技术 • 控制系统故障诊断与容错技术 • 数据挖掘的粗糙集方法 • 数字超声成像系统与相关技术
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关于智能检测处理与控制
1。基本想法
控制的精髓与条件： 控制的含义是使对象或过程按预定要求运行所采取的措施； 系统和反馈概念是控制的精髓； 实时、准确的测量与信号的有效处理是实施控制的前提条件。 理论应用于实际的主要问题
现代控制的基础：状态空间；
标志：时域分析，适用于多入多出系统和一定条件的非线性及时变系统， 可控性、可观性概念的提出和使用（线性系统理论），庞德里亚金最小 值原理（最优控制），Kalman滤波器（随机控制）；
限制：一是要求精确的数学模型；
二是有些方法要遵循苛刻的假设条件；
三是对一些不确定性无法处理；
Russel and Peter Norvig著，姜哲等译 人民邮电出版社 2004.6 《Sensor and Data Fusion Concepts and Applications》L. A. Klein著 《智能信息处理方法导论 》， 高隽编著，机械工业出版社，2004.6
上述书籍只能供借鉴，尚找不到很好的书，也正常，否则成型之后就不用研究了！
理论方面：非线性和复杂系统（包括复杂对象和复杂环境）的研究将 是主要问题，智能化方法很可能是途径，与某些交叉理论（如模糊逻 辑、人工神经网络、遗传算法、模式识别、专家系统、小波分析、粗 糙集理论、混沌与分形理论等）的结合很可能会有突破性成果。
应用方面：成熟控制理论和技术在实际系统中的应用—解决实际问题； 各种应用环境下新型传感器的研制；（工业企业）管理（决策）与检 测控制的一体化——注意与企业资源计划（ERP）的发展与结合；传 感器、执行器及控制系统的计算机化——与计算机的紧密结合和充分 利用；与计算机网络的结合（包括现场总线技术等）；控制系统软件 包（功能组合设计途径）等。后面还有介绍。
信号(Signal)：用来传递信息的机械动作、光、电、声或其他物质运动的一种形 式。为了有效地传输信息，必须对信息进行加工处理，把它变换成适合某种 信道传输的物理量——信号，如以电波为载体的有线与无线电信号，以声、 光为载体的声、光信号，以压缩空气或液体为载体的气动或液动信号，以及 生物信号等。
信号通常是时间的一维函数，如语音X(t)；也可以是时间与空间的多维函数，如 电视图像X(x0,y0,t)；还可以是非时间变量的函数，如平面图像X(x0,y0)。 信号往往不是孤立的，是与系统及物理形式和数学表达紧密相连。
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2。智能检测处理与控制的基本内容 ：
（1）概念与系统思想： 信号与信息的关系： 一个为具体一点，一个为抽象一点； 信号是信息的物理形式，信息是信号的包含内容； 有时也混用。
信息的传输：下图为Shannon信息传输模型
干扰
信
信
息
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关于智能检测处理与控制
1。基本想法—控制系统已解决的主要问题和面临的困难：
广义的智能控制（控制理论与各种人工智能方法的结合）在某种程度上 可以解决部分问题，但目前仍难形成一个系统的思想和方法。
理论上的重大突破——大家努力/基础+条件/某些特殊人物的努力？
我们大多数人怎么办？研究一些实际问题（理论研究要搞，但那应该 是少数人的事，多数应该结合工程实践，另外不能一窝蜂赶时髦，要 结合有特点、有积累的工程实际去创新）/应用研究（研究方向定位， 确定应用背景，如航空、航天、工业过程、社会、经济、金融等，找 到该领域需要解决的实际问题）/打好基础/选择背景/找到问题及突 破点/与相关学科的交叉性研究（要不断向信息、计算机、通讯、生 物、医疗等领域扩张，发挥多学科交叉优势）。
• 分析控制科学与工程当前研究的热点问题，便 于博士们结合自己的课题背景，对寻找解决问 题的途径或方法，提供一点帮助；
• 提供部分寻找方法的资料和信息； • 介绍部分我们熟知的、与智能检测处理与控制
有关的内容。
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1。基本想法
• 从控制的精髓和条件——来自于科研实际 • 控制系统已解决的主要问题和面临的困难 • 控制科学与工程的发展方向
一方面，目前大多数工程实际，利用现有的控制理论和方法基本可 满足实际需要，而且随着控制理论的普及以及各种工具（如MATLAB仿 真软件、含有自整定控制参数的组态软件）的出现和发展，对纯专业 控制人员的需求不是在增多，而是在相对减少。
另一方面，许多工程技术中出现的复杂控制问题，如不确定性、时 变、强非线性等，至今仍缺乏好的方法去解决，工程界虽对PID调节 的精度和性能不甚满意，但出于无奈（至今仍没有令工程界满意而信 服的取代PID的控制方法），因此需要去研究一种满足工程需求的、 建立在一套新理论基础上的新的控制方法。
经典控制的基础：传递函数； 标志：频率特性、根轨迹为基础的频域分析法，主要解决稳定性问题； 限制：一是适用于单入单出线性定常系统，对于非线性可采用描述函数和
相平面分析法但只能处理不超过两个变量的简单系统； 二是根据幅值裕度、相位裕度、超调量、调节时间等性能指标来确定校 正环节,很大程度依赖于设计者的经验。
18
关于智能检测处理与控制
2。智能检测处理与控制的基本内容 ：
（2）智能检测：
智能检测应该说是一个技术，涉及的理论较少，但方法较多。
所谓智能检测，应包含测量、检验、故障诊断、信息处理和决策输出等多
种内容，具有比传统的“测量”更丰富的范畴，使检测设备和方法模拟
人类专家信息综合能力。通常应充分利用计算机资源，在人工最少参与 的条件下尽量以软件实现系统的功能。
创新的正确认识：将一些原本不相关的概念、方法、对象组合在一起， 形成新的概念、方法或思路。
用老方法解决新问题是创新， 用新方法解决老问题也是创新， 用新方法解决新问题更是创新。
——选自一个校友的一篇文献。
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1。基本想法—控制科学与工程的发展方向：
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关于智能检测处理与控制
1。基本想法—控制系统已解决的主要问题和面临的困难：
随着工程技术的发展，自动控制经历了几次大的发展：
第一次：20世纪30-40年代，工业和战争（火控系统）的需求，发展了基于 稳定性判据、根轨迹、频率特性的古典控制方法，最后发展到总结成象 索洛多夫尼可夫《自动调节原理》以及钱学森《工程控制论》这样影响 广泛的著作。
2。智能检测处理与控制的基本内容
• 概念与系统思想
• 智能信号检测 • 智能信号与信息处理 • 智能控制
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1。关于控制科学与工程一级学科
• 学科划分 • 各二级学科的主要研究内容 • 特色学科及方向介绍
2。关于控制科学与工程基本内容的掌握
• 基础 • 基本工具、专业技术、扩展方法 • 相关学科 • 基本要求 • 论文创新
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关于一个实际过程控制系统 ——造纸工业过程为例
• 背景知识 • 控制的目的和目标 • 工艺流程 • 对象特性分析与模型建立 • 系统设计 • 系统实现 • 方法分析
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（1）概念与系统思想：
智能化：模拟人的思维方式，利用人工智能方法，与各专业的传统理论 和方法结合，解决目前较难解决的用现有方法较难描述、处理的复杂 问题，主要是非线性、不确定、时变等问题。
介绍几本书： 《智能检测系统与数据融合》滕召胜等编著，机械工业出版社，2000 《智能信息处理和智能控制》清华大学自动化系集体编著，浙江科技出版社，1998 《人工智能——一种现代方法》Artificial Intelligengce _ A Modern Approach （美）Stuart
智能检测的特点：
a) 测量设备与方法的智过程的软件化——自动量程切换、极性判断、报警、过载保护、
多功能测试和自动巡回检测等；
c) 测量数据的智能化处理——与智能处理一致；
d) 多参数检测与数据融合——提高准确性、可靠性和容错性，与智能