第一章：智能控制概論-課件

智能控制概論山東大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院智能控制概論山東大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院1主要參考書(shū)目：1、孫增圻等編著．智能控制理論與技術(shù)．北京：清華大學(xué)出版社，20042、楊汝清等編著．智能控制工程．上海：上海交通大學(xué)出版社，20013、李少遠(yuǎn)、王景成編著．智能控制．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20054、張化光、孟祥萍主編．智能控制基礎(chǔ)理論及應(yīng)用．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20055、易繼鍇、候媛彬編著．智能控制技術(shù)．北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社，2001年主要參考書(shū)目：1、孫增圻等編著．智能控制理論與技術(shù)．北京：清2本課程的主要內(nèi)容1.智能控制概論2.模糊邏輯控制3.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制4.遺傳算法控制5.其它智能控制本課程的主要內(nèi)容1.智能控制概論3第一章智能控制概論目錄自動(dòng)控制的機(jī)遇與挑戰(zhàn)控制科學(xué)的歷史回顧傳統(tǒng)控制理論在應(yīng)用中面臨的難題自動(dòng)控制面臨的挑戰(zhàn)及其原因“計(jì)算機(jī)科學(xué)面臨工業(yè)控制應(yīng)用挑戰(zhàn)”的研究計(jì)劃智能控制的進(jìn)展自動(dòng)化與人工智能智能控制的發(fā)展第一章智能控制概論目錄4什么是智能控制智能控制的定義智能控制與傳統(tǒng)控制的關(guān)系和差別智能控制的結(jié)構(gòu)理論二元結(jié)構(gòu)三元結(jié)構(gòu)智能控制的研究領(lǐng)域智能控制的研究對(duì)象智能控制的主要分支智能控制的主要應(yīng)用領(lǐng)域第一章智能控制概論什么是智能控制第一章智能控制概論51.1自動(dòng)控制的機(jī)遇與挑戰(zhàn)下面介紹現(xiàn)階段自動(dòng)控制所面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn),主要內(nèi)容有:控制科學(xué)的歷史回顧傳統(tǒng)控制理論在應(yīng)用中面臨的難題自動(dòng)控制面臨的挑戰(zhàn)及其原因“計(jì)算機(jī)科學(xué)面臨工業(yè)控制應(yīng)用挑戰(zhàn)”的研究計(jì)劃1.1自動(dòng)控制的機(jī)遇與挑戰(zhàn)下面介紹現(xiàn)階段自動(dòng)控制所面臨的機(jī)遇61.1.1控制科學(xué)發(fā)展的歷史回顧在科學(xué)技術(shù)發(fā)展史上,控制科學(xué)同其他技術(shù)科學(xué)一樣,它的產(chǎn)生與發(fā)展主要由人類(lèi)的生產(chǎn)發(fā)展需求和人類(lèi)當(dāng)時(shí)的知識(shí)與技術(shù)水平所決定.控制科學(xué)的發(fā)展反過(guò)來(lái)亦促進(jìn)了人類(lèi)文明的發(fā)展,尤其是近代工業(yè)文明的發(fā)展.控制科學(xué)與工程的歷史可以上溯到古羅馬的亞歷山大運(yùn)用反饋控制來(lái)調(diào)節(jié)水鐘以及中國(guó)漢代的指南車(chē).1.1.1控制科學(xué)發(fā)展的歷史回顧在科學(xué)技術(shù)發(fā)展史上,控制科71.1.1控制科學(xué)發(fā)展的歷史回顧傳統(tǒng)控制科學(xué)發(fā)展的主要?dú)v史足跡:18世紀(jì)英國(guó)J.Watt蒸汽機(jī)中的飛球調(diào)節(jié)19世紀(jì)英國(guó)J.K.Maxwell的飛球調(diào)節(jié)穩(wěn)定性研究19世紀(jì)的常微分方程穩(wěn)定性理論19世紀(jì)末俄國(guó)Lyapunov的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性理論19世紀(jì)的復(fù)變函數(shù)理論19世紀(jì)的積分變換及頻譜分析理論Hurwitz,Routh的穩(wěn)定性代數(shù)判據(jù)20世紀(jì)30年代Black,Nyquist,Bode關(guān)于反饋放大器的研究,以及頻域穩(wěn)定性判據(jù)與頻域方法1.1.1控制科學(xué)發(fā)展的歷史回顧傳統(tǒng)控制科學(xué)發(fā)展的主要?dú)v史81.1.1控制科學(xué)發(fā)展的歷史回顧1942年,Harris提出傳遞函數(shù)的概念20世紀(jì)40年代Wiener的控制論20世紀(jì)50年代錢(qián)學(xué)森的工程控制論以20世紀(jì)50年代的Pontriagin的極大值原理、Kalman的線性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性理論與濾波理論、Bellman的最優(yōu)控制的動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法為基礎(chǔ)的現(xiàn)代控制理論方法20世紀(jì)60年代中期的隨機(jī)系統(tǒng)理論20世紀(jì)60年代興起的數(shù)字控制理論與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)1.1.1控制科學(xué)發(fā)展的歷史回顧1942年,Harris提91.1.1控制科學(xué)發(fā)展的歷史回顧自適應(yīng)控制20世紀(jì)50年代末的模型參考自適應(yīng)控制方法、70年代初Astrom的自校正方法為代表的自適應(yīng)控制方法20世紀(jì)60年代末英國(guó)學(xué)派的多變量頻域理論20世紀(jì)70年代英國(guó)、法國(guó)學(xué)派的大系統(tǒng)理論70年代初,以分解和協(xié)調(diào)為基礎(chǔ),形成了大系統(tǒng)控制理論,用于復(fù)雜系統(tǒng)的控制,重要理論有遞階控制理論、分散控制理論等.主要用于資源管理、交通控制、環(huán)境保護(hù)等.1.1.1控制科學(xué)發(fā)展的歷史回顧自適應(yīng)控制101.1.1控制科學(xué)發(fā)展的歷史回顧以20世紀(jì)70年代末Zames的H∞控制方法和80年代的時(shí)域結(jié)構(gòu)性魯棒控制方法為代表的魯棒控制方法20世紀(jì)70年代末的非線性系統(tǒng)理論的幾何學(xué)派和80年代的代數(shù)學(xué)派20世紀(jì)80年代開(kāi)始的離散事件系統(tǒng)的分析、控制與綜合Moler利用Matlab軟件環(huán)境進(jìn)行控制系統(tǒng)分析控制科學(xué)的發(fā)展主要遵循對(duì)控制對(duì)象與環(huán)境的復(fù)雜性的處理,如模型描述的復(fù)雜性,對(duì)象特性和環(huán)境擾動(dòng)因素的不確定性.可以說(shuō),對(duì)控制中復(fù)雜性的研究和探索是推動(dòng)控制科學(xué)發(fā)展主要?jiǎng)恿?1.1.1控制科學(xué)發(fā)展的歷史回顧以20世紀(jì)70年代末Zam11經(jīng)典控制理論單輸入單輸出反饋系統(tǒng)傳遞函數(shù)波特圖奈奎斯特圖根軌跡圖1.1.1控制科學(xué)發(fā)展的歷史回顧經(jīng)典控制理論單輸入傳遞函數(shù)波特圖奈奎斯特圖根軌跡圖1.112現(xiàn)代控制理論具有多個(gè)相互耦合回路的多變量系統(tǒng)狀態(tài)空間法最優(yōu)控制能控性和能觀性卡爾曼濾波1.1.1控制科學(xué)發(fā)展的歷史回顧現(xiàn)代控制理論具有多個(gè)相互耦合回路的多變量系統(tǒng)狀態(tài)空間法最優(yōu)控131.1.1控制科學(xué)發(fā)展的歷史回顧從前面討論的控制科學(xué)的發(fā)展足跡可以看出:控制科學(xué)是一門(mén)理論與應(yīng)用俱重的學(xué)科,它的理論基礎(chǔ)來(lái)源于幾乎所有現(xiàn)代科學(xué)的分支,如數(shù)學(xué)\物理\力學(xué)\計(jì)算機(jī)\生命科學(xué)\認(rèn)知科學(xué)等其應(yīng)用領(lǐng)涉及幾乎所有與人類(lèi)的生產(chǎn)\生活\科學(xué)探索\軍事等領(lǐng)域.1.1.1控制科學(xué)發(fā)展的歷史回顧從前面討論的控制科學(xué)的發(fā)展141.1.1控制科學(xué)發(fā)展的歷史回顧下圖很好地對(duì)控制科學(xué)與其它學(xué)科的關(guān)系,其應(yīng)用領(lǐng)域作了很好地總結(jié).1.1.1控制科學(xué)發(fā)展的歷史回顧下圖很好地對(duì)控制科學(xué)與其它151.1.2傳統(tǒng)控制理論在應(yīng)用中面臨的難題在控制領(lǐng)域,理論與實(shí)際應(yīng)用存在很大差距,PID在實(shí)際應(yīng)用中仍占統(tǒng)治地位.原因:自動(dòng)控制學(xué)科高度的交叉性、應(yīng)用的廣泛性;所需數(shù)學(xué)工具難以被多數(shù)技術(shù)人員所掌握;自動(dòng)控制需要其它技術(shù)支持,如網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī);實(shí)際應(yīng)用情況的復(fù)雜性、多變性、不確定性;國(guó)內(nèi)企業(yè)存在管理體制問(wèn)題,技術(shù)投入力度不夠.1.1.2傳統(tǒng)控制理論在應(yīng)用中面臨的難題在控制領(lǐng)域,理論與161.1.2傳統(tǒng)控制理論在應(yīng)用中面臨的難題隨著復(fù)雜系統(tǒng)的不斷涌現(xiàn),傳統(tǒng)控制理論越來(lái)越多地顯示它的局限性.什么叫復(fù)雜系統(tǒng)？其特征表現(xiàn)?這種復(fù)雜性主要體現(xiàn)在:控制對(duì)象的復(fù)雜性模型的不確定性高度非線性龐大的數(shù)據(jù)量和嚴(yán)格的性能指標(biāo)環(huán)境的復(fù)雜性變化的不確定性難以辨識(shí)1.1.2傳統(tǒng)控制理論在應(yīng)用中面臨的難題隨著復(fù)雜系統(tǒng)的不斷171.1.2傳統(tǒng)控制理論在應(yīng)用中面臨的難題傳統(tǒng)控制理論在應(yīng)用中面臨的難題包括:傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析是建立在精確的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的,而實(shí)際系統(tǒng)由于存在復(fù)雜性、非線性、時(shí)變性和不確定性等,一般無(wú)法獲得精確的數(shù)學(xué)模型.雖然,近年控制理論致力于研究對(duì)建模要求較低,對(duì)建模誤差具有較好適應(yīng)性的魯棒控制理論.但魯棒控制對(duì)建模誤差的魯棒性僅僅是局部的、小(微)攝動(dòng)的,而遠(yuǎn)非人們所期望的全局的,大范圍的.運(yùn)用傳統(tǒng)控制理論研究這類(lèi)系統(tǒng)時(shí),必須提出并遵循一些比較苛刻的假設(shè),而這些假設(shè)與實(shí)際系統(tǒng)不盡相吻合.1.1.2傳統(tǒng)控制理論在應(yīng)用中面臨的難題傳統(tǒng)控制理論在應(yīng)用181.1.2傳統(tǒng)控制理論在應(yīng)用中面臨的難題由于實(shí)際應(yīng)用情況的復(fù)雜性、多變性、不確定性,對(duì)于某些復(fù)雜的和包含不確定性的對(duì)象,根本無(wú)法以傳統(tǒng)數(shù)學(xué)模型(如常微分方程、差分方程等)來(lái)表示,即無(wú)法解決建模問(wèn)題.傳統(tǒng)數(shù)學(xué)模型不能反映人的智能過(guò)程:推理、分析、學(xué)習(xí).丟失許多有用的信息由于嚴(yán)格依賴(lài)于描述被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型,而過(guò)于復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型將導(dǎo)致求解相應(yīng)的控制規(guī)律變得十分困難,或者實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律使得在現(xiàn)有時(shí)間、空間、物資基礎(chǔ)條件上十分困難.1.1.2傳統(tǒng)控制理論在應(yīng)用中面臨的難題由于實(shí)際應(yīng)用情況的191.1.2傳統(tǒng)控制理論在應(yīng)用中面臨的難題傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)所處理的信息模式單一通常處理較簡(jiǎn)單的物理量:電量(電壓、電流、阻抗);機(jī)械量(位移、速度、加速度);復(fù)雜系統(tǒng)要考慮:視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)信號(hào),包括圖形、文字、語(yǔ)言、聲音等信息.為了提高性能,傳統(tǒng)控制系統(tǒng)可能變得很復(fù)雜,從而增加了設(shè)備的初投資和維修費(fèi)用,降低系統(tǒng)的可靠性.1.1.2傳統(tǒng)控制理論在應(yīng)用中面臨的難題傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)所處201.1.3自動(dòng)控制面臨的挑戰(zhàn)及其原因在自動(dòng)控制發(fā)展的現(xiàn)階段,存在一些至關(guān)重要的挑戰(zhàn)是基于下列原因的:科學(xué)技術(shù)間的相互影響和相互促進(jìn);例如,計(jì)算機(jī)、AI和超大規(guī)模集成電路等技術(shù).當(dāng)前和未來(lái)應(yīng)用的需求;例如,空間技術(shù)、海洋工程和機(jī)器人技術(shù)等應(yīng)用要求.基本概念和時(shí)代思潮發(fā)展水平的推動(dòng);例如,高速信息公路、非傳統(tǒng)模型和ANN的連接機(jī)制等.1.1.3自動(dòng)控制面臨的挑戰(zhàn)及其原因在自動(dòng)控制發(fā)展的現(xiàn)階段211.1.4“計(jì)算機(jī)科學(xué)面臨工業(yè)控制應(yīng)用挑戰(zhàn)”

的研究計(jì)劃20世紀(jì)90年代,IEEE控制系統(tǒng)學(xué)會(huì)和國(guó)際自動(dòng)控制聯(lián)合會(huì)(IFAC)理論委員會(huì)合作進(jìn)行了題為“計(jì)算機(jī)科學(xué)面臨工業(yè)控制應(yīng)用的挑戰(zhàn)”的研究計(jì)劃.該合作研究計(jì)劃指出:開(kāi)發(fā)大型的實(shí)時(shí)控制與信號(hào)處理系統(tǒng)是工程界面臨的最具挑戰(zhàn)的任務(wù)之一;這涉及硬件、軟件和智能(尤其是算法)的結(jié)合,而系統(tǒng)集成又需要先進(jìn)的工程管理技術(shù).1.1.4“計(jì)算機(jī)科學(xué)面臨工業(yè)控制應(yīng)用挑戰(zhàn)”

的研究計(jì)劃2221.1.4“計(jì)算機(jī)科學(xué)面臨工業(yè)控制應(yīng)用挑戰(zhàn)”

的研究計(jì)劃設(shè)立這一迎接挑戰(zhàn)的研究計(jì)劃是由下列動(dòng)機(jī)所決定的:工業(yè)部門(mén)往往無(wú)法有效地把數(shù)字技術(shù)的最新進(jìn)展用于控制和信號(hào)處理,以便提高實(shí)時(shí)系統(tǒng)的智能水平.控制學(xué)術(shù)界又常常不理解如何在工業(yè)上進(jìn)行控制系統(tǒng)硬件、軟件和智能三者的集成開(kāi)發(fā).自動(dòng)控制界和計(jì)算機(jī)科學(xué)界在工業(yè)和學(xué)術(shù)兩方面的對(duì)話與有效合作仍然是一個(gè)需要進(jìn)一步解決的問(wèn)題.1.1.4“計(jì)算機(jī)科學(xué)面臨工業(yè)控制應(yīng)用挑戰(zhàn)”

的研究計(jì)劃設(shè)231.1.4“計(jì)算機(jī)科學(xué)面臨工業(yè)控制應(yīng)用挑戰(zhàn)”

的研究計(jì)劃綜上所述,自動(dòng)控制既面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn),又存在良好發(fā)展機(jī)遇.為了解決面臨的難題,一方面要推進(jìn)控制硬件、軟件和智能的結(jié)合,實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的智能化;另一方面要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制科學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)以及AI的結(jié)合,為自動(dòng)控制提供新思想,新方法和新技術(shù),創(chuàng)立邊緣交叉新學(xué)科,推動(dòng)智能控制(IntelligentControl,IC)的發(fā)展.1.1.4“計(jì)算機(jī)科學(xué)面臨工業(yè)控制應(yīng)用挑戰(zhàn)”

的研究計(jì)劃綜241.2智能控制的進(jìn)展在本節(jié)主要介紹:自動(dòng)化與人工智能智能控制的發(fā)展1.2智能控制的進(jìn)展在本節(jié)主要介紹:251.2.1自動(dòng)化與人工智能自動(dòng)化與人工智能(ArtificialIntelligence,AI)是20世紀(jì)所發(fā)展起來(lái)的兩大新興學(xué)科,其最終目的是分別模擬、輔助并部分取代人類(lèi)在生產(chǎn)實(shí)踐及學(xué)習(xí)、生活中所需要的體力勞動(dòng)(生產(chǎn)與機(jī)器操作)與腦力勞動(dòng)(智能活動(dòng)).下面將分別介紹自動(dòng)化與AI兩者在發(fā)展中形成的不同分工與合作.機(jī)械化與自動(dòng)化自動(dòng)化的發(fā)展與人工智能的關(guān)系1.2.1自動(dòng)化與人工智能自動(dòng)化與人工智能(Artific261.2.1自動(dòng)化與人工智能1.機(jī)械化與自動(dòng)化機(jī)械化(mechanization)就是使用機(jī)器代替原先由動(dòng)物或人類(lèi)執(zhí)行的體力勞動(dòng).當(dāng)人類(lèi)把比較初級(jí)的生產(chǎn)技術(shù)(如杠桿裝置和動(dòng)力)用于一個(gè)過(guò)程時(shí),就使該過(guò)程機(jī)械化.而自動(dòng)化(automation)則包含更多的內(nèi)容.當(dāng)反饋信息自動(dòng)地引起機(jī)器進(jìn)行調(diào)節(jié)并使之重新達(dá)到正常狀態(tài)時(shí),自動(dòng)裝置才真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化.機(jī)器或系統(tǒng)的內(nèi)部調(diào)整是由伺服機(jī)構(gòu)進(jìn)行的.1.2.1自動(dòng)化與人工智能1.機(jī)械化與自動(dòng)化271.2.1自動(dòng)化與人工智能2.自動(dòng)化的發(fā)展與人工智能的關(guān)系自動(dòng)化的發(fā)展過(guò)程與AI有著非常直接的關(guān)系.圖1表示出自動(dòng)化的進(jìn)展與AI的某些關(guān)系.圖1自動(dòng)化的進(jìn)展與AI1.2.1自動(dòng)化與人工智能2.自動(dòng)化的發(fā)展與人工智能的關(guān)281.2.1自動(dòng)化與人工智能該圖反映出隨著工業(yè)化的進(jìn)程,機(jī)械化與自動(dòng)化生產(chǎn)發(fā)展過(guò)程中智能的作用越來(lái)越重要.第一次工業(yè)革命中大功率動(dòng)力機(jī)和動(dòng)力系統(tǒng)的產(chǎn)生和應(yīng)用,使人類(lèi)開(kāi)始實(shí)現(xiàn)部分體力勞動(dòng)的機(jī)械化與自動(dòng)化.在初期的自動(dòng)機(jī)器中,只采用開(kāi)環(huán)控制和單一操作.當(dāng)采用外部反饋控制和專(zhuān)用程序時(shí),分別出現(xiàn)了自動(dòng)化機(jī)器和數(shù)控機(jī)器.1.2.1自動(dòng)化與人工智能該圖反映出隨著工業(yè)化的進(jìn)程,機(jī)械291.2.1自動(dòng)化與人工智能隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可編程能力的提高,控制系統(tǒng)已具有可編程能力、目標(biāo)自設(shè)定能力以及自編程和自學(xué)習(xí)能力;與此相適應(yīng)的是具有不同程度AI和有機(jī)器人參與的自動(dòng)化.AI技術(shù)已為高級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)輸了新鮮血液.1.2.1自動(dòng)化與人工智能隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可編程能力的提高,301.2.1自動(dòng)化與人工智能總之,自動(dòng)化與AI有著十分密切的關(guān)系,而AI關(guān)注的是智能行為,首先是那些含有復(fù)雜性、不完全性、模糊性或不確定性以及不存在已知算法的非數(shù)字過(guò)程.與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)不同的是,AI是以知識(shí)為基礎(chǔ)的、總是涉及搜索并應(yīng)用啟發(fā)方法引導(dǎo)求解過(guò)程獲得滿意的解答.1.2.1自動(dòng)化與人工智能總之,自動(dòng)化與AI有著十分密切的311.2.2智能控制的發(fā)展下面分別介紹IC發(fā)展與形成過(guò)程.自動(dòng)控制的發(fā)展過(guò)程智能控制的發(fā)展智能控制學(xué)科的形成1.2.2智能控制的發(fā)展下面分別介紹IC發(fā)展與形成過(guò)程.321.2.2智能控制的發(fā)展1.自動(dòng)控制的發(fā)展過(guò)程IC是AI和自動(dòng)控制的重要部分和研究領(lǐng)域,并被認(rèn)為是通向自主機(jī)器遞階道路上自動(dòng)控制的頂層.圖2表示自動(dòng)控制的發(fā)展過(guò)程和通向IC路徑上控制復(fù)雜性增加的過(guò)程.從圖2可知,這條路徑的最遠(yuǎn)點(diǎn)是IC,至少在當(dāng)前是如此.IC涉及高級(jí)決策并與AI密切相關(guān).1.2.2智能控制的發(fā)展1.自動(dòng)控制的發(fā)展過(guò)程331.2.2智能控制的發(fā)展1.2.2智能控制的發(fā)展341.2.2智能控制的發(fā)展2.智能控制的發(fā)展IC思潮第一次出現(xiàn)于上世紀(jì)60年代,幾種IC的思想和方法得到提出和發(fā)展。1.2.2智能控制的發(fā)展2.智能控制的發(fā)展35(1)啟蒙期

60年代初期，F(xiàn)．W．史密斯提出采用性能模式識(shí)別器來(lái)學(xué)習(xí)最優(yōu)控制方法的新思想，試圖利用模式識(shí)別技術(shù)來(lái)解決復(fù)雜系統(tǒng)的控制問(wèn)題。1965年，美國(guó)著名控制論專(zhuān)家扎德創(chuàng)立了模糊集合論，為解決復(fù)雜系統(tǒng)的控制問(wèn)題提供了強(qiáng)有力的數(shù)學(xué)工具。1966年J．M．門(mén)德?tīng)柺紫戎鲝垖⑷斯ぶ悄苡糜诳臻g飛行器的學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并提出了“人工智能控制”的概念。1971年著名學(xué)者傅京遜從發(fā)展學(xué)習(xí)控制的角度首次正式提出智能控制這個(gè)新興的學(xué)科領(lǐng)域。這些標(biāo)志著智能控制的思想已經(jīng)萌芽。1.2.2智能控制的發(fā)展(1)啟蒙期1.2.2智能控制的發(fā)展36(2)形成期從70年代初開(kāi)始，傅京孫等人從控制論角度進(jìn)一步總結(jié)了人工智能技術(shù)與自適應(yīng)、自組織、自學(xué)習(xí)控制的關(guān)系，正式提出了智能控制就是人工智能技術(shù)與控制理論的交叉，并創(chuàng)立了人—機(jī)交互式分級(jí)遞階智能控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。1974年，英國(guó)工程師曼德尼將模糊集合和模糊語(yǔ)言用于鍋爐和蒸汽機(jī)的控制，創(chuàng)立了基于模糊語(yǔ)言描述控制規(guī)則的模糊控制器，取得良好的控制效果。1979年，他又成功地研制出具有了較高智能的自組織模糊控制器。模糊控制的形成和發(fā)展，對(duì)智能控制理論的形成起了十分重要的推動(dòng)作用。1.2.2智能控制的發(fā)展(2)形成期1.2.2智能控制的發(fā)展37(3)發(fā)展期

1982年Fox等人實(shí)現(xiàn)了加工車(chē)間調(diào)度專(zhuān)家系統(tǒng)；1983年Saridis把智能控制用于機(jī)器人系統(tǒng)；1984年LISP公司研制成功用于分布式的實(shí)時(shí)過(guò)程控制專(zhuān)家系統(tǒng)；1986年M．Lattlmer等人開(kāi)發(fā)的混合專(zhuān)家系統(tǒng)控制器是一個(gè)實(shí)驗(yàn)型的基于知識(shí)的實(shí)時(shí)控制專(zhuān)家系統(tǒng)，用來(lái)處理軍事和現(xiàn)代化工業(yè)中出現(xiàn)的控制問(wèn)題。1987年4月，美國(guó)Foxboro公司公布了新一代的IA系列智能自動(dòng)控制系統(tǒng)，標(biāo)志著智能控制系統(tǒng)已由研制、開(kāi)發(fā)階段轉(zhuǎn)向應(yīng)用階段。80年代中后期，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究獲得了重要進(jìn)展，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論和應(yīng)用研究為智能控制的研究起到了重要的促進(jìn)作用。1.2.2智能控制的發(fā)展(3)發(fā)展期1.2.2智能控制的發(fā)展38(4)高潮期進(jìn)入90年代以來(lái)，智能控制的研究勢(shì)頭異常迅猛，每年都有各種以智能控制為專(zhuān)題的大型國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議在世界各地召開(kāi)，各種智能控制雜志或?qū)？粩嘤楷F(xiàn)，來(lái)自各國(guó)政府和企業(yè)的專(zhuān)項(xiàng)科研經(jīng)費(fèi)不斷增加。1.2.2智能控制的發(fā)展(4)高潮期1.2.2智能控制的發(fā)展391.2.2智能控制的發(fā)展近十年來(lái),隨著AI和機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展,對(duì)IC的研究出現(xiàn)一股新的熱潮.各種智能決策系統(tǒng)、專(zhuān)家控制系統(tǒng)、學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)、模糊控制、NNC、主動(dòng)視覺(jué)控制、智能規(guī)劃和故障診斷系統(tǒng)1.2.2智能控制的發(fā)展近十年來(lái),隨著AI和機(jī)器人技術(shù)的快401.2.2智能控制的發(fā)展等已被應(yīng)用于各類(lèi)工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)、智能機(jī)器人系統(tǒng)和智能化生產(chǎn)(制造)系統(tǒng).Transportation.Economics.1.2.2智能控制的發(fā)展等已被應(yīng)用于各類(lèi)411.2.2智能控制的發(fā)展3.智能控制學(xué)科的形成IC新學(xué)科形成的條件逐漸成熟.1985年8月,IEEE在美國(guó)紐約召開(kāi)了第一屆IC學(xué)術(shù)討論會(huì).會(huì)上討論了IC原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu).之后,IEEE控制系統(tǒng)學(xué)會(huì)成立了IC專(zhuān)業(yè)委員會(huì).該專(zhuān)業(yè)委員會(huì)組織了對(duì)IC定義和研究生課程教學(xué)大綱的討論.1987年1月,在美國(guó)費(fèi)城由IEEE控制系統(tǒng)學(xué)會(huì)與計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)聯(lián)合召開(kāi)了IC國(guó)際會(huì)議.這是有關(guān)IC的第一次國(guó)際會(huì)議.1.2.2智能控制的發(fā)展3.智能控制學(xué)科的形成421.2.2智能控制的發(fā)展大會(huì)討論了由于許多新技術(shù)問(wèn)題的出現(xiàn)以及相關(guān)理論與技術(shù)的發(fā)展,需要重新考慮控制領(lǐng)域及其鄰近學(xué)科.這次會(huì)議及其后續(xù)相關(guān)事件表明,IC作為一門(mén)獨(dú)立學(xué)科已正式在國(guó)際上建立起來(lái).1.2.2智能控制的發(fā)展大會(huì)討論了由于許多新技術(shù)問(wèn)題的出現(xiàn)431.2.2智能控制的發(fā)展在IC的發(fā)展過(guò)程中,最近幾年有關(guān)IC的論文或論文集日益增多,但系統(tǒng)專(zhuān)著和教材并不多見(jiàn).1990年6月,正式出版的蔡自興編著《智能控制》是國(guó)內(nèi)外有關(guān)IC的第一本專(zhuān)著和教材.相繼1997年,蔡自興在新加坡出版的另一IC專(zhuān)著《IntelligentControl:Principles,TechniquesandApplications》,并被作為教材使用.另兩本名為《IntellignetControl:AspectsofFuzzyLogicandNeuralNets》和《Fuzzy-NeuralControl:Principles,AlgorithmsandApplications》的專(zhuān)著也先后在國(guó)外出版.1.2.2智能控制的發(fā)展在IC的發(fā)展過(guò)程中,最近幾年有關(guān)I441.2.2智能控制的發(fā)展自1993年,分別在北京、西安、合肥與上海分別召開(kāi)的第1~4屆全球華人智能控制與智能自動(dòng)化大會(huì)(CWCICIA),對(duì)國(guó)際IC的發(fā)展起到較大的推動(dòng)作用.近10年來(lái),國(guó)內(nèi)已成立的學(xué)術(shù)團(tuán)體有中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)計(jì)算機(jī)視覺(jué)與智能控制學(xué)會(huì),中國(guó)智能機(jī)器人專(zhuān)業(yè)委員會(huì)和中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)智能自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)委員會(huì)等.這些情況表明,IC作為一門(mén)獨(dú)立的新學(xué)科,也已在我國(guó)建立起來(lái)了.1.2.2智能控制的發(fā)展自1993年,分別在北京、西安、合451.3什么是智能控制下面介紹:智能控制的定義智能控制與傳統(tǒng)控制的關(guān)系和差別1.3什么是智能控制下面介紹:46什么叫智能？！？低級(jí)智能：感知環(huán)境、作出決策、控制行為1.3.1智能控制的定義什么叫智能？??？低級(jí)智能：感知環(huán)境、作出決策、控制行為1.347

◆按人類(lèi)的認(rèn)知的過(guò)程定義(A.Meystel)智能是系統(tǒng)的一個(gè)特征，當(dāng)集注（FocusingAttention)、組合搜索(CombinatorialSearch)、歸納（Generalization)過(guò)程作用于系統(tǒng)輸入，并產(chǎn)生系統(tǒng)輸出時(shí)，就表現(xiàn)為智能。系統(tǒng)輸入系統(tǒng)輸出智能集中注意力組合搜索歸納FACSG◆按人類(lèi)的認(rèn)知的過(guò)程定義(A.Meystel)48◆按機(jī)器智能定義(Saridis)機(jī)器智能是把信息進(jìn)行分析、組織，并把它轉(zhuǎn)換成知識(shí)的過(guò)程。知識(shí)就是所得到的結(jié)構(gòu)性信息，它可用來(lái)使機(jī)器執(zhí)行特定的任務(wù)，以消除該任務(wù)的不確定性或盲目性，達(dá)到最優(yōu)或次優(yōu)的結(jié)果。機(jī)器智能◆按機(jī)器智能定義(Saridis)機(jī)器智能是把信491.3.1智能控制的定義粗略地說(shuō),智能控制(IC)是一種將智能理論應(yīng)用于控制領(lǐng)域的模型描述、系統(tǒng)分析、控制設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的控制方法.它首先是一種控制方法,是一種具有智能行為與特征的控制方法.迄今為止,對(duì)IC還未有一個(gè)統(tǒng)一的定義,下面通過(guò)對(duì)智能機(jī)器的定義,來(lái)對(duì)IC與智能控制系統(tǒng)(IntelligentControlSystems,ICS)加以定義.1.3.1智能控制的定義粗略地說(shuō),智能控制(IC)是一種將501.3.1智能控制的定義定義1(智能機(jī)器)能夠在定形或不定形,熟悉或不熟悉的環(huán)境中自主地或與操作人員交互作用以執(zhí)行各種擬人任務(wù)(anthropomorphictasks)的機(jī)器.或者比較通俗地說(shuō),智能機(jī)器是那些能夠自主地代替人類(lèi)從事危險(xiǎn)、厭煩、遠(yuǎn)距離或高精度等作業(yè)的機(jī)器.1.3.1智能控制的定義定義1(智能機(jī)器)能夠在定形或不511.3.1智能控制的定義例如,能夠從事這類(lèi)工作的機(jī)器人,就屬于智能機(jī)器人.如,在星際探險(xiǎn)中的移動(dòng)機(jī)器人,如美國(guó)研制的火星探測(cè)車(chē).1.3.1智能控制的定義例如,521.3.1智能控制的定義1.3.1智能控制的定義53智能機(jī)器人1.3.1智能控制的定義智能機(jī)器人1.3.1智能控制的定義541.3.1智能控制的定義具有視覺(jué)的越野自主車(chē)1.3.1智能控制的定義具有視覺(jué)的越野自主車(chē)551.3.1智能控制的定義再例如,能夠模擬人的思維,進(jìn)行博弈的計(jì)算機(jī).1997年5月11日,一個(gè)名為DeepBlue的IBM計(jì)算機(jī)系統(tǒng)戰(zhàn)勝當(dāng)時(shí)的國(guó)際象棋世界冠軍蓋利卡斯帕羅夫(GarryKasparov).正在與深藍(lán)下棋的卡斯帕羅夫

1.3.1智能控制的定義再例如,能夠模擬人的思維,進(jìn)行博弈561.3.1智能控制的定義基于智能機(jī)器的定義,智能控制(IC)的定義為：定義2智能控制是驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器自主地實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的過(guò)程.或者說(shuō),智能控制是一類(lèi)無(wú)需人的干預(yù)就能夠獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的自動(dòng)控制.對(duì)自主機(jī)器人的控制就是一例.1.3.1智能控制的定義基于智能機(jī)器的定義,智能控制(IC571.3.1智能控制的定義相對(duì)于智能機(jī)器與智能控制(IC),傳統(tǒng)的自動(dòng)控制的定義為：定義3(自動(dòng)控制)自動(dòng)控制是能按規(guī)定程序?qū)C(jī)器或裝置進(jìn)行自動(dòng)操作或控制的過(guò)程.簡(jiǎn)單地說(shuō),不需要人工干預(yù)的控制就是自動(dòng)控制.例如,一個(gè)裝置能夠自動(dòng)接收所測(cè)得的過(guò)程物理變量,自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算,然后對(duì)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)就是自動(dòng)控制裝置.反饋控制、最優(yōu)控制、隨機(jī)控制、自適應(yīng)控制和自學(xué)習(xí)控制等均屬自動(dòng)控制.1.3.1智能控制的定義相對(duì)于智能機(jī)器與智能控制(IC),581.3.1智能控制的定義下面是關(guān)于智能控制系統(tǒng)(ICS)的定義.定義4用于驅(qū)動(dòng)自主智能機(jī)器以實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)而無(wú)需操作人員干預(yù)的系統(tǒng)叫智能控制系統(tǒng).這類(lèi)系統(tǒng)必須具有智能調(diào)度和執(zhí)行等能力.1.3.1智能控制的定義下面是關(guān)于智能控制系統(tǒng)(ICS)的591.3.2智能控制與傳統(tǒng)控制的關(guān)系和差別IC與傳統(tǒng)控制的差別:涉及的范圍:IC的范圍包括了比傳統(tǒng)控制的范圍更一般的范圍.控制的目標(biāo):智能的目標(biāo)尋求在巨大的不確定環(huán)境中,獲得整體的優(yōu)化.1.3.2智能控制與傳統(tǒng)控制的關(guān)系和差別IC與傳統(tǒng)控制的差601.4智能控制的結(jié)構(gòu)理論自從傅京孫1971年提出把IC作為AI和自動(dòng)控制的交接領(lǐng)域以來(lái),許多研究人員試圖建立起IC這一新學(xué)科.他們提出一些有關(guān)ICS結(jié)構(gòu)的思想,有助于對(duì)IC的進(jìn)一步認(rèn)識(shí).IC具有一門(mén)邊緣交叉學(xué)科,十分明顯的跨學(xué)科(多元)結(jié)構(gòu)特點(diǎn).在實(shí)際應(yīng)用中,各種IC與各種相關(guān)的基礎(chǔ)理論與方法的集成顯得非常重要的.IC的發(fā)展需要各相關(guān)學(xué)科的配合與支援,同時(shí)也要求IC工程師是個(gè)知識(shí)工程師.1.4智能控制的結(jié)構(gòu)理論自從傅京孫1971年提出把IC作為611.4.1二元結(jié)構(gòu)傅京孫曾對(duì)幾個(gè)與學(xué)習(xí)控制(learningcontrol)有關(guān)的領(lǐng)域進(jìn)行了研究.這些研究領(lǐng)域是:含有擬人控制器的控制系統(tǒng);含有人-機(jī)控制器的控制系統(tǒng);自主機(jī)器人系統(tǒng).1.4.1二元結(jié)構(gòu)傅京孫曾對(duì)幾個(gè)與學(xué)習(xí)控制(learnin621.4智能控制的結(jié)構(gòu)理論在此,我們主要討論IC的二元交集結(jié)構(gòu)和三元交集結(jié)構(gòu)兩種思想,它們分別由下列各交集(通集)表示:IC=AIACIC=AIACOR1.4智能控制的結(jié)構(gòu)理論在此,我們主要討論IC的二元交集結(jié)631.4.1二元結(jié)構(gòu)我們可以用式IC=AIAC以及下圖來(lái)表示這種交接作用,并把它稱(chēng)為二元交集結(jié)構(gòu).1.4.1二元結(jié)構(gòu)我們可以用式641.4.2三元結(jié)構(gòu)薩里迪斯(Saridis)于1977年提出SI三元IC結(jié)構(gòu),擴(kuò)展了傅京孫的二元結(jié)構(gòu),即把IC看作為AI、自動(dòng)控制和運(yùn)籌學(xué)的交接,如下圖所示.1.4.2三元結(jié)構(gòu)薩里迪斯(Saridis)于1977年提651.4.2三元結(jié)構(gòu)我們可以用式IC=AIACOR來(lái)描述這種結(jié)構(gòu).Saridis認(rèn)為,構(gòu)成二元交集結(jié)構(gòu)的兩元互相支配,無(wú)助于IC的有效和成功應(yīng)用.必須把遠(yuǎn)籌學(xué)的概念引入IC,使它成為三元交集中的一個(gè)子集.這種三元結(jié)構(gòu)后來(lái)成為IEEE第一次IC研討會(huì)的主題之一.1.4.2三元結(jié)構(gòu)我們可以用式661.4.2三元結(jié)構(gòu)ICS研究的數(shù)學(xué)工具智能控制人工智能運(yùn)籌學(xué)自動(dòng)控制信號(hào)處理形式語(yǔ)言啟發(fā)記憶學(xué)習(xí)規(guī)劃調(diào)度管理管理協(xié)調(diào)動(dòng)力學(xué)動(dòng)態(tài)反饋優(yōu)化動(dòng)力學(xué)動(dòng)態(tài)反饋1.4.2三元結(jié)構(gòu)ICS研究的數(shù)學(xué)工具智能控制人工智能運(yùn)籌671.智能控制的研究對(duì)象智能控制主要應(yīng)用在以下情況：實(shí)際系統(tǒng)由于存在復(fù)雜性、非線性、時(shí)變性、不確定性和不完全性等，一般無(wú)法獲得精確的數(shù)學(xué)模型。應(yīng)用傳統(tǒng)控制理論進(jìn)行控制必須提出并遵循一些比較苛刻的線性化假設(shè)，而這些假設(shè)在應(yīng)用中往往與實(shí)際情況不相吻合。1.5智能控制的研究領(lǐng)域1.智能控制的研究對(duì)象1.5智能控制的研究領(lǐng)域68對(duì)于某些復(fù)雜的和包含不確定性的控制過(guò)程，根本無(wú)法用傳統(tǒng)數(shù)學(xué)模型來(lái)表示，即無(wú)法解決建模問(wèn)題。為了提高控制性能，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)可能變得很復(fù)雜，從而增加了設(shè)備的投資，減低了系統(tǒng)的可靠性。1.5智能控制的研究領(lǐng)域?qū)τ谀承?fù)雜的和包含不確定性的控制過(guò)程，根本無(wú)法用傳統(tǒng)數(shù)學(xué)模691.5智能控制的研究領(lǐng)域2.智能控制的主要分支IC的主要分支一般包括模糊控制系統(tǒng)專(zhuān)家控制系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分級(jí)遞階控制系統(tǒng)遺傳算法控制系統(tǒng)集成(或者復(fù)合)混合控制：幾種方法和機(jī)制往往結(jié)合在一起,用于一個(gè)實(shí)際的ICS或裝置,從而建立起混合或集成的ICS1.5智能控制的研究領(lǐng)域2.智能控制的主要分支701965年L．A．扎德教授創(chuàng)立了模糊集合理論，為模糊控制奠定了基礎(chǔ)。70年代中期以E．H．曼德尼為代表的一批學(xué)者提出了模糊控制的概念，標(biāo)志著模糊控制的正式誕生，并在控制領(lǐng)域得到了較快的發(fā)展和實(shí)際的應(yīng)用，成為智能控制領(lǐng)域中的一個(gè)重要分支，在其后的20年中已有很多模糊控制在實(shí)際中獲得應(yīng)用成功的例子。

模糊控制1.5智能控制的研究領(lǐng)域1965年L．A．扎德教授創(chuàng)立了模糊集合理論，為模糊71與常規(guī)控制方法相比，模糊控制有以下特點(diǎn)：①模糊控制完全是在操作人員控制經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制，無(wú)需建立數(shù)學(xué)模型，是解決不確定性系統(tǒng)的一種有效途徑。②模糊控制具有較強(qiáng)的魯棒性，被控對(duì)象參數(shù)的變化對(duì)模糊控制的影響不明顯，可用于非線性、時(shí)變、時(shí)滯系統(tǒng)的控制。③由離線計(jì)算得到控制查詢表，提高了控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。④控制的機(jī)理符合人們對(duì)過(guò)程控制作用的直觀描述和思維邏輯，為智能控制應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。1.5智能控制的研究領(lǐng)域與常規(guī)控制方法相比，模糊控制有以下特點(diǎn)：1.5智能控制的研72模糊控制器的一般結(jié)構(gòu)

1.5智能控制的研究領(lǐng)域模糊控制器的一般結(jié)構(gòu)1.5智能控制的研究領(lǐng)域73為了部分地表現(xiàn)出人腦的某些智能特性，人們從結(jié)構(gòu)和信息處理機(jī)制模擬的角度建立了生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型，即人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)雖然反映了人腦功能的基本特性，但遠(yuǎn)不是自然神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的逼真描寫(xiě)，而只是它的某種簡(jiǎn)化、抽象和模擬。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制

1.5智能控制的研究領(lǐng)域?yàn)榱瞬糠值乇憩F(xiàn)出人腦的某些智能特性，人們從結(jié)構(gòu)和信息74人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有幾個(gè)突出的特點(diǎn)：①可以充分逼近任意復(fù)雜的非線性關(guān)系；②所有定量或定性的信息都分布貯存于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的各神經(jīng)元的連接上，故有很強(qiáng)的魯棒性和容錯(cuò)性；③采用并行分布處理方法，使得快速進(jìn)行大量運(yùn)算成為可能；④可學(xué)習(xí)和自適應(yīng)不知道或不確定的系統(tǒng)。

1.5智能控制的研究領(lǐng)域人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有幾個(gè)突出的特點(diǎn)：1.5智能控制的研究領(lǐng)域75專(zhuān)家系統(tǒng)是人工智能應(yīng)用領(lǐng)域最成功的分支之一，始于60年代中期。80年代專(zhuān)家系統(tǒng)的概念和方法被引入控制領(lǐng)域，促進(jìn)了專(zhuān)家控制系統(tǒng)的研究和應(yīng)用，它在控制領(lǐng)域的應(yīng)用已涉及到控制系統(tǒng)輔助設(shè)計(jì)、分析和專(zhuān)家控制等方面。

專(zhuān)家控制系統(tǒng)

1.5智能控制的研究領(lǐng)域?qū)＜蚁到y(tǒng)是人工智能應(yīng)用領(lǐng)域最成功的分支之一，始于6076專(zhuān)家控制系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：①它在一定程度上模擬人的思維活動(dòng)規(guī)律，能進(jìn)行自動(dòng)推理，善于應(yīng)付各種變化，具有透明性和靈活性。②它可以不斷監(jiān)督生產(chǎn)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)特定性能指標(biāo)下的優(yōu)化控制，能處理大量低層信息，可進(jìn)行操作指導(dǎo)。③相對(duì)傳統(tǒng)控制，擴(kuò)展了許多功能，如復(fù)雜系統(tǒng)的高質(zhì)量控制，故障診斷和容錯(cuò)控制，參數(shù)和算法的自動(dòng)修改，不同算法的組合等。④深層知識(shí)的引入，可以彌補(bǔ)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)的不足，可以自然地消除決策沖突。

1.5智能控制的研究領(lǐng)域?qū)＜铱刂葡到y(tǒng)具有如下特點(diǎn)：1.5智能控制的研究領(lǐng)域77

分層遞階智能控制是在研究學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，從工程控制出發(fā)，總結(jié)人工智能與自適應(yīng)控制、自學(xué)習(xí)控制及自組織控制的關(guān)系后逐漸形成的。G．N．Saridis最早提出了分層遞階智能控制。

分層遞階智能控制

1.5智能控制的研究領(lǐng)域分層遞階智能控制是在研究學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，78該系統(tǒng)由組織級(jí)、協(xié)調(diào)級(jí)、執(zhí)行級(jí)組成，按照自上而下精確程度漸增、智能程度漸減的原則進(jìn)行功能分配。在這類(lèi)多層智能控制系統(tǒng)中，智能主要體現(xiàn)在高層次上，其主要作用是模仿人的功能實(shí)現(xiàn)規(guī)劃、決策、學(xué)習(xí)和任務(wù)協(xié)調(diào)等任務(wù)。執(zhí)行級(jí)仍然采用現(xiàn)有數(shù)學(xué)解析控制算法，對(duì)數(shù)值進(jìn)行操作和運(yùn)算。

1.5智能控制的研究領(lǐng)域該系統(tǒng)由組織級(jí)、協(xié)調(diào)級(jí)、執(zhí)行級(jí)組成，按照自上而下精確程79分層遞階智能控制具有兩個(gè)明顯的特點(diǎn)：①對(duì)控制來(lái)講，自上而下控制精度愈來(lái)愈高；②對(duì)識(shí)別來(lái)講，自下而上信息回饋愈來(lái)愈粗略。

在智能控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用中，常將幾種常用類(lèi)型結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成各種綜合智能控制系統(tǒng)。例如，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能控制系統(tǒng)，專(zhuān)家模糊智能控制系統(tǒng)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)家智能控制系統(tǒng)等等。1.5智能控制的研究領(lǐng)域分層遞階智能控制具有兩個(gè)明顯的特點(diǎn)：在智能控制系統(tǒng)的801.5智能控制的研究領(lǐng)域3.智能控制的主要應(yīng)用領(lǐng)域IC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IC的用武之地.1.5智能控制的研究領(lǐng)域3.智能控制的主要應(yīng)用領(lǐng)域81智能控制概論山東大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院智能控制概論山東大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院82主要參考書(shū)目：1、孫增圻等編著．智能控制理論與技術(shù)．北京：清華大學(xué)出版社，20042、楊汝清等編著．智能控制工程．上海：上海交通大學(xué)出版社，20013、李少遠(yuǎn)、王景成編著．智能控制．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20054、張化光、孟祥萍主編．智能控制基礎(chǔ)理論及應(yīng)用．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20055、易繼鍇、候媛彬編著．智能控制技術(shù)．北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社，2001年主要參考書(shū)目：1、孫增圻等編著．智能控制理論與技術(shù)．北京：清83本課程的主要內(nèi)容1.智能控制概論2.模糊邏輯控制3.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制4.遺傳算法控制5.其它智能控制本課程的主要內(nèi)容1.智能控制概論84第一章智能控制概論目錄自動(dòng)控制的機(jī)遇與挑戰(zhàn)控制科學(xué)的歷史回顧傳統(tǒng)控制理論在應(yīng)用中面臨的難題自動(dòng)控制面臨的挑戰(zhàn)及其原因“計(jì)算機(jī)科學(xué)面臨工業(yè)控制應(yīng)用挑戰(zhàn)”的研究計(jì)劃智能控制的進(jìn)展自動(dòng)化與人工智能智能控制的發(fā)展第一章智能控制概論目錄85什么是智能控制智能控制的定義智能控制與傳統(tǒng)控制的關(guān)系和差別智能控制的結(jié)構(gòu)理論二元結(jié)構(gòu)三元結(jié)構(gòu)智能控制的研究領(lǐng)域智能控制的研究對(duì)象智能控制的主要分支智能控制的主要應(yīng)用領(lǐng)域第一章智能控制概論什么是智能控制第一章智能控制概論861.1自動(dòng)控制的機(jī)遇與挑戰(zhàn)下面介紹現(xiàn)階段自動(dòng)控制所面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn),主要內(nèi)容有:控制科學(xué)的歷史回顧傳統(tǒng)控制理論在應(yīng)用中面臨的難題自動(dòng)控制面臨的挑戰(zhàn)及其原因“計(jì)算機(jī)科學(xué)面臨工業(yè)控制應(yīng)用挑戰(zhàn)”的研究計(jì)劃1.1自動(dòng)控制的機(jī)遇與挑戰(zhàn)下面介紹現(xiàn)階段自動(dòng)控制所面臨的機(jī)遇871.1.1控制科學(xué)發(fā)展的歷史回顧在科學(xué)技術(shù)發(fā)展史上,控制科學(xué)同其他技術(shù)科學(xué)一樣,它的產(chǎn)生與發(fā)展主要由人類(lèi)的生產(chǎn)發(fā)展需求和人類(lèi)當(dāng)時(shí)的知識(shí)與技術(shù)水平所決定.控制科學(xué)的發(fā)展反過(guò)來(lái)亦促進(jìn)了人類(lèi)文明的發(fā)展,尤其是近代工業(yè)文明的發(fā)展.控制科學(xué)與工程的歷史可以上溯到古羅馬的亞歷山大運(yùn)用反饋控制來(lái)調(diào)節(jié)水鐘以及中國(guó)漢代的指南車(chē).1.1.1控制科學(xué)發(fā)展的歷史回顧在科學(xué)技術(shù)發(fā)展史上,控制科881.1.1控制科學(xué)發(fā)展的歷史回顧傳統(tǒng)控制科學(xué)發(fā)展的主要?dú)v史足跡:18世紀(jì)英國(guó)J.Watt蒸汽機(jī)中的飛球調(diào)節(jié)19世紀(jì)英國(guó)J.K.Maxwell的飛球調(diào)節(jié)穩(wěn)定性研究19世紀(jì)的常微分方程穩(wěn)定性理論19世紀(jì)末俄國(guó)Lyapunov的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性理論19世紀(jì)的復(fù)變函數(shù)理論19世紀(jì)的積分變換及頻譜分析理論Hurwitz,Routh的穩(wěn)定性代數(shù)判據(jù)20世紀(jì)30年代Black,Nyquist,Bode關(guān)于反饋放大器的研究,以及頻域穩(wěn)定性判據(jù)與頻域方法1.1.1控制科學(xué)發(fā)展的歷史回顧傳統(tǒng)控制科學(xué)發(fā)展的主要?dú)v史891.1.1控制科學(xué)發(fā)展的歷史回顧1942年,Harris提出傳遞函數(shù)的概念20世紀(jì)40年代Wiener的控制論20世紀(jì)50年代錢(qián)學(xué)森的工程控制論以20世紀(jì)50年代的Pontriagin的極大值原理、Kalman的線性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性理論與濾波理論、Bellman的最優(yōu)控制的動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法為基礎(chǔ)的現(xiàn)代控制理論方法20世紀(jì)60年代中期的隨機(jī)系統(tǒng)理論20世紀(jì)60年代興起的數(shù)字控制理論與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)1.1.1控制科學(xué)發(fā)展的歷史回顧1942年,Harris提901.1.1控制科學(xué)發(fā)展的歷史回顧自適應(yīng)控制20世紀(jì)50年代末的模型參考自適應(yīng)控制方法、70年代初Astrom的自校正方法為代表的自適應(yīng)控制方法20世紀(jì)60年代末英國(guó)學(xué)派的多變量頻域理論20世紀(jì)70年代英國(guó)、法國(guó)學(xué)派的大系統(tǒng)理論70年代初,以分解和協(xié)調(diào)為基礎(chǔ),形成了大系統(tǒng)控制理論,用于復(fù)雜系統(tǒng)的控制,重要理論有遞階控制理論、分散控制理論等.主要用于資源管理、交通控制、環(huán)境保護(hù)等.1.1.1控制科學(xué)發(fā)展的歷史回顧自適應(yīng)控制911.1.1控制科學(xué)發(fā)展的歷史回顧以20世紀(jì)70年代末Zames的H∞控制方法和80年代的時(shí)域結(jié)構(gòu)性魯棒控制方法為代表的魯棒控制方法20世紀(jì)70年代末的非線性系統(tǒng)理論的幾何學(xué)派和80年代的代數(shù)學(xué)派20世紀(jì)80年代開(kāi)始的離散事件系統(tǒng)的分析、控制與綜合Moler利用Matlab軟件環(huán)境進(jìn)行控制系統(tǒng)分析控制科學(xué)的發(fā)展主要遵循對(duì)控制對(duì)象與環(huán)境的復(fù)雜性的處理,如模型描述的復(fù)雜性,對(duì)象特性和環(huán)境擾動(dòng)因素的不確定性.可以說(shuō),對(duì)控制中復(fù)雜性的研究和探索是推動(dòng)控制科學(xué)發(fā)展主要?jiǎng)恿?1.1.1控制科學(xué)發(fā)展的歷史回顧以20世紀(jì)70年代末Zam92經(jīng)典控制理論單輸入單輸出反饋系統(tǒng)傳遞函數(shù)波特圖奈奎斯特圖根軌跡圖1.1.1控制科學(xué)發(fā)展的歷史回顧經(jīng)典控制理論單輸入傳遞函數(shù)波特圖奈奎斯特圖根軌跡圖1.193現(xiàn)代控制理論具有多個(gè)相互耦合回路的多變量系統(tǒng)狀態(tài)空間法最優(yōu)控制能控性和能觀性卡爾曼濾波1.1.1控制科學(xué)發(fā)展的歷史回顧現(xiàn)代控制理論具有多個(gè)相互耦合回路的多變量系統(tǒng)狀態(tài)空間法最優(yōu)控941.1.1控制科學(xué)發(fā)展的歷史回顧從前面討論的控制科學(xué)的發(fā)展足跡可以看出:控制科學(xué)是一門(mén)理論與應(yīng)用俱重的學(xué)科,它的理論基礎(chǔ)來(lái)源于幾乎所有現(xiàn)代科學(xué)的分支,如數(shù)學(xué)\物理\力學(xué)\計(jì)算機(jī)\生命科學(xué)\認(rèn)知科學(xué)等其應(yīng)用領(lǐng)涉及幾乎所有與人類(lèi)的生產(chǎn)\生活\科學(xué)探索\軍事等領(lǐng)域.1.1.1控制科學(xué)發(fā)展的歷史回顧從前面討論的控制科學(xué)的發(fā)展951.1.1控制科學(xué)發(fā)展的歷史回顧下圖很好地對(duì)控制科學(xué)與其它學(xué)科的關(guān)系,其應(yīng)用領(lǐng)域作了很好地總結(jié).1.1.1控制科學(xué)發(fā)展的歷史回顧下圖很好地對(duì)控制科學(xué)與其它961.1.2傳統(tǒng)控制理論在應(yīng)用中面臨的難題在控制領(lǐng)域,理論與實(shí)際應(yīng)用存在很大差距,PID在實(shí)際應(yīng)用中仍占統(tǒng)治地位.原因:自動(dòng)控制學(xué)科高度的交叉性、應(yīng)用的廣泛性;所需數(shù)學(xué)工具難以被多數(shù)技術(shù)人員所掌握;自動(dòng)控制需要其它技術(shù)支持,如網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī);實(shí)際應(yīng)用情況的復(fù)雜性、多變性、不確定性;國(guó)內(nèi)企業(yè)存在管理體制問(wèn)題,技術(shù)投入力度不夠.1.1.2傳統(tǒng)控制理論在應(yīng)用中面臨的難題在控制領(lǐng)域,理論與971.1.2傳統(tǒng)控制理論在應(yīng)用中面臨的難題隨著復(fù)雜系統(tǒng)的不斷涌現(xiàn),傳統(tǒng)控制理論越來(lái)越多地顯示它的局限性.什么叫復(fù)雜系統(tǒng)？其特征表現(xiàn)?這種復(fù)雜性主要體現(xiàn)在:控制對(duì)象的復(fù)雜性模型的不確定性高度非線性龐大的數(shù)據(jù)量和嚴(yán)格的性能指標(biāo)環(huán)境的復(fù)雜性變化的不確定性難以辨識(shí)1.1.2傳統(tǒng)控制理論在應(yīng)用中面臨的難題隨著復(fù)雜系統(tǒng)的不斷981.1.2傳統(tǒng)控制理論在應(yīng)用中面臨的難題傳統(tǒng)控制理論在應(yīng)用中面臨的難題包括:傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析是建立在精確的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的,而實(shí)際系統(tǒng)由于存在復(fù)雜性、非線性、時(shí)變性和不確定性等,一般無(wú)法獲得精確的數(shù)學(xué)模型.雖然,近年控制理論致力于研究對(duì)建模要求較低,對(duì)建模誤差具有較好適應(yīng)性的魯棒控制理論.但魯棒控制對(duì)建模誤差的魯棒性僅僅是局部的、小(微)攝動(dòng)的,而遠(yuǎn)非人們所期望的全局的,大范圍的.運(yùn)用傳統(tǒng)控制理論研究這類(lèi)系統(tǒng)時(shí),必須提出并遵循一些比較苛刻的假設(shè),而這些假設(shè)與實(shí)際系統(tǒng)不盡相吻合.1.1.2傳統(tǒng)控制理論在應(yīng)用中面臨的難題傳統(tǒng)控制理論在應(yīng)用991.1.2傳統(tǒng)控制理論在應(yīng)用中面臨的難題由于實(shí)際應(yīng)用情況的復(fù)雜性、多變性、不確定性,對(duì)于某些復(fù)雜的和包含不確定性的對(duì)象,根本無(wú)法以傳統(tǒng)數(shù)學(xué)模型(如常微分方程、差分方程等)來(lái)表示,即無(wú)法解決建模問(wèn)題.傳統(tǒng)數(shù)學(xué)模型不能反映人的智能過(guò)程:推理、分析、學(xué)習(xí).丟失許多有用的信息由于嚴(yán)格依賴(lài)于描述被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型,而過(guò)于復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型將導(dǎo)致求解相應(yīng)的控制規(guī)律變得十分困難,或者實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律使得在現(xiàn)有時(shí)間、空間、物資基礎(chǔ)條件上十分困難.1.1.2傳統(tǒng)控制理論在應(yīng)用中面臨的難題由于實(shí)際應(yīng)用情況的1001.1.2傳統(tǒng)控制理論在應(yīng)用中面臨的難題傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)所處理的信息模式單一通常處理較簡(jiǎn)單的物理量:電量(電壓、電流、阻抗);機(jī)械量(位移、速度、加速度);復(fù)雜系統(tǒng)要考慮:視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)信號(hào),包括圖形、文字、語(yǔ)言、聲音等信息.為了提高性能,傳統(tǒng)控制系統(tǒng)可能變得很復(fù)雜,從而增加了設(shè)備的初投資和維修費(fèi)用,降低系統(tǒng)的可靠性.1.1.2傳統(tǒng)控制理論在應(yīng)用中面臨的難題傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)所處1011.1.3自動(dòng)控制面臨的挑戰(zhàn)及其原因在自動(dòng)控制發(fā)展的現(xiàn)階段,存在一些至關(guān)重要的挑戰(zhàn)是基于下列原因的:科學(xué)技術(shù)間的相互影響和相互促進(jìn);例如,計(jì)算機(jī)、AI和超大規(guī)模集成電路等技術(shù).當(dāng)前和未來(lái)應(yīng)用的需求;例如,空間技術(shù)、海洋工程和機(jī)器人技術(shù)等應(yīng)用要求.基本概念和時(shí)代思潮發(fā)展水平的推動(dòng);例如,高速信息公路、非傳統(tǒng)模型和ANN的連接機(jī)制等.1.1.3自動(dòng)控制面臨的挑戰(zhàn)及其原因在自動(dòng)控制發(fā)展的現(xiàn)階段1021.1.4“計(jì)算機(jī)科學(xué)面臨工業(yè)控制應(yīng)用挑戰(zhàn)”

的研究計(jì)劃20世紀(jì)90年代,IEEE控制系統(tǒng)學(xué)會(huì)和國(guó)際自動(dòng)控制聯(lián)合會(huì)(IFAC)理論委員會(huì)合作進(jìn)行了題為“計(jì)算機(jī)科學(xué)面臨工業(yè)控制應(yīng)用的挑戰(zhàn)”的研究計(jì)劃.該合作研究計(jì)劃指出:開(kāi)發(fā)大型的實(shí)時(shí)控制與信號(hào)處理系統(tǒng)是工程界面臨的最具挑戰(zhàn)的任務(wù)之一;這涉及硬件、軟件和智能(尤其是算法)的結(jié)合,而系統(tǒng)集成又需要先進(jìn)的工程管理技術(shù).1.1.4“計(jì)算機(jī)科學(xué)面臨工業(yè)控制應(yīng)用挑戰(zhàn)”

的研究計(jì)劃21031.1.4“計(jì)算機(jī)科學(xué)面臨工業(yè)控制應(yīng)用挑戰(zhàn)”

的研究計(jì)劃設(shè)立這一迎接挑戰(zhàn)的研究計(jì)劃是由下列動(dòng)機(jī)所決定的:工業(yè)部門(mén)往往無(wú)法有效地把數(shù)字技術(shù)的最新進(jìn)展用于控制和信號(hào)處理,以便提高實(shí)時(shí)系統(tǒng)的智能水平.控制學(xué)術(shù)界又常常不理解如何在工業(yè)上進(jìn)行控制系統(tǒng)硬件、軟件和智能三者的集成開(kāi)發(fā).自動(dòng)控制界和計(jì)算機(jī)科學(xué)界在工業(yè)和學(xué)術(shù)兩方面的對(duì)話與有效合作仍然是一個(gè)需要進(jìn)一步解決的問(wèn)題.1.1.4“計(jì)算機(jī)科學(xué)面臨工業(yè)控制應(yīng)用挑戰(zhàn)”

的研究計(jì)劃設(shè)1041.1.4“計(jì)算機(jī)科學(xué)面臨工業(yè)控制應(yīng)用挑戰(zhàn)”

的研究計(jì)劃綜上所述,自動(dòng)控制既面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn),又存在良好發(fā)展機(jī)遇.為了解決面臨的難題,一方面要推進(jìn)控制硬件、軟件和智能的結(jié)合,實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的智能化;另一方面要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制科學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)以及AI的結(jié)合,為自動(dòng)控制提供新思想,新方法和新技術(shù),創(chuàng)立邊緣交叉新學(xué)科,推動(dòng)智能控制(IntelligentControl,IC)的發(fā)展.1.1.4“計(jì)算機(jī)科學(xué)面臨工業(yè)控制應(yīng)用挑戰(zhàn)”

的研究計(jì)劃綜1051.2智能控制的進(jìn)展在本節(jié)主要介紹:自動(dòng)化與人工智能智能控制的發(fā)展1.2智能控制的進(jìn)展在本節(jié)主要介紹:1061.2.1自動(dòng)化與人工智能自動(dòng)化與人工智能(ArtificialIntelligence,AI)是20世紀(jì)所發(fā)展起來(lái)的兩大新興學(xué)科,其最終目的是分別模擬、輔助并部分取代人類(lèi)在生產(chǎn)實(shí)踐及學(xué)習(xí)、生活中所需要的體力勞動(dòng)(生產(chǎn)與機(jī)器操作)與腦力勞動(dòng)(智能活動(dòng)).下面將分別介紹自動(dòng)化與AI兩者在發(fā)展中形成的不同分工與合作.機(jī)械化與自動(dòng)化自動(dòng)化的發(fā)展與人工智能的關(guān)系1.2.1自動(dòng)化與人工智能自動(dòng)化與人工智能(Artific1071.2.1自動(dòng)化與人工智能1.機(jī)械化與自動(dòng)化機(jī)械化(mechanization)就是使用機(jī)器代替原先由動(dòng)物或人類(lèi)執(zhí)行的體力勞動(dòng).當(dāng)人類(lèi)把比較初級(jí)的生產(chǎn)技術(shù)(如杠桿裝置和動(dòng)力)用于一個(gè)過(guò)程時(shí),就使該過(guò)程機(jī)械化.而自動(dòng)化(automation)則包含更多的內(nèi)容.當(dāng)反饋信息自動(dòng)地引起機(jī)器進(jìn)行調(diào)節(jié)并使之重新達(dá)到正常狀態(tài)時(shí),自動(dòng)裝置才真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化.機(jī)器或系統(tǒng)的內(nèi)部調(diào)整是由伺服機(jī)構(gòu)進(jìn)行的.1.2.1自動(dòng)化與人工智能1.機(jī)械化與自動(dòng)化1081.2.1自動(dòng)化與人工智能2.自動(dòng)化的發(fā)展與人工智能的關(guān)系自動(dòng)化的發(fā)展過(guò)程與AI有著非常直接的關(guān)系.圖1表示出自動(dòng)化的進(jìn)展與AI的某些關(guān)系.圖1自動(dòng)化的進(jìn)展與AI1.2.1自動(dòng)化與人工智能2.自動(dòng)化的發(fā)展與人工智能的關(guān)1091.2.1自動(dòng)化與人工智能該圖反映出隨著工業(yè)化的進(jìn)程,機(jī)械化與自動(dòng)化生產(chǎn)發(fā)展過(guò)程中智能的作用越來(lái)越重要.第一次工業(yè)革命中大功率動(dòng)力機(jī)和動(dòng)力系統(tǒng)的產(chǎn)生和應(yīng)用,使人類(lèi)開(kāi)始實(shí)現(xiàn)部分體力勞動(dòng)的機(jī)械化與自動(dòng)化.在初期的自動(dòng)機(jī)器中,只采用開(kāi)環(huán)控制和單一操作.當(dāng)采用外部反饋控制和專(zhuān)用程序時(shí),分別出現(xiàn)了自動(dòng)化機(jī)器和數(shù)控機(jī)器.1.2.1自動(dòng)化與人工智能該圖反映出隨著工業(yè)化的進(jìn)程,機(jī)械1101.2.1自動(dòng)化與人工智能隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可編程能力的提高,控制系統(tǒng)已具有可編程能力、目標(biāo)自設(shè)定能力以及自編程和自學(xué)習(xí)能力;與此相適應(yīng)的是具有不同程度AI和有機(jī)器人參與的自動(dòng)化.AI技術(shù)已為高級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)輸了新鮮血液.1.2.1自動(dòng)化與人工智能隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可編程能力的提高,1111.2.1自動(dòng)化與人工智能總之,自動(dòng)化與AI有著十分密切的關(guān)系,而AI關(guān)注的是智能行為,首先是那些含有復(fù)雜性、不完全性、模糊性或不確定性以及不存在已知算法的非數(shù)字過(guò)程.與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)不同的是,AI是以知識(shí)為基礎(chǔ)的、總是涉及搜索并應(yīng)用啟發(fā)方法引導(dǎo)求解過(guò)程獲得滿意的解答.1.2.1自動(dòng)化與人工智能總之,自動(dòng)化與AI有著十分密切的1121.2.2智能控制的發(fā)展下面分別介紹IC發(fā)展與形成過(guò)程.自動(dòng)控制的發(fā)展過(guò)程智能控制的發(fā)展智能控制學(xué)科的形成1.2.2智能控制的發(fā)展下面分別介紹IC發(fā)展與形成過(guò)程.1131.2.2智能控制的發(fā)展1.自動(dòng)控制的發(fā)展過(guò)程IC是AI和自動(dòng)控制的重要部分和研究領(lǐng)域,并被認(rèn)為是通向自主機(jī)器遞階道路上自動(dòng)控制的頂層.圖2表示自動(dòng)控制的發(fā)展過(guò)程和通向IC路徑上控制復(fù)雜性增加的過(guò)程.從圖2可知,這條路徑的最遠(yuǎn)點(diǎn)是IC,至少在當(dāng)前是如此.IC涉及高級(jí)決策并與AI密切相關(guān).1.2.2智能控制的發(fā)展1.自動(dòng)控制的發(fā)展過(guò)程1141.2.2智能控制的發(fā)展1.2.2智能控制的發(fā)展1151.2.2智能控制的發(fā)展2.智能控制的發(fā)展IC思潮第一次出現(xiàn)于上世紀(jì)60年代,幾種IC的思想和方法得到提出和發(fā)展。1.2.2智能控制的發(fā)展2.智能控制的發(fā)展116(1)啟蒙期

60年代初期，F(xiàn)．W．史密斯提出采用性能模式識(shí)別器來(lái)學(xué)習(xí)最優(yōu)控制方法的新思想，試圖利用模式識(shí)別技術(shù)來(lái)解決復(fù)雜系統(tǒng)的控制問(wèn)題。1965年，美國(guó)著名控制論專(zhuān)家扎德創(chuàng)立了模糊集合論，為解決復(fù)雜系統(tǒng)的控制問(wèn)題提供了強(qiáng)有力的數(shù)學(xué)工具。1966年J．M．門(mén)德?tīng)柺紫戎鲝垖⑷斯ぶ悄苡糜诳臻g飛行器的學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并提出了“人工智能控制”的概念。1971年著名學(xué)者傅京遜從發(fā)展學(xué)習(xí)控制的角度首次正式提出智能控制這個(gè)新興的學(xué)科領(lǐng)域。這些標(biāo)志著智能控制的思想已經(jīng)萌芽。1.2.2智能控制的發(fā)展(1)啟蒙期1.2.2智能控制的發(fā)展117(2)形成期從70年代初開(kāi)始，傅京孫等人從控制論角度進(jìn)一步總結(jié)了人工智能技術(shù)與自適應(yīng)、自組織、自學(xué)習(xí)控制的關(guān)系，正式提出了智能控制就是人工智能技術(shù)與控制理論的交叉，并創(chuàng)立了人—機(jī)交互式分級(jí)遞階智能控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。1974年，英國(guó)工程師曼德尼將模糊集合和模糊語(yǔ)言用于鍋爐和蒸汽機(jī)的控制，創(chuàng)立了基于模糊語(yǔ)言描述控制規(guī)則的模糊控制器，取得良好的控制效果。1979年，他又成功地研制出具有了較高智能的自組織模糊控制器。模糊控制的形成和發(fā)展，對(duì)智能控制理論的形成起了十分重要的推動(dòng)作用。1.2.2智能控制的發(fā)展(2)形成期1.2.2智能控制的發(fā)展118(3)發(fā)展期

1982年Fox等人實(shí)現(xiàn)了加工車(chē)間調(diào)度專(zhuān)家系統(tǒng)；1983年Saridis把智能控制用于機(jī)器人系統(tǒng)；1984年LISP公司研制成功用于分布式的實(shí)時(shí)過(guò)程控制專(zhuān)家系統(tǒng)；1986年M．Lattlmer等人開(kāi)發(fā)的混合專(zhuān)家系統(tǒng)控制器是一個(gè)實(shí)驗(yàn)型的基于知識(shí)的實(shí)時(shí)控制專(zhuān)家系統(tǒng)，用來(lái)處理軍事和現(xiàn)代化工業(yè)中出現(xiàn)的控制問(wèn)題。1987年4月，美國(guó)Foxboro公司公布了新一代的IA系列智能自動(dòng)控制系統(tǒng)，標(biāo)志著智能控制系統(tǒng)已由研制、開(kāi)發(fā)階段轉(zhuǎn)向應(yīng)用階段。80年代中后期，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究獲得了重要進(jìn)展，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論和應(yīng)用研究為智能控制的研究起到了重要的促進(jìn)作用。1.2.2智能控制的發(fā)展(3)發(fā)展期1.2.2智能控制的發(fā)展119(4)高潮期進(jìn)入90年代以來(lái)，智能控制的研究勢(shì)頭異常迅猛，每年都有各種以智能控制為專(zhuān)題的大型國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議在世界各地召開(kāi)，各種智能控制雜志或?qū)？粩嘤楷F(xiàn)，來(lái)自各國(guó)政府和企業(yè)的專(zhuān)項(xiàng)科研經(jīng)費(fèi)不斷增加。1.2.2智能控制的發(fā)展(4)高潮期1.2.2智能控制的發(fā)展1201.2.2智能控制的發(fā)展近十年來(lái),隨著AI和機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展,對(duì)IC的研究出現(xiàn)一股新的熱潮.各種智能決策系統(tǒng)、專(zhuān)家控制系統(tǒng)、學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)、模糊控制、NNC、主動(dòng)視覺(jué)控制、智能規(guī)劃和故障診斷系統(tǒng)1.2.2智能控制的發(fā)展近十年來(lái),隨著AI和機(jī)器人技術(shù)的快1211.2.2智能控制的發(fā)展等已被應(yīng)用于各類(lèi)工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)、智能機(jī)器人系統(tǒng)和智能化生產(chǎn)(制造)系統(tǒng).Transportation.Economics.1.2.2智能控制的發(fā)展等已被應(yīng)用于各類(lèi)1221.2.2智能控制的發(fā)展3.智能控制學(xué)科的形成IC新學(xué)科形成的條件逐漸成熟.1985年8月,IEEE在美國(guó)紐約召開(kāi)了第一屆IC學(xué)術(shù)討論會(huì).會(huì)上討論了IC原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu).之后,IEEE控制系統(tǒng)學(xué)會(huì)成立了IC專(zhuān)業(yè)委員會(huì).該專(zhuān)業(yè)委員會(huì)組織了對(duì)IC定義和研究生課程教學(xué)大綱的討論.1987年1月,在美國(guó)費(fèi)城由IEEE控制系統(tǒng)學(xué)會(huì)與計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)聯(lián)合召開(kāi)了IC國(guó)際會(huì)議.這是有關(guān)IC的第一次國(guó)際會(huì)議.1.2.2智能控制的發(fā)展3.智能控制學(xué)科的形成1231.2.2智能控制的發(fā)展大會(huì)討論了由于許多新技術(shù)問(wèn)題的出現(xiàn)以及相關(guān)理論與技術(shù)的發(fā)展,需要重新考慮控制領(lǐng)域及其鄰近學(xué)科.這次會(huì)議及其后續(xù)相關(guān)事件表明,IC作為一門(mén)獨(dú)立學(xué)科已正式在國(guó)際上建立起來(lái).1.2.2智能控制的發(fā)展大會(huì)討論了由于許多新技術(shù)問(wèn)題的出現(xiàn)1241.2.2智能控制的發(fā)展在IC的發(fā)展過(guò)程中,最近幾年有關(guān)IC的論文或論文集日益增多,但系統(tǒng)專(zhuān)著和教材并不多見(jiàn).1990年6月,正式出版的蔡自興編著《智能控制》是國(guó)內(nèi)外有關(guān)IC的第一本專(zhuān)著和教材.相繼1997年,蔡自興在新加坡出版的另一IC專(zhuān)著《IntelligentControl:Principles,TechniquesandApplications》,并被作為教材使用.另兩本名為《IntellignetControl:AspectsofFuzzyLogicandNeuralNets》和《Fuzzy-NeuralControl:Principles,AlgorithmsandApplications》的專(zhuān)著也先后在國(guó)外出版.1.2.2智能控制的發(fā)展在IC的發(fā)展過(guò)程中,最近幾年有關(guān)I1251.2.2智能控制的發(fā)展自1993年,分別在北京、西安、合肥與上海分別召開(kāi)的第1~4屆全球華人智能控制與智能自動(dòng)化大會(huì)(CWCICIA),對(duì)國(guó)際IC的發(fā)展起到較大的推動(dòng)作用.近10年來(lái),國(guó)內(nèi)已成立的學(xué)術(shù)團(tuán)體有中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)計(jì)算機(jī)視覺(jué)與智能控制學(xué)會(huì),中國(guó)智能機(jī)器人專(zhuān)業(yè)委員會(huì)和中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)智能自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)委員會(huì)等.這些情況表明,IC作為一門(mén)獨(dú)立的新學(xué)科,也已在我國(guó)建立起來(lái)了.1.2.2智能控制的發(fā)展自1993年,分別在北京、西安、合1261.3什么是智能控制下面介紹:智能控制的定義智能控制與傳統(tǒng)控制的關(guān)系和差別1.3什么是智能控制下面介紹:127什么叫智能？??？低級(jí)智能：感知環(huán)境、作出決策、控制行為1.3.1智能控制的定義什么叫智能？！？低級(jí)智能：感知環(huán)境、作出決策、控制行為1.3128

◆按人類(lèi)的認(rèn)知的過(guò)程定義(A.Meystel)智能是系統(tǒng)的一個(gè)特征，當(dāng)集注（FocusingAttention)、組合搜索(CombinatorialSearch)、歸納（Generalization)過(guò)程作用于系統(tǒng)輸入，并產(chǎn)生系統(tǒng)輸出時(shí)，就表現(xiàn)為智能。系統(tǒng)輸入系統(tǒng)輸出智能集中注意力組合搜索歸納FACSG◆按人類(lèi)的認(rèn)知的過(guò)程定義(A.Meystel)129◆按機(jī)器智能定義(Saridis)機(jī)器智能是把信息進(jìn)行分析、組織，并把它轉(zhuǎn)換成知識(shí)的過(guò)程。知識(shí)就是所得到的結(jié)構(gòu)性信息，它可用來(lái)使機(jī)器執(zhí)行特定的任務(wù)，以消除該任務(wù)的不確定性或盲目性，達(dá)到最優(yōu)或次優(yōu)的結(jié)果。機(jī)器智能◆按機(jī)器智能定義(Saridis)機(jī)器智能是把信1301.3.1智能控制的定義粗略地說(shuō),智能控制(IC)是一種將智能理論應(yīng)用于控制領(lǐng)域的模型描述、系統(tǒng)分析、控制設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的控制方法.它首先是一種控制方法,是一種具有智能行為與特征的控制方法.迄今為止,對(duì)IC還未有一個(gè)統(tǒng)一的定義,下面通過(guò)對(duì)智能機(jī)器的定義,來(lái)對(duì)IC與智能控制系統(tǒng)(IntelligentControlSystems,ICS)加以定義.1.3.1智能控制的定義粗略地說(shuō),智能控制(IC)是一種將1311.3.1智能控制的定義定義1(智能機(jī)器)能夠在定形或不定形,熟悉或不熟悉的環(huán)境中自主地或與操作人員交互作用以執(zhí)行各種擬人任務(wù)(anthropomorphictasks)的機(jī)器.或者比較通俗地說(shuō),智能機(jī)器是那些能夠自主地代替人類(lèi)從事危險(xiǎn)、厭煩、遠(yuǎn)距離或高精度等作業(yè)的機(jī)器.1.3.1智能控制的定義定義1(智能機(jī)器)能夠在定形或不1321.3.1智能控制的定義例如,能夠從事這類(lèi)工作的機(jī)器人,就屬于智能機(jī)器人.如,在星際探險(xiǎn)中的移動(dòng)機(jī)器人,如美國(guó)研制的火星探測(cè)車(chē).1.3.1智能控制的定義例如,1331.3.1智能控制的定義1.3.1智能控制的定義134智能機(jī)器人1.3.1智能控制的定義智能機(jī)器人1.3.1智能控制的定義1351.3.1智能控制的定義具有視覺(jué)的越野自主車(chē)1.3.1智能控制的定義具有視覺(jué)的越野自主車(chē)1361.3.1智能控制的定義再例如,能夠模擬人的思維,進(jìn)行博弈的計(jì)算機(jī).1997年5月11日,一個(gè)名為DeepBlue的IBM計(jì)算機(jī)系統(tǒng)戰(zhàn)勝當(dāng)時(shí)的國(guó)際象棋世界冠軍蓋利卡斯帕羅夫(GarryKasparov).正在與深藍(lán)下棋的卡斯帕羅夫

1.3.1智能控制的定義再例如,能夠模擬人的思維,進(jìn)行博弈1371.3.1智能控制的定義基于智能機(jī)器的定義,智能控制(IC)的定義為：定義2智能控制是驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器自主地實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的過(guò)程.或者說(shuō),智能控制是一類(lèi)無(wú)需人的干預(yù)就能夠獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的自動(dòng)控制.對(duì)自主機(jī)器人的控制就是一例.1.3.1智能控制的定義基于智能機(jī)器的定義,智能控制(IC1381.3.1智能控制的定義相對(duì)于智能機(jī)器與智能控制(IC),傳統(tǒng)的自動(dòng)控制的定義為：定義3(自動(dòng)控制)自動(dòng)控制是能按規(guī)定程序?qū)C(jī)器或裝置進(jìn)行自動(dòng)操作或控制的過(guò)程.簡(jiǎn)單地說(shuō),不需要人工干預(yù)的控制就是自動(dòng)控制.例如,一個(gè)裝置能夠自動(dòng)接收所測(cè)得的過(guò)程物理變量,自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算,然后對(duì)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)就是自動(dòng)控制裝置.反饋控制、最優(yōu)控制、隨機(jī)控制、自適應(yīng)控制和自學(xué)習(xí)控制等均屬自動(dòng)控制.1.3.1智能控制的定義相對(duì)于智能機(jī)器與智能控制(IC),1391.3.1智能控制的定義下面是關(guān)于智能控制系統(tǒng)(ICS)的定義.定義4用于驅(qū)動(dòng)自主智能機(jī)器以實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)而無(wú)需操作人員干預(yù)的系統(tǒng)叫智能控制系統(tǒng).這類(lèi)系統(tǒng)必須具有智能調(diào)度和執(zhí)行等能力.1.3.1智能控制的定義下面是關(guān)于智能控制系統(tǒng)(ICS)的1401.3.2智能控制與傳統(tǒng)控制的關(guān)系和差別IC與傳統(tǒng)控制的差別:涉及的范圍:IC的范圍包括了比傳統(tǒng)控制的范圍更一般的范圍.控制的目標(biāo):智能的目標(biāo)尋求在巨大的不確定環(huán)境中,獲得整體的優(yōu)化.1.3.2智能控制與傳統(tǒng)控制的關(guān)系和差別IC與傳統(tǒng)控制的差1411.4智能控制的結(jié)構(gòu)理論自從傅京孫1971年提出把IC作為AI和自動(dòng)控制的交接領(lǐng)域以來(lái),許多研究人員試圖建立起IC這一新學(xué)科.他們提出一些有關(guān)ICS結(jié)構(gòu)的思想,有助于對(duì)IC的進(jìn)一步認(rèn)識(shí).IC具有一門(mén)邊緣交叉學(xué)科,十分明顯的跨學(xué)科(多元)結(jié)構(gòu)特點(diǎn).在實(shí)際應(yīng)用中,各種IC與各種相關(guān)的基礎(chǔ)理論與方法的集成顯得非常重要的.IC的發(fā)展需要各相關(guān)學(xué)科的配合與支援,同時(shí)也要求IC工程師是個(gè)知識(shí)工程師.1.4智能控制的結(jié)構(gòu)理論自從傅京孫1971年提出把IC作為1421.4.1二元結(jié)構(gòu)傅京孫曾對(duì)幾個(gè)與學(xué)習(xí)控制(learningcontrol)有關(guān)的領(lǐng)域進(jìn)行了研究.這些研究領(lǐng)域是:含有擬人控制器的控制系統(tǒng);含有人-機(jī)控制器的控制系統(tǒng);自主機(jī)器人系統(tǒng).1.4.1二元結(jié)構(gòu)傅京孫曾對(duì)幾個(gè)與學(xué)習(xí)控制(learnin1431.4智能控制的結(jié)構(gòu)理論在此,我們主要討論IC的二元交集結(jié)構(gòu)和三元交集結(jié)構(gòu)兩種思想,它們分別由下列各交集(通集)表示:IC=AIACIC=AIACOR1.4智能控制的結(jié)構(gòu)理論在此,我們主要討論IC的二元交集結(jié)1441.4.1二元結(jié)構(gòu)我們可以用式IC=AIAC以及下圖來(lái)表示這種交接作用,并把它稱(chēng)為二元交集結(jié)構(gòu).1.4.1二元結(jié)構(gòu)我們可以用式1451.4.2三元結(jié)構(gòu)薩里迪斯(Saridis)于1977年提出SI三元IC結(jié)構(gòu),擴(kuò)展了傅京孫的二元結(jié)構(gòu),即把IC看作為AI、自動(dòng)控制和運(yùn)籌學(xué)的交接,如下圖所示.1.4.2三元結(jié)構(gòu)薩里迪斯(Saridis)于1977年提1461.4.2三元結(jié)構(gòu)我們可以用式IC=AIACOR來(lái)描述這種結(jié)構(gòu).Saridis認(rèn)為,構(gòu)成二元交集結(jié)構(gòu)的兩元互相支配,無(wú)助于