智能控制技術(shù)-06課件

第7章智能控制技術(shù)應(yīng)用與研究展望1第7章智能控制技術(shù)應(yīng)用與研究展望1我們已經(jīng)在前面各章中介紹與分析了智能控制的許多應(yīng)用例子，它們涉及各類智能控制系統(tǒng)。智能控制是否能得到成功的應(yīng)用？這是許多人關(guān)注的問(wèn)題。盡管智能控制的應(yīng)用成果還是比較初步的，它們的有效性還有待進(jìn)一步通過(guò)實(shí)踐來(lái)檢驗(yàn)，但是，在短短十多年內(nèi)，智能控制能夠在那么廣泛的范圍內(nèi)和較大的深度上獲得成功應(yīng)用，已給從事智能控制研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的人們以極大的鼓舞。2022/11/232我們已經(jīng)在前面各章中介紹與分析了智能控制的許多應(yīng)用例子，它們智能控制的研究和應(yīng)用是一副多彩多姿的圖象，從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，從家用電器到火箭制導(dǎo)，從制造業(yè)到采礦業(yè)，從飛行器到武器控制，從軋鋼機(jī)到郵件處理機(jī)，從工業(yè)機(jī)器人到康復(fù)假肢等等，都有智能控制的用武之地。限于篇幅，本章第一部分僅就智能控制應(yīng)用的兩個(gè)方面進(jìn)行討論：一為智能控制有哪些主要應(yīng)用領(lǐng)域，二為智能控制應(yīng)用研究中目前存在哪些問(wèn)題。本章的第二部分將展望智能控制的發(fā)展。下面對(duì)它們分別加以討論。2022/11/233智能控制的研究和應(yīng)用是一副多彩多姿的圖象，從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)智能控制的應(yīng)用研究領(lǐng)域與現(xiàn)狀本節(jié)通過(guò)實(shí)例簡(jiǎn)介，說(shuō)明智能控制的幾個(gè)主要應(yīng)用研究領(lǐng)域及其現(xiàn)狀。2022/11/234智能控制的應(yīng)用研究領(lǐng)域與現(xiàn)狀本節(jié)通過(guò)實(shí)例簡(jiǎn)介，說(shuō)明智能控制的智能機(jī)器人規(guī)劃與控制機(jī)器人研究者們所關(guān)心的主要研究方向之一是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的規(guī)劃與控制。給出一個(gè)規(guī)定的任務(wù)之后，首先必須作出滿足該任務(wù)要求的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃；然后，這個(gè)規(guī)劃再由控制來(lái)執(zhí)行，該控制足以使機(jī)器人適當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生所期望的運(yùn)動(dòng)。這里，以復(fù)式自主水下運(yùn)載器（MultipleAutonomousUnderseaVehicle,MAUV）的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與控制系統(tǒng)為例加以說(shuō)明。2022/11/235智能機(jī)器人規(guī)劃與控制機(jī)器人研究者們所關(guān)心的主要研究方向之一是為實(shí)現(xiàn)MAUV在復(fù)雜環(huán)境下的實(shí)時(shí)智能控制，需要研究的問(wèn)題包括分布式控制、基于智能的系統(tǒng)、實(shí)時(shí)規(guī)劃、環(huán)境建模、閥值驅(qū)動(dòng)推理，智能傳感、智能通訊、交互問(wèn)題求解、對(duì)策和學(xué)習(xí)等。MAUV系統(tǒng)需要完成的作用則包括預(yù)測(cè)、探索、潛入、偽裝、攻擊、逃逸、通訊和合作等。這些作用是在自然的和潛在危險(xiǎn)的環(huán)境中完成的。2022/11/236為實(shí)現(xiàn)MAUV在復(fù)雜環(huán)境下的實(shí)時(shí)智能控制，需要研究的問(wèn)題包括下圖給出MAUV的一種智能控制結(jié)構(gòu)，其實(shí)際結(jié)構(gòu)采用分段分層框架。各段計(jì)算模塊由一個(gè)通訊系統(tǒng)和一個(gè)公共存儲(chǔ)器提供服務(wù)。MAUV系統(tǒng)的硬件包括SUN工作站、VAXll/785、微型VAX機(jī)、多種微機(jī)和IRIS圖形系統(tǒng)等，其軟件是建立在Ironics開(kāi)發(fā)系統(tǒng)和Ironics-Unix開(kāi)發(fā)系統(tǒng)基礎(chǔ)上的。2022/11/237下圖給出MAUV的一種智能控制結(jié)構(gòu)，其實(shí)際結(jié)構(gòu)采用分段分層框2022/11/2382022/11/228生產(chǎn)過(guò)程的智能監(jiān)控許多工業(yè)連續(xù)生產(chǎn)線，如軋鋼、化工、煉油、材料加工、造紙和核反應(yīng)等，其生產(chǎn)過(guò)程需要監(jiān)視和控制，以保證高性能和高可靠性。為保持物理參數(shù)具有一定的精度，確保產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，已在一些連續(xù)生產(chǎn)線或工業(yè)裝置上采用了有效的智能控制模式。例如，旋轉(zhuǎn)水泥窯的模糊控制、汽車工業(yè)的高級(jí)模糊邏輯控制、軋鋼機(jī)的神經(jīng)控制、分布式材料加工系統(tǒng)、智能PH值過(guò)程控制、工業(yè)鍋爐的遞階智能控制以及核反器的知識(shí)基控制等。2022/11/239生產(chǎn)過(guò)程的智能監(jiān)控許多工業(yè)連續(xù)生產(chǎn)線，如軋鋼、化工、煉油、材其中，工業(yè)鍋爐的遞階智能控制可作為這方面的典型。下圖表示該控制系統(tǒng)的混合控制器方框圖。從圖可知，其控制模式包括專家控制、多模式控制和自校正PID控制。2022/11/2310其中，工業(yè)鍋爐的遞階智能控制可作為這方面的典型。下圖表示該控2022/11/23112022/11/2211本控制系統(tǒng)的智能控制算法采用偏差e(k)與e(k)的相平面分析方法，并采用產(chǎn)生式規(guī)則表示應(yīng)當(dāng)采用的控制模式。專家控制用以模擬人類專家的操作經(jīng)驗(yàn)，并編制出40多條控制規(guī)則。自校正PID控制除了數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)外，還包括模式識(shí)別裝置等。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行結(jié)果表明，本控制器的混合結(jié)構(gòu)是相當(dāng)成功的。專家控制模式對(duì)于鍋爐燃燒過(guò)程是適用的，當(dāng)負(fù)荷增減或燃煤質(zhì)量變化時(shí)，專家控制十分有效。自尋優(yōu)和自學(xué)習(xí)算法則實(shí)現(xiàn)煤炭的經(jīng)濟(jì)燒燃。工業(yè)鍋爐的效率因引用本專家控制而顯著提高。2022/11/2312本控制系統(tǒng)的智能控制算法采用偏差e(k)與e(k)的相平面自動(dòng)加工系統(tǒng)的智能控制計(jì)算機(jī)集成加工系統(tǒng)（CIMS）和柔性加工系統(tǒng)（FMS）在近年來(lái)獲得迅速發(fā)展。在一個(gè)復(fù)雜的加工過(guò)程中，不同條件下的多種操作是必要的，以求保證產(chǎn)品質(zhì)量。環(huán)境的不確定性以及系統(tǒng)硬件和軟件的復(fù)雜性，向當(dāng)代控制工程師們?cè)O(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)有效的集成控制系統(tǒng)提出了挑戰(zhàn)。2022/11/2313自動(dòng)加工系統(tǒng)的智能控制計(jì)算機(jī)集成加工系統(tǒng)（CIMS）和柔性加下圖表示一種基于Petri網(wǎng)的自動(dòng)加工智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。為了把現(xiàn)有的Petri網(wǎng)技術(shù)用于現(xiàn)代加工系統(tǒng)，需要開(kāi)發(fā)出一種新技術(shù)，把機(jī)器智能技術(shù)和Petri網(wǎng)理論以及智能離散事件控制器連接起來(lái)。我們可把CIMS和FMS系統(tǒng)作為離散事件驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)處理，而基于Petri網(wǎng)的方法則可用來(lái)設(shè)計(jì)這類智能控制器。實(shí)際CIMS或FMS系統(tǒng)和Petri網(wǎng)模型的具體分析。2022/11/2314下圖表示一種基于Petri網(wǎng)的自動(dòng)加工智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。為2022/11/23152022/11/2215智能故障檢測(cè)與診斷故障檢測(cè)和診斷與過(guò)程監(jiān)控密切相關(guān)。一個(gè)高級(jí)的過(guò)程控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有故障自動(dòng)檢測(cè)和自診斷能力，以保證系統(tǒng)工作的高度可靠性。過(guò)去幾年中，因控制不當(dāng)或未能對(duì)故障進(jìn)行及時(shí)診斷而發(fā)生過(guò)一些重大事故，釀成災(zāi)難。例如，發(fā)生在前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站的事故等。從那時(shí)以來(lái)，人們已對(duì)特別復(fù)雜系統(tǒng)故障診斷的重要性引起前所未有的重視。2022/11/2316智能故障檢測(cè)與診斷故障檢測(cè)和診斷與過(guò)程監(jiān)控密切相關(guān)。一個(gè)高級(jí)當(dāng)然，許多高級(jí)的醫(yī)療診斷系統(tǒng)也是智能故障診斷系統(tǒng)；不同之處僅僅在于診斷的對(duì)象不同。所有智能故障檢測(cè)與診斷（IFDD）系統(tǒng)的一般任務(wù)是根據(jù)已觀察到的狀況、領(lǐng)域知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，推斷出系統(tǒng)、部件或器官的故障原因，以便盡可能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除故障，以提高系統(tǒng)或裝備的可靠性。生產(chǎn)過(guò)程故障診斷系統(tǒng)能夠了解各部分的特性以及這些特性間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)一種現(xiàn)象掩蓋的另一現(xiàn)象，為用戶提供檢測(cè)數(shù)據(jù)，并盡可能正確地從不確定信息作出診斷結(jié)論。更準(zhǔn)確地說(shuō)，F(xiàn)DD系統(tǒng)的主要任務(wù)為：（l）檢測(cè)出系統(tǒng)或過(guò)程在某一時(shí)刻是否發(fā)生故障，并在故障發(fā)生后立即發(fā)出故障警報(bào)。（2）在故障發(fā)生后，迅速確定故障部件或部位、故障原因和程度，以及故障對(duì)系統(tǒng)的影響和發(fā)展趨勢(shì)。（3）提供消除有關(guān)故障的措施，以便隔離和替換故障部件，抑制和消除有關(guān)故障，使系統(tǒng)或過(guò)程恢復(fù)正常工作狀態(tài)。2022/11/2317當(dāng)然，許多高級(jí)的醫(yī)療診斷系統(tǒng)也是智能故障診斷系統(tǒng)；不同之處僅飛行器的智能控制飛行過(guò)程控制一直是自動(dòng)控制的重要應(yīng)用研究領(lǐng)域之一。大多數(shù)商用飛機(jī)都裝備有可供選擇的自動(dòng)降落系統(tǒng)的自動(dòng)駕駛儀。這種自動(dòng)駕駛系統(tǒng)已被用于包括747S、A380等飛機(jī)上；一般使用在晴朗和無(wú)風(fēng)的氣候條件下，也可用于有霧或下雨但無(wú)風(fēng)的氣候。使用自動(dòng)駕駛系統(tǒng)代替飛機(jī)駕駛員是基于下列二個(gè)理由的：首先，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)飛機(jī)的可靠平穩(wěn)降落，從而提高乘客的舒適感，減少輪胎和降落齒輪的摩損。其次，為駕駛員提供無(wú)風(fēng)氣候下的重要訓(xùn)練手段，使他們習(xí)慣于一個(gè)必須了解和信賴的系統(tǒng)，以便在未來(lái)可能遇到的不利氣候條件下，能夠操作自如。2022/11/2318飛行器的智能控制飛行過(guò)程控制一直是自動(dòng)控制的重要應(yīng)用研究領(lǐng)域現(xiàn)有的自動(dòng)降落系統(tǒng)僅在一定的操作安全范圍內(nèi)才能可靠地工作，而且無(wú)法在強(qiáng)烈下降氣流下運(yùn)行。當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重紊流擾動(dòng)時(shí)，一般的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)也難于對(duì)付。為了提高飛行器降落過(guò)程的可靠性和平穩(wěn)性，需要一種新的能夠擴(kuò)展運(yùn)行范圍的制導(dǎo)技術(shù)，使它能夠在比較寬松的氣候條件情況下，作出安全響應(yīng)。2022/11/2319現(xiàn)有的自動(dòng)降落系統(tǒng)僅在一定的操作安全范圍內(nèi)才能可靠地工作，而一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的飛行控制器能夠提供這種控制，它能夠處理紊流和其它可能出現(xiàn)的非線性控制情況。一個(gè)訓(xùn)練有素的飛行員在長(zhǎng)期實(shí)踐中發(fā)展了他的熟練的直覺(jué)；這種稱為"飛行感"的直覺(jué)使他能夠在各種新的和未經(jīng)預(yù)測(cè)的飛行條件下作出恰如其分的操作反應(yīng)。在操作上的這種"飛行感"到底是什么，還難以說(shuō)清，但是它卻使有經(jīng)驗(yàn)的駕駛員能夠比傳統(tǒng)的自動(dòng)駕駛控制器更好地處理非常氣候尤其是惡劣氣候。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠較好地處理各種非線性或未識(shí)別線性關(guān)系，而這些關(guān)系往往是駕駛員可能運(yùn)用的。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在原則上能夠產(chǎn)生從一個(gè)大的變量集合（如傳感器參量）到另一個(gè)變量集合（如操作模式或控制動(dòng)作）的映射。2022/11/2320一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的飛行控制器能夠提供這種控制，它能夠處理紊流自80年代中葉以來(lái)，智能控制已被應(yīng)用于飛行過(guò)程控制，尤其是飛機(jī)的俯傾（flare）和降落（landing）控制。一種已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其輸入信號(hào)包括飛行高度的指令和飛行高度估計(jì)值等。所考慮的輸入包括當(dāng)前飛行高度和高長(zhǎng)比誤差值以及前一個(gè)仿真段的有關(guān)值。此外，還提供了前段的傾斜高度指令。可訓(xùn)練適應(yīng)飛行控制器主要由“教師”（人或控制規(guī)律）和可訓(xùn)練控制器組成，而后者則由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（采用BP學(xué)習(xí)算法）實(shí)現(xiàn)。整個(gè)飛行控制過(guò)程由飛機(jī)數(shù)學(xué)模型來(lái)表示。下圖所示為一飛行器的飛行智能控制系統(tǒng)的制導(dǎo)、領(lǐng)航和控制結(jié)構(gòu)，其中用虛線表示領(lǐng)航員的作用，以期與計(jì)算機(jī)的作用進(jìn)行比較。

2022/11/2321自80年代中葉以來(lái)，智能控制已被應(yīng)用于飛行過(guò)程控制，尤其是飛2022/11/23222022/11/2222醫(yī)療過(guò)程智能控制早從70年代中葉起，專家系統(tǒng)技術(shù)就被成功的應(yīng)用于各種醫(yī)療領(lǐng)域。作為醫(yī)用智能過(guò)程控制的新例子，讓我們介紹一個(gè)用于控制手術(shù)過(guò)程中麻醉深度的病人平均動(dòng)脈血壓（MAP）的模糊邏輯控制系統(tǒng)。MAP是衡量麻醉深度的重要參數(shù)。在該控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)時(shí)，采用模糊關(guān)系函數(shù)和語(yǔ)言規(guī)則。本系統(tǒng)已在許多不同的外科手術(shù)中得到成功應(yīng)用。2022/11/2323醫(yī)療過(guò)程智能控制早從70年代中葉起，專家系統(tǒng)技術(shù)就被成功的應(yīng)第一批麻醉深度控制實(shí)驗(yàn)始于70年代，它們采用恒增益PID控制器。接著，出現(xiàn)了具有一步自適應(yīng)增益的控制器，不過(guò)仍不能處理手術(shù)期間病人的時(shí)變參數(shù)問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題可借用自適應(yīng)控制器來(lái)解決，它對(duì)病人參數(shù)變化具有較好的魯棒性。更新的研究采用基于規(guī)則和模糊邏輯的控制器，以便處理生物系統(tǒng)的時(shí)變結(jié)構(gòu)問(wèn)題。麻醉深度模糊控制系統(tǒng)的方框圖如圖所示。有兩類擾動(dòng)：因手術(shù)、心血管病和用藥引起的病人痛苦而出現(xiàn)的噪聲；因儀器校準(zhǔn)和電灼等引起的血壓和人工制品的測(cè)量噪聲。2022/11/2324第一批麻醉深度控制實(shí)驗(yàn)始于70年代，它們采用恒增益PID控制2022/11/23252022/11/2225所開(kāi)發(fā)的計(jì)算機(jī)程序能夠執(zhí)行數(shù)據(jù)獲取、顯示、控制和存儲(chǔ)等任務(wù)。主程序可在任何時(shí)刻起動(dòng)，使控制器開(kāi)始工作。在自動(dòng)控制循環(huán)內(nèi)，MAP進(jìn)行濾波、控制計(jì)算，控制信號(hào)修正、數(shù)據(jù)顯示、更新和存儲(chǔ)等工作，每l0秒重復(fù)一次。計(jì)算機(jī)顯示出實(shí)際和期望血壓以及吸氣和呼氣量。在任何時(shí)刻均可改變MAP的期望值而無(wú)須中斷自動(dòng)控制工作。所有感興趣的數(shù)據(jù)都被存入文件，供以后檢驗(yàn)。2022/11/2326所開(kāi)發(fā)的計(jì)算機(jī)程序能夠執(zhí)行數(shù)據(jù)獲取、顯示、控制和存儲(chǔ)等任務(wù)。智能控制應(yīng)用研究的存在問(wèn)題目前，智能控制研究已形成一股不小的熱潮，并促進(jìn)智能控制及其它學(xué)科與部門的發(fā)展。冷靜地分析這股熱潮，發(fā)現(xiàn)有不少問(wèn)題值得引起注意。2022/11/2327智能控制應(yīng)用研究的存在問(wèn)題目前，智能控制研究已形成一股不小的首先，智能控制的應(yīng)用研究目標(biāo)和主攻方向不夠明確。作為應(yīng)用研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究，智能自動(dòng)化在于尋求有別于傳統(tǒng)控制的新的實(shí)用控制技術(shù)。離開(kāi)了實(shí)際應(yīng)用而紙上談兵，那就不是真正的應(yīng)用研究。有些應(yīng)用研究以鑒定會(huì)或發(fā)表論文而畫上句號(hào)。這可能敗壞智能控制和研究者自身的聲譽(yù)。每個(gè)部門、每個(gè)單位或每個(gè)人，應(yīng)該因地制宜地選定自己的研究方向。順便說(shuō)一下，現(xiàn)有的一些研究具有盲目性，很多是低水平重復(fù)研究，很難取得較高水準(zhǔn)和創(chuàng)新的成果。2022/11/2328首先，智能控制的應(yīng)用研究目標(biāo)和主攻方向不夠明確。作為應(yīng)用研究其次，智能自動(dòng)化要面向復(fù)雜系統(tǒng)。對(duì)于一些比較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，引入智能控制并不值得，尤如用大炮打麻雀甚至跳蚤一樣。這并不是說(shuō)不可以搞較為簡(jiǎn)單的系統(tǒng)；然而，搞簡(jiǎn)單系統(tǒng)統(tǒng)是為了進(jìn)一步研究復(fù)雜系統(tǒng)；而且，如果簡(jiǎn)單的智能控制系統(tǒng)的復(fù)雜性、故障率和成本高于同類應(yīng)用傳統(tǒng)控制系統(tǒng)，那么，智能控制的優(yōu)越性就會(huì)令人置疑。反之，智能控制的聲譽(yù)就會(huì)更高。值得順便一提的是，目前"智能"已被濫用，一些毫無(wú)智能可言的系統(tǒng)也被冠以"智能"美名，甚至借此招搖撞騙，值得警惕。2022/11/2329其次，智能自動(dòng)化要面向復(fù)雜系統(tǒng)。對(duì)于一些比較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，引入最后，研制新型智能控制硬件和軟件，在智能控制研究中，往往缺少較好的軟件環(huán)境，硬件方面存在的問(wèn)題更大。例如，大多數(shù)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)，還停留在"仿真"水平上，未能真正解決其實(shí)現(xiàn)問(wèn)題，更談不上實(shí)際應(yīng)用。這方面要做的事不少，例如，提高運(yùn)行速度、實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制、提高對(duì)環(huán)境的感覺(jué)和解釋能力、設(shè)計(jì)模塊化傳感器接口以及改善信息識(shí)別和處理能力等。在這方面的交流也存在一些問(wèn)題。由于軟件和硬件實(shí)現(xiàn)問(wèn)題是技術(shù)關(guān)鍵，以至互相保密，不愿交流；這不利于智能控制的發(fā)展。應(yīng)當(dāng)研究出一種辦法，以便實(shí)現(xiàn)合理的和積極的技術(shù)交流。2022/11/2330最后，研制新型智能控制硬件和軟件，在智能控制研究中，往往缺少智能控制的進(jìn)一步研究問(wèn)題毫無(wú)疑問(wèn)，在過(guò)去十年中，智能控制已經(jīng)獲得迅速發(fā)展，并得到日益廣泛的應(yīng)用。越來(lái)越多的研究者從不同方向從事智能控制學(xué)科的研究工作；他們相信，智能控制一定會(huì)以其新的成果對(duì)科學(xué)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)以及人民生活作出重大貢獻(xiàn)。不過(guò)，智能控制是一門新建立的學(xué)科，無(wú)論在理論上或應(yīng)用上，仍然不夠完善，有待繼續(xù)研究與發(fā)展。本節(jié)打算探討智能控制的進(jìn)一步研究問(wèn)題，展望智能控制的發(fā)展。2022/11/2331智能控制的進(jìn)一步研究問(wèn)題毫無(wú)疑問(wèn)，在過(guò)去十年中，智能控制已經(jīng)智能控制將起更重要的作用

尤如人工智能的智能機(jī)器人一樣，智能控制涉及許多科技領(lǐng)域，如人工智能、控制論、系統(tǒng)論、信息論、認(rèn)知心理學(xué)、認(rèn)知生理學(xué)、認(rèn)知工程學(xué)、語(yǔ)言學(xué)、邏輯學(xué)、仿生學(xué)、機(jī)器人學(xué)、VLSI和計(jì)算機(jī)科學(xué)等。相關(guān)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展已為智能控制學(xué)科的發(fā)展提供強(qiáng)大的推動(dòng)力；反之，智能控制的研究與發(fā)展也為上述所有領(lǐng)域提供一個(gè)合適的試驗(yàn)和應(yīng)用場(chǎng)所。下圖提出相關(guān)科學(xué)技術(shù)與智能控制系統(tǒng)的關(guān)系，該關(guān)系調(diào)強(qiáng)了發(fā)展智能科學(xué)（包括智能控制）所需要的知識(shí)與智能。2022/11/2332智能控制將起更重要的作用尤如人工智能的智能機(jī)器人一樣，智能2022/11/23332022/11/2233在自動(dòng)控制領(lǐng)域，智能控制也起到越來(lái)越重要的作用。正如我們?cè)诘谝徽轮杏懻撨^(guò)的，控制方法已經(jīng)為廣泛的復(fù)雜系統(tǒng)及其應(yīng)用打開(kāi)了新的大門；這些復(fù)雜系統(tǒng)往往具有不確定性和強(qiáng)非線性等特征。常規(guī)控制在應(yīng)用中已遇到不少困難，而且控制系統(tǒng)處理這類困難的成功程度取決于系統(tǒng)的智能水平。智能控制已成為克服這些困難的一種比較有效的方法，并在高級(jí)機(jī)器人、智能規(guī)劃與調(diào)度、自動(dòng)制造系統(tǒng)、故障檢測(cè)與診斷、交通運(yùn)輸、醫(yī)療以及智能儀器等方面獲得廣泛應(yīng)用。2022/11/2334在自動(dòng)控制領(lǐng)域，智能控制也起到越來(lái)越重要的作用。正如我們?cè)诘谥悄芸刂频倪M(jìn)一步研究問(wèn)題

為了鞏固智能控制研究與應(yīng)用成果，提出下列一些智能控制進(jìn)一步研究的問(wèn)題。

2022/11/2335智能控制的進(jìn)一步研究問(wèn)題為了鞏固智能控制研究與應(yīng)用成果，提l.控制問(wèn)題的表示

在過(guò)去，對(duì)控制系統(tǒng)的世界表示問(wèn)題的重視不夠，而且通?？紤]采用微積分模型作為處理控制問(wèn)題的主要工具。往往以隱含的方法來(lái)描述目標(biāo)和控制概念。傳統(tǒng)上把控制系統(tǒng)看做表示輸入和輸出的時(shí)間函數(shù)的有序?qū)?。給出最少的受控對(duì)象（裝置）的信息，它是完成和描述系統(tǒng)未來(lái)行為所需要的。不過(guò)，傳統(tǒng)的表示方法很難在廣泛的范圍內(nèi)使用。2022/11/2336l.控制問(wèn)題的表示在過(guò)去，對(duì)控制系統(tǒng)的世界表示問(wèn)題的重視智能控制應(yīng)用更多的表示方法，如圖搜索、謂詞演算、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)、過(guò)程、黑板、框架和劇本等。已經(jīng)提出和應(yīng)用一些混合表示方法。還發(fā)展了一種統(tǒng)一的知識(shí)表示方法，而且把時(shí)序邏輯語(yǔ)言XYZ用于控制過(guò)程的研究也取得進(jìn)展很久一段時(shí)間內(nèi)，控制過(guò)程設(shè)計(jì)被理解為系統(tǒng)各參數(shù)的綜合。后來(lái)，越來(lái)越清楚地認(rèn)識(shí)到，控制過(guò)程設(shè)計(jì)是系統(tǒng)模型和實(shí)際結(jié)構(gòu)的綜合?，F(xiàn)在，更進(jìn)一步明確到，這個(gè)綜合包括任務(wù)形式化過(guò)程。2022/11/2337智能控制應(yīng)用更多的表示方法，如圖搜索、謂詞演算、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)、過(guò)2.認(rèn)知控制器當(dāng)智能控制系統(tǒng)中的知識(shí)庫(kù)很大而且感知多樣化時(shí)，智能控制器的操作將接近于人的判別。有許多人類判別（識(shí)別）的隱喻模型。不過(guò)，它們并非為用于智能控制系統(tǒng)而發(fā)明的。具有遞階感知和知識(shí)庫(kù)的分級(jí)控制系統(tǒng)最接近于（類似）人類的認(rèn)知活動(dòng)。此外，對(duì)人類認(rèn)知過(guò)程的理解仍然很有限和不完全。在這種情況下，設(shè)計(jì)認(rèn)知控制器必將遇到許多困難。隨著認(rèn)知科學(xué)研究的進(jìn)展，將會(huì)開(kāi)發(fā)出更好的認(rèn)知模型的更好的認(rèn)知控制器。2022/11/23382.認(rèn)知控制器當(dāng)智能控制系統(tǒng)中的知識(shí)庫(kù)很大而且感知多樣化時(shí)3.控制模式

如果某個(gè)控制系統(tǒng)僅僅采用順序控制，那么它就算不上一類智能控制。其它控制模式，諸如交互控制、自主控制、邏輯控制、認(rèn)知控制以及直接語(yǔ)音控制等，則被認(rèn)為屬于智能控制.交互控制是用得最多和最易實(shí)現(xiàn)的。自主控制用于需要高控制性能且含有不確定環(huán)境的系統(tǒng)或裝置。用于復(fù)雜系統(tǒng)的直接語(yǔ)音控制仍是令人感興趣的研究課題，而且期望有所突破。此外，常常采用混合控制模式。2022/11/23393.控制模式如果某個(gè)控制系統(tǒng)僅僅采用順序控制，那么它就算不展望智能控制的發(fā)展讓我們來(lái)討論智能控制的發(fā)展趨勢(shì)。為了能夠引起興趣與爭(zhēng)論，通常需要預(yù)測(cè)某些新的甚至意料不到的事物。同時(shí)，任何欣然接受這種預(yù)測(cè)而沒(méi)有發(fā)現(xiàn)受到愚弄的人，能夠使這種預(yù)測(cè)與自己的現(xiàn)有信仰保持一致,因而在一定程度上期待著新事物的出現(xiàn)而又不過(guò)于激動(dòng)。

2022/11/2340展望智能控制的發(fā)展讓我們來(lái)討論智能控制的發(fā)展趨勢(shì)。為了能夠引1.尋求更新的理論框架到底未來(lái)的新型智能控制理論是什么，現(xiàn)在我們還難以預(yù)料。我們需要深入研究智能控制的基本理論和概念，尋找至今尚未發(fā)現(xiàn)的新理論，建立新的智能控制機(jī)理。例如，建立控制知識(shí)和控制系統(tǒng)的統(tǒng)一描述（表示），完整地和系統(tǒng)地研究智能控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、魯棒性和動(dòng)態(tài)特性，構(gòu)造新一代基于模型的專家控制系統(tǒng)，以及開(kāi)發(fā)新的基于仿生學(xué)和擬人學(xué)控制機(jī)制等。所有這些，對(duì)于建立新的智能控制理論框架都是十分重要的問(wèn)題。2022/11/23411.尋求更新的理論框架到底未來(lái)的新型智能控制理論是什么，現(xiàn)在近年來(lái)在智能控制領(lǐng)域出現(xiàn)一種十分可喜的現(xiàn)象,即人工智能不同學(xué)派的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)在智能控制學(xué)科上得到很好的融合與相互認(rèn)同。這為智能控制建立了比較系統(tǒng)和扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和計(jì)算框架。尤其是計(jì)算智能的不斷發(fā)展為智能控制提供了新的研究領(lǐng)域,一些新的智能方法即將出現(xiàn)。2022/11/2342近年來(lái)在智能控制領(lǐng)域出現(xiàn)一種十分可喜的現(xiàn)象,即人工智能不同學(xué)2.進(jìn)行更好的技術(shù)集成

與人工智能相似的是，智能控制技術(shù)是人工智能技術(shù)與其它信息處理技術(shù)，尤其是信息論、系統(tǒng)論、控制論和認(rèn)識(shí)工程學(xué)等的集成。從學(xué)科結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)來(lái)看，提出了不同的思想，其中，智能控制的四元交集結(jié)構(gòu)是最有代表性的一種集成思想。在智能控制領(lǐng)域內(nèi)已集成了許多不同的控制方案，如模糊自學(xué)習(xí)神經(jīng)控制就集成了模糊控制、學(xué)習(xí)控制和神經(jīng)控制等技術(shù)。2022/11/23432.進(jìn)行更好的技術(shù)集成與人工智能相似的是，智能控制技術(shù)是人2022/11/23442022/11/22443.開(kāi)發(fā)更成熟的應(yīng)用方法

為了實(shí)現(xiàn)智能控制，必須開(kāi)發(fā)新的硬件和軟件。實(shí)現(xiàn)智能控制固然需要硬件的保障，不過(guò)，軟件應(yīng)是智能控制的核心；因?yàn)榭刂破鞯闹悄芑钦麄€(gè)智能控制的核心，而這一智能化基本上要靠軟件技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。軟件工程適應(yīng)這一需要開(kāi)發(fā)了許多復(fù)雜的軟件系統(tǒng)和工具，可用于許多智能控制系統(tǒng)。2022/11/23453.開(kāi)發(fā)更成熟的應(yīng)用方法為了實(shí)現(xiàn)智能控制，必須開(kāi)發(fā)新的硬件3.開(kāi)發(fā)更成熟的應(yīng)用方法

控制軟件能夠?yàn)橐欢愋偷目刂茊?wèn)題的有效求解提供標(biāo)準(zhǔn)化程序。由于智能控制應(yīng)用問(wèn)題的復(fù)雜性和廣泛性，傳統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方法已顯得不適應(yīng)和不夠用。一個(gè)問(wèn)題是，智能控制軟件要執(zhí)行的功能很可能隨著控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)而變化。智能控制技術(shù)必須支持智能控制的開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)，并允許控制系統(tǒng)有組織地從一個(gè)較小的核心原型逐漸發(fā)展成為一個(gè)完整的應(yīng)用系統(tǒng)。2022/11/23463.開(kāi)發(fā)更成熟的應(yīng)用方法控制軟件能夠?yàn)橐欢愋偷目刂茊?wèn)題的人們可以期望，智能控制技術(shù)必將有更廣泛和有效的發(fā)展。在智能控制應(yīng)用中，新方法正在被發(fā)現(xiàn)，以分類與解決復(fù)雜的控制問(wèn)題。通過(guò)開(kāi)發(fā)新技術(shù)、新工具和新算法，更成熟的應(yīng)用方法最終將能允許智能控制被成功地應(yīng)用到更多的至今尚未涉足的領(lǐng)域。2022/11/2347人們可以期望，智能控制技術(shù)必將有更廣泛和有效的發(fā)展。在智能控結(jié)束語(yǔ)智能控制己初具學(xué)科體系,包括基礎(chǔ)理論、技術(shù)方法和實(shí)際應(yīng)用諸方面。在基礎(chǔ)理論方面,涉及傳統(tǒng)人工智能的知識(shí)表示和推理、計(jì)算智能(如模糊計(jì)算、神經(jīng)計(jì)算和進(jìn)化計(jì)算等)和機(jī)器學(xué)習(xí)等。在技術(shù)方法方面,從遞階控制、專家控制、模糊控制、神經(jīng)控制、學(xué)習(xí)控制、仿人控制和進(jìn)化控制等系統(tǒng)加以研究。在實(shí)際應(yīng)用方面,則具有十分廣泛的用武之地。各種不同人工智能學(xué)派的觀點(diǎn)在智能控制學(xué)科上得到很好的包涵與融合,為不同學(xué)術(shù)派別的合作樹(shù)立了典范。2022/11/2348結(jié)束語(yǔ)智能控制己初具學(xué)科體系,包括基礎(chǔ)理論、技術(shù)方法和實(shí)際應(yīng)可以預(yù)言，人工智能、智能機(jī)器和智能系統(tǒng)，包括智能控制和智能控制系統(tǒng)一定能夠得到更大的發(fā)展,一定會(huì)比傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)有廣泛得多的應(yīng)用領(lǐng)域。我們相信，智能控制一定有個(gè)更加美好的未來(lái)，盡管這一天可能還相距甚遠(yuǎn)；而且，這一天的到來(lái)需要我們付出更辛勤的勞動(dòng)和更昂貴的代價(jià)，需要幾代人的持續(xù)奮斗。2022/11/2349可以預(yù)言，人工智能、智能機(jī)器和智能系統(tǒng)，包括智能控制和智能控科學(xué)思維和科技創(chuàng)新需要?jiǎng)?chuàng)造靈感和異想天開(kāi)的想象力。這種靈感和想象力是激勵(lì)人們善于探索和勇于開(kāi)拓的“催化劑”,是創(chuàng)立科學(xué)新思想的“觸發(fā)信號(hào)”?？茖W(xué)研究需要腳踏實(shí)地;然而,沒(méi)有“異想天開(kāi)”的“腳踏實(shí)地”最多只能重踏他人和前人走過(guò)的腳印,不能為科學(xué)技術(shù)做出創(chuàng)造性的貢獻(xiàn)。愿每一位有志從事智能控制研究和應(yīng)用的同學(xué)們都能異想天開(kāi)和腳踏實(shí)地,為智能控制學(xué)科的發(fā)展做出創(chuàng)造性貢獻(xiàn)。2022/11/2350科學(xué)思維和科技創(chuàng)新需要?jiǎng)?chuàng)造靈感和異想天開(kāi)的想象力。這種靈感和關(guān)于《智能控制技術(shù)》這門課，我們就介紹到這里，控制智能化的研究是一條沒(méi)有盡頭的路，希望有興趣和志向的同學(xué)將來(lái)能在這個(gè)領(lǐng)域闖出自己的一片天地。謝謝2022/11/2351關(guān)于《智能控制技術(shù)》這門課，我們就介紹到這里，控制智能化的研第7章智能控制技術(shù)應(yīng)用與研究展望52第7章智能控制技術(shù)應(yīng)用與研究展望1我們已經(jīng)在前面各章中介紹與分析了智能控制的許多應(yīng)用例子，它們涉及各類智能控制系統(tǒng)。智能控制是否能得到成功的應(yīng)用？這是許多人關(guān)注的問(wèn)題。盡管智能控制的應(yīng)用成果還是比較初步的，它們的有效性還有待進(jìn)一步通過(guò)實(shí)踐來(lái)檢驗(yàn)，但是，在短短十多年內(nèi)，智能控制能夠在那么廣泛的范圍內(nèi)和較大的深度上獲得成功應(yīng)用，已給從事智能控制研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的人們以極大的鼓舞。2022/11/2353我們已經(jīng)在前面各章中介紹與分析了智能控制的許多應(yīng)用例子，它們智能控制的研究和應(yīng)用是一副多彩多姿的圖象，從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，從家用電器到火箭制導(dǎo)，從制造業(yè)到采礦業(yè)，從飛行器到武器控制，從軋鋼機(jī)到郵件處理機(jī)，從工業(yè)機(jī)器人到康復(fù)假肢等等，都有智能控制的用武之地。限于篇幅，本章第一部分僅就智能控制應(yīng)用的兩個(gè)方面進(jìn)行討論：一為智能控制有哪些主要應(yīng)用領(lǐng)域，二為智能控制應(yīng)用研究中目前存在哪些問(wèn)題。本章的第二部分將展望智能控制的發(fā)展。下面對(duì)它們分別加以討論。2022/11/2354智能控制的研究和應(yīng)用是一副多彩多姿的圖象，從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)智能控制的應(yīng)用研究領(lǐng)域與現(xiàn)狀本節(jié)通過(guò)實(shí)例簡(jiǎn)介，說(shuō)明智能控制的幾個(gè)主要應(yīng)用研究領(lǐng)域及其現(xiàn)狀。2022/11/2355智能控制的應(yīng)用研究領(lǐng)域與現(xiàn)狀本節(jié)通過(guò)實(shí)例簡(jiǎn)介，說(shuō)明智能控制的智能機(jī)器人規(guī)劃與控制機(jī)器人研究者們所關(guān)心的主要研究方向之一是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的規(guī)劃與控制。給出一個(gè)規(guī)定的任務(wù)之后，首先必須作出滿足該任務(wù)要求的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃；然后，這個(gè)規(guī)劃再由控制來(lái)執(zhí)行，該控制足以使機(jī)器人適當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生所期望的運(yùn)動(dòng)。這里，以復(fù)式自主水下運(yùn)載器（MultipleAutonomousUnderseaVehicle,MAUV）的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與控制系統(tǒng)為例加以說(shuō)明。2022/11/2356智能機(jī)器人規(guī)劃與控制機(jī)器人研究者們所關(guān)心的主要研究方向之一是為實(shí)現(xiàn)MAUV在復(fù)雜環(huán)境下的實(shí)時(shí)智能控制，需要研究的問(wèn)題包括分布式控制、基于智能的系統(tǒng)、實(shí)時(shí)規(guī)劃、環(huán)境建模、閥值驅(qū)動(dòng)推理，智能傳感、智能通訊、交互問(wèn)題求解、對(duì)策和學(xué)習(xí)等。MAUV系統(tǒng)需要完成的作用則包括預(yù)測(cè)、探索、潛入、偽裝、攻擊、逃逸、通訊和合作等。這些作用是在自然的和潛在危險(xiǎn)的環(huán)境中完成的。2022/11/2357為實(shí)現(xiàn)MAUV在復(fù)雜環(huán)境下的實(shí)時(shí)智能控制，需要研究的問(wèn)題包括下圖給出MAUV的一種智能控制結(jié)構(gòu)，其實(shí)際結(jié)構(gòu)采用分段分層框架。各段計(jì)算模塊由一個(gè)通訊系統(tǒng)和一個(gè)公共存儲(chǔ)器提供服務(wù)。MAUV系統(tǒng)的硬件包括SUN工作站、VAXll/785、微型VAX機(jī)、多種微機(jī)和IRIS圖形系統(tǒng)等，其軟件是建立在Ironics開(kāi)發(fā)系統(tǒng)和Ironics-Unix開(kāi)發(fā)系統(tǒng)基礎(chǔ)上的。2022/11/2358下圖給出MAUV的一種智能控制結(jié)構(gòu)，其實(shí)際結(jié)構(gòu)采用分段分層框2022/11/23592022/11/228生產(chǎn)過(guò)程的智能監(jiān)控許多工業(yè)連續(xù)生產(chǎn)線，如軋鋼、化工、煉油、材料加工、造紙和核反應(yīng)等，其生產(chǎn)過(guò)程需要監(jiān)視和控制，以保證高性能和高可靠性。為保持物理參數(shù)具有一定的精度，確保產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，已在一些連續(xù)生產(chǎn)線或工業(yè)裝置上采用了有效的智能控制模式。例如，旋轉(zhuǎn)水泥窯的模糊控制、汽車工業(yè)的高級(jí)模糊邏輯控制、軋鋼機(jī)的神經(jīng)控制、分布式材料加工系統(tǒng)、智能PH值過(guò)程控制、工業(yè)鍋爐的遞階智能控制以及核反器的知識(shí)基控制等。2022/11/2360生產(chǎn)過(guò)程的智能監(jiān)控許多工業(yè)連續(xù)生產(chǎn)線，如軋鋼、化工、煉油、材其中，工業(yè)鍋爐的遞階智能控制可作為這方面的典型。下圖表示該控制系統(tǒng)的混合控制器方框圖。從圖可知，其控制模式包括專家控制、多模式控制和自校正PID控制。2022/11/2361其中，工業(yè)鍋爐的遞階智能控制可作為這方面的典型。下圖表示該控2022/11/23622022/11/2211本控制系統(tǒng)的智能控制算法采用偏差e(k)與e(k)的相平面分析方法，并采用產(chǎn)生式規(guī)則表示應(yīng)當(dāng)采用的控制模式。專家控制用以模擬人類專家的操作經(jīng)驗(yàn)，并編制出40多條控制規(guī)則。自校正PID控制除了數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)外，還包括模式識(shí)別裝置等。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行結(jié)果表明，本控制器的混合結(jié)構(gòu)是相當(dāng)成功的。專家控制模式對(duì)于鍋爐燃燒過(guò)程是適用的，當(dāng)負(fù)荷增減或燃煤質(zhì)量變化時(shí)，專家控制十分有效。自尋優(yōu)和自學(xué)習(xí)算法則實(shí)現(xiàn)煤炭的經(jīng)濟(jì)燒燃。工業(yè)鍋爐的效率因引用本專家控制而顯著提高。2022/11/2363本控制系統(tǒng)的智能控制算法采用偏差e(k)與e(k)的相平面自動(dòng)加工系統(tǒng)的智能控制計(jì)算機(jī)集成加工系統(tǒng)（CIMS）和柔性加工系統(tǒng)（FMS）在近年來(lái)獲得迅速發(fā)展。在一個(gè)復(fù)雜的加工過(guò)程中，不同條件下的多種操作是必要的，以求保證產(chǎn)品質(zhì)量。環(huán)境的不確定性以及系統(tǒng)硬件和軟件的復(fù)雜性，向當(dāng)代控制工程師們?cè)O(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)有效的集成控制系統(tǒng)提出了挑戰(zhàn)。2022/11/2364自動(dòng)加工系統(tǒng)的智能控制計(jì)算機(jī)集成加工系統(tǒng)（CIMS）和柔性加下圖表示一種基于Petri網(wǎng)的自動(dòng)加工智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。為了把現(xiàn)有的Petri網(wǎng)技術(shù)用于現(xiàn)代加工系統(tǒng)，需要開(kāi)發(fā)出一種新技術(shù)，把機(jī)器智能技術(shù)和Petri網(wǎng)理論以及智能離散事件控制器連接起來(lái)。我們可把CIMS和FMS系統(tǒng)作為離散事件驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)處理，而基于Petri網(wǎng)的方法則可用來(lái)設(shè)計(jì)這類智能控制器。實(shí)際CIMS或FMS系統(tǒng)和Petri網(wǎng)模型的具體分析。2022/11/2365下圖表示一種基于Petri網(wǎng)的自動(dòng)加工智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。為2022/11/23662022/11/2215智能故障檢測(cè)與診斷故障檢測(cè)和診斷與過(guò)程監(jiān)控密切相關(guān)。一個(gè)高級(jí)的過(guò)程控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有故障自動(dòng)檢測(cè)和自診斷能力，以保證系統(tǒng)工作的高度可靠性。過(guò)去幾年中，因控制不當(dāng)或未能對(duì)故障進(jìn)行及時(shí)診斷而發(fā)生過(guò)一些重大事故，釀成災(zāi)難。例如，發(fā)生在前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站的事故等。從那時(shí)以來(lái)，人們已對(duì)特別復(fù)雜系統(tǒng)故障診斷的重要性引起前所未有的重視。2022/11/2367智能故障檢測(cè)與診斷故障檢測(cè)和診斷與過(guò)程監(jiān)控密切相關(guān)。一個(gè)高級(jí)當(dāng)然，許多高級(jí)的醫(yī)療診斷系統(tǒng)也是智能故障診斷系統(tǒng)；不同之處僅僅在于診斷的對(duì)象不同。所有智能故障檢測(cè)與診斷（IFDD）系統(tǒng)的一般任務(wù)是根據(jù)已觀察到的狀況、領(lǐng)域知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，推斷出系統(tǒng)、部件或器官的故障原因，以便盡可能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除故障，以提高系統(tǒng)或裝備的可靠性。生產(chǎn)過(guò)程故障診斷系統(tǒng)能夠了解各部分的特性以及這些特性間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)一種現(xiàn)象掩蓋的另一現(xiàn)象，為用戶提供檢測(cè)數(shù)據(jù)，并盡可能正確地從不確定信息作出診斷結(jié)論。更準(zhǔn)確地說(shuō)，F(xiàn)DD系統(tǒng)的主要任務(wù)為：（l）檢測(cè)出系統(tǒng)或過(guò)程在某一時(shí)刻是否發(fā)生故障，并在故障發(fā)生后立即發(fā)出故障警報(bào)。（2）在故障發(fā)生后，迅速確定故障部件或部位、故障原因和程度，以及故障對(duì)系統(tǒng)的影響和發(fā)展趨勢(shì)。（3）提供消除有關(guān)故障的措施，以便隔離和替換故障部件，抑制和消除有關(guān)故障，使系統(tǒng)或過(guò)程恢復(fù)正常工作狀態(tài)。2022/11/2368當(dāng)然，許多高級(jí)的醫(yī)療診斷系統(tǒng)也是智能故障診斷系統(tǒng)；不同之處僅飛行器的智能控制飛行過(guò)程控制一直是自動(dòng)控制的重要應(yīng)用研究領(lǐng)域之一。大多數(shù)商用飛機(jī)都裝備有可供選擇的自動(dòng)降落系統(tǒng)的自動(dòng)駕駛儀。這種自動(dòng)駕駛系統(tǒng)已被用于包括747S、A380等飛機(jī)上；一般使用在晴朗和無(wú)風(fēng)的氣候條件下，也可用于有霧或下雨但無(wú)風(fēng)的氣候。使用自動(dòng)駕駛系統(tǒng)代替飛機(jī)駕駛員是基于下列二個(gè)理由的：首先，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)飛機(jī)的可靠平穩(wěn)降落，從而提高乘客的舒適感，減少輪胎和降落齒輪的摩損。其次，為駕駛員提供無(wú)風(fēng)氣候下的重要訓(xùn)練手段，使他們習(xí)慣于一個(gè)必須了解和信賴的系統(tǒng)，以便在未來(lái)可能遇到的不利氣候條件下，能夠操作自如。2022/11/2369飛行器的智能控制飛行過(guò)程控制一直是自動(dòng)控制的重要應(yīng)用研究領(lǐng)域現(xiàn)有的自動(dòng)降落系統(tǒng)僅在一定的操作安全范圍內(nèi)才能可靠地工作，而且無(wú)法在強(qiáng)烈下降氣流下運(yùn)行。當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重紊流擾動(dòng)時(shí)，一般的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)也難于對(duì)付。為了提高飛行器降落過(guò)程的可靠性和平穩(wěn)性，需要一種新的能夠擴(kuò)展運(yùn)行范圍的制導(dǎo)技術(shù)，使它能夠在比較寬松的氣候條件情況下，作出安全響應(yīng)。2022/11/2370現(xiàn)有的自動(dòng)降落系統(tǒng)僅在一定的操作安全范圍內(nèi)才能可靠地工作，而一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的飛行控制器能夠提供這種控制，它能夠處理紊流和其它可能出現(xiàn)的非線性控制情況。一個(gè)訓(xùn)練有素的飛行員在長(zhǎng)期實(shí)踐中發(fā)展了他的熟練的直覺(jué)；這種稱為"飛行感"的直覺(jué)使他能夠在各種新的和未經(jīng)預(yù)測(cè)的飛行條件下作出恰如其分的操作反應(yīng)。在操作上的這種"飛行感"到底是什么，還難以說(shuō)清，但是它卻使有經(jīng)驗(yàn)的駕駛員能夠比傳統(tǒng)的自動(dòng)駕駛控制器更好地處理非常氣候尤其是惡劣氣候。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠較好地處理各種非線性或未識(shí)別線性關(guān)系，而這些關(guān)系往往是駕駛員可能運(yùn)用的。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在原則上能夠產(chǎn)生從一個(gè)大的變量集合（如傳感器參量）到另一個(gè)變量集合（如操作模式或控制動(dòng)作）的映射。2022/11/2371一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的飛行控制器能夠提供這種控制，它能夠處理紊流自80年代中葉以來(lái)，智能控制已被應(yīng)用于飛行過(guò)程控制，尤其是飛機(jī)的俯傾（flare）和降落（landing）控制。一種已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其輸入信號(hào)包括飛行高度的指令和飛行高度估計(jì)值等。所考慮的輸入包括當(dāng)前飛行高度和高長(zhǎng)比誤差值以及前一個(gè)仿真段的有關(guān)值。此外，還提供了前段的傾斜高度指令?？捎?xùn)練適應(yīng)飛行控制器主要由“教師”（人或控制規(guī)律）和可訓(xùn)練控制器組成，而后者則由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（采用BP學(xué)習(xí)算法）實(shí)現(xiàn)。整個(gè)飛行控制過(guò)程由飛機(jī)數(shù)學(xué)模型來(lái)表示。下圖所示為一飛行器的飛行智能控制系統(tǒng)的制導(dǎo)、領(lǐng)航和控制結(jié)構(gòu)，其中用虛線表示領(lǐng)航員的作用，以期與計(jì)算機(jī)的作用進(jìn)行比較。

2022/11/2372自80年代中葉以來(lái)，智能控制已被應(yīng)用于飛行過(guò)程控制，尤其是飛2022/11/23732022/11/2222醫(yī)療過(guò)程智能控制早從70年代中葉起，專家系統(tǒng)技術(shù)就被成功的應(yīng)用于各種醫(yī)療領(lǐng)域。作為醫(yī)用智能過(guò)程控制的新例子，讓我們介紹一個(gè)用于控制手術(shù)過(guò)程中麻醉深度的病人平均動(dòng)脈血壓（MAP）的模糊邏輯控制系統(tǒng)。MAP是衡量麻醉深度的重要參數(shù)。在該控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)時(shí)，采用模糊關(guān)系函數(shù)和語(yǔ)言規(guī)則。本系統(tǒng)已在許多不同的外科手術(shù)中得到成功應(yīng)用。2022/11/2374醫(yī)療過(guò)程智能控制早從70年代中葉起，專家系統(tǒng)技術(shù)就被成功的應(yīng)第一批麻醉深度控制實(shí)驗(yàn)始于70年代，它們采用恒增益PID控制器。接著，出現(xiàn)了具有一步自適應(yīng)增益的控制器，不過(guò)仍不能處理手術(shù)期間病人的時(shí)變參數(shù)問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題可借用自適應(yīng)控制器來(lái)解決，它對(duì)病人參數(shù)變化具有較好的魯棒性。更新的研究采用基于規(guī)則和模糊邏輯的控制器，以便處理生物系統(tǒng)的時(shí)變結(jié)構(gòu)問(wèn)題。麻醉深度模糊控制系統(tǒng)的方框圖如圖所示。有兩類擾動(dòng)：因手術(shù)、心血管病和用藥引起的病人痛苦而出現(xiàn)的噪聲；因儀器校準(zhǔn)和電灼等引起的血壓和人工制品的測(cè)量噪聲。2022/11/2375第一批麻醉深度控制實(shí)驗(yàn)始于70年代，它們采用恒增益PID控制2022/11/23762022/11/2225所開(kāi)發(fā)的計(jì)算機(jī)程序能夠執(zhí)行數(shù)據(jù)獲取、顯示、控制和存儲(chǔ)等任務(wù)。主程序可在任何時(shí)刻起動(dòng)，使控制器開(kāi)始工作。在自動(dòng)控制循環(huán)內(nèi)，MAP進(jìn)行濾波、控制計(jì)算，控制信號(hào)修正、數(shù)據(jù)顯示、更新和存儲(chǔ)等工作，每l0秒重復(fù)一次。計(jì)算機(jī)顯示出實(shí)際和期望血壓以及吸氣和呼氣量。在任何時(shí)刻均可改變MAP的期望值而無(wú)須中斷自動(dòng)控制工作。所有感興趣的數(shù)據(jù)都被存入文件，供以后檢驗(yàn)。2022/11/2377所開(kāi)發(fā)的計(jì)算機(jī)程序能夠執(zhí)行數(shù)據(jù)獲取、顯示、控制和存儲(chǔ)等任務(wù)。智能控制應(yīng)用研究的存在問(wèn)題目前，智能控制研究已形成一股不小的熱潮，并促進(jìn)智能控制及其它學(xué)科與部門的發(fā)展。冷靜地分析這股熱潮，發(fā)現(xiàn)有不少問(wèn)題值得引起注意。2022/11/2378智能控制應(yīng)用研究的存在問(wèn)題目前，智能控制研究已形成一股不小的首先，智能控制的應(yīng)用研究目標(biāo)和主攻方向不夠明確。作為應(yīng)用研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究，智能自動(dòng)化在于尋求有別于傳統(tǒng)控制的新的實(shí)用控制技術(shù)。離開(kāi)了實(shí)際應(yīng)用而紙上談兵，那就不是真正的應(yīng)用研究。有些應(yīng)用研究以鑒定會(huì)或發(fā)表論文而畫上句號(hào)。這可能敗壞智能控制和研究者自身的聲譽(yù)。每個(gè)部門、每個(gè)單位或每個(gè)人，應(yīng)該因地制宜地選定自己的研究方向。順便說(shuō)一下，現(xiàn)有的一些研究具有盲目性，很多是低水平重復(fù)研究，很難取得較高水準(zhǔn)和創(chuàng)新的成果。2022/11/2379首先，智能控制的應(yīng)用研究目標(biāo)和主攻方向不夠明確。作為應(yīng)用研究其次，智能自動(dòng)化要面向復(fù)雜系統(tǒng)。對(duì)于一些比較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，引入智能控制并不值得，尤如用大炮打麻雀甚至跳蚤一樣。這并不是說(shuō)不可以搞較為簡(jiǎn)單的系統(tǒng)；然而，搞簡(jiǎn)單系統(tǒng)統(tǒng)是為了進(jìn)一步研究復(fù)雜系統(tǒng)；而且，如果簡(jiǎn)單的智能控制系統(tǒng)的復(fù)雜性、故障率和成本高于同類應(yīng)用傳統(tǒng)控制系統(tǒng)，那么，智能控制的優(yōu)越性就會(huì)令人置疑。反之，智能控制的聲譽(yù)就會(huì)更高。值得順便一提的是，目前"智能"已被濫用，一些毫無(wú)智能可言的系統(tǒng)也被冠以"智能"美名，甚至借此招搖撞騙，值得警惕。2022/11/2380其次，智能自動(dòng)化要面向復(fù)雜系統(tǒng)。對(duì)于一些比較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，引入最后，研制新型智能控制硬件和軟件，在智能控制研究中，往往缺少較好的軟件環(huán)境，硬件方面存在的問(wèn)題更大。例如，大多數(shù)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)，還停留在"仿真"水平上，未能真正解決其實(shí)現(xiàn)問(wèn)題，更談不上實(shí)際應(yīng)用。這方面要做的事不少，例如，提高運(yùn)行速度、實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制、提高對(duì)環(huán)境的感覺(jué)和解釋能力、設(shè)計(jì)模塊化傳感器接口以及改善信息識(shí)別和處理能力等。在這方面的交流也存在一些問(wèn)題。由于軟件和硬件實(shí)現(xiàn)問(wèn)題是技術(shù)關(guān)鍵，以至互相保密，不愿交流；這不利于智能控制的發(fā)展。應(yīng)當(dāng)研究出一種辦法，以便實(shí)現(xiàn)合理的和積極的技術(shù)交流。2022/11/2381最后，研制新型智能控制硬件和軟件，在智能控制研究中，往往缺少智能控制的進(jìn)一步研究問(wèn)題毫無(wú)疑問(wèn)，在過(guò)去十年中，智能控制已經(jīng)獲得迅速發(fā)展，并得到日益廣泛的應(yīng)用。越來(lái)越多的研究者從不同方向從事智能控制學(xué)科的研究工作；他們相信，智能控制一定會(huì)以其新的成果對(duì)科學(xué)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)以及人民生活作出重大貢獻(xiàn)。不過(guò)，智能控制是一門新建立的學(xué)科，無(wú)論在理論上或應(yīng)用上，仍然不夠完善，有待繼續(xù)研究與發(fā)展。本節(jié)打算探討智能控制的進(jìn)一步研究問(wèn)題，展望智能控制的發(fā)展。2022/11/2382智能控制的進(jìn)一步研究問(wèn)題毫無(wú)疑問(wèn)，在過(guò)去十年中，智能控制已經(jīng)智能控制將起更重要的作用

尤如人工智能的智能機(jī)器人一樣，智能控制涉及許多科技領(lǐng)域，如人工智能、控制論、系統(tǒng)論、信息論、認(rèn)知心理學(xué)、認(rèn)知生理學(xué)、認(rèn)知工程學(xué)、語(yǔ)言學(xué)、邏輯學(xué)、仿生學(xué)、機(jī)器人學(xué)、VLSI和計(jì)算機(jī)科學(xué)等。相關(guān)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展已為智能控制學(xué)科的發(fā)展提供強(qiáng)大的推動(dòng)力；反之，智能控制的研究與發(fā)展也為上述所有領(lǐng)域提供一個(gè)合適的試驗(yàn)和應(yīng)用場(chǎng)所。下圖提出相關(guān)科學(xué)技術(shù)與智能控制系統(tǒng)的關(guān)系，該關(guān)系調(diào)強(qiáng)了發(fā)展智能科學(xué)（包括智能控制）所需要的知識(shí)與智能。2022/11/2383智能控制將起更重要的作用尤如人工智能的智能機(jī)器人一樣，智能2022/11/23842022/11/2233在自動(dòng)控制領(lǐng)域，智能控制也起到越來(lái)越重要的作用。正如我們?cè)诘谝徽轮杏懻撨^(guò)的，控制方法已經(jīng)為廣泛的復(fù)雜系統(tǒng)及其應(yīng)用打開(kāi)了新的大門；這些復(fù)雜系統(tǒng)往往具有不確定性和強(qiáng)非線性等特征。常規(guī)控制在應(yīng)用中已遇到不少困難，而且控制系統(tǒng)處理這類困難的成功程度取決于系統(tǒng)的智能水平。智能控制已成為克服這些困難的一種比較有效的方法，并在高級(jí)機(jī)器人、智能規(guī)劃與調(diào)度、自動(dòng)制造系統(tǒng)、故障檢測(cè)與診斷、交通運(yùn)輸、醫(yī)療以及智能儀器等方面獲得廣泛應(yīng)用。2022/11/2385在自動(dòng)控制領(lǐng)域，智能控制也起到越來(lái)越重要的作用。正如我們?cè)诘谥悄芸刂频倪M(jìn)一步研究問(wèn)題

為了鞏固智能控制研究與應(yīng)用成果，提出下列一些智能控制進(jìn)一步研究的問(wèn)題。

2022/11/2386智能控制的進(jìn)一步研究問(wèn)題為了鞏固智能控制研究與應(yīng)用成果，提l.控制問(wèn)題的表示

在過(guò)去，對(duì)控制系統(tǒng)的世界表示問(wèn)題的重視不夠，而且通?？紤]采用微積分模型作為處理控制問(wèn)題的主要工具。往往以隱含的方法來(lái)描述目標(biāo)和控制概念。傳統(tǒng)上把控制系統(tǒng)看做表示輸入和輸出的時(shí)間函數(shù)的有序?qū)?。給出最少的受控對(duì)象（裝置）的信息，它是完成和描述系統(tǒng)未來(lái)行為所需要的。不過(guò)，傳統(tǒng)的表示方法很難在廣泛的范圍內(nèi)使用。2022/11/2387l.控制問(wèn)題的表示在過(guò)去，對(duì)控制系統(tǒng)的世界表示問(wèn)題的重視智能控制應(yīng)用更多的表示方法，如圖搜索、謂詞演算、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)、過(guò)程、黑板、框架和劇本等。已經(jīng)提出和應(yīng)用一些混合表示方法。還發(fā)展了一種統(tǒng)一的知識(shí)表示方法，而且把時(shí)序邏輯語(yǔ)言XYZ用于控制過(guò)程的研究也取得進(jìn)展很久一段時(shí)間內(nèi)，控制過(guò)程設(shè)計(jì)被理解為系統(tǒng)各參數(shù)的綜合。后來(lái)，越來(lái)越清楚地認(rèn)識(shí)到，控制過(guò)程設(shè)計(jì)是系統(tǒng)模型和實(shí)際結(jié)構(gòu)的綜合?，F(xiàn)在，更進(jìn)一步明確到，這個(gè)綜合包括任務(wù)形式化過(guò)程。2022/11/2388智能控制應(yīng)用更多的表示方法，如圖搜索、謂詞演算、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)、過(guò)2.認(rèn)知控制器當(dāng)智能控制系統(tǒng)中的知識(shí)庫(kù)很大而且感知多樣化時(shí)，智能控制器的操作將接近于人的判別。有許多人類判別（識(shí)別）的隱喻模型。不過(guò)，它們并非為用于智能控制系統(tǒng)而發(fā)明的。具有遞階感知和知識(shí)庫(kù)的分級(jí)控制系統(tǒng)最接近于（類似）人類的認(rèn)知活動(dòng)。此外，對(duì)人類認(rèn)知過(guò)程的理解仍然很有限和不完全。在這種情況下，設(shè)計(jì)認(rèn)知控制器必將遇到許多困難。隨著認(rèn)知科學(xué)研究的進(jìn)展，將會(huì)開(kāi)發(fā)出更好的認(rèn)知模型的更好的認(rèn)知控制器。2022/11/23892.認(rèn)知控制器當(dāng)智能控制系統(tǒng)中的知識(shí)庫(kù)很大而且感知多樣化時(shí)3.控制模式

如果某個(gè)控制系統(tǒng)僅僅采用順序控制，那么它就算不上一類智能控制。其它控制模式，諸如交互控制、自主控制、邏輯控制、認(rèn)知控制以及直接語(yǔ)音控制等，則被認(rèn)為屬于智能控制.交互控制是用得最多和最易實(shí)現(xiàn)的。自主控制用于需要高控制性能且含有不確定環(huán)境的系統(tǒng)或裝置。用于復(fù)雜系統(tǒng)的直接語(yǔ)音控制仍是令人感興趣的研究課題，而且期望有所突破。此外，常常采用混合控制模式。2022/11/23903.控制模式如果某個(gè)控制系統(tǒng)僅僅采用順序控制，那么它就算不展望智能控制的發(fā)展讓我們來(lái)討論智能控制的發(fā)展趨勢(shì)。為了能夠引起興趣與爭(zhēng)論，通常需要預(yù)測(cè)某些新的甚至意料不到的事物。同時(shí)，任何欣然接受這種預(yù)測(cè)而沒(méi)有發(fā)現(xiàn)受到愚弄的人，能夠使這種預(yù)測(cè)與自己的現(xiàn)有信仰保持一致,因而在一定程度上期待著新事物的出現(xiàn)而又不過(guò)于激動(dòng)。

2022/11/2391展望智能控制的發(fā)展讓我們來(lái)討論智能控制的發(fā)展趨勢(shì)。為了能夠引1.尋求更新的理論框架到底未來(lái)的新型智能控制理論是什么，現(xiàn)在我們還難以預(yù)料。我們需要深入研究智能控制的基本理論和概念，尋找至今尚未發(fā)現(xiàn)的新理論，建立新的智能控制機(jī)理。例如