智能控制的產(chǎn)生與發(fā)展

智能控制初步引見(jiàn)

——產(chǎn)生與開(kāi)展主要內(nèi)容智能控制的產(chǎn)生和開(kāi)展智能控制的定義、特點(diǎn)智能控制的主要分支智能控制的構(gòu)造實(shí)際體系智能控制的產(chǎn)生和開(kāi)展瓦特瓦特蒸汽機(jī)智能控制的產(chǎn)生和開(kāi)展瓦特的離心調(diào)速器智能控制的產(chǎn)生和開(kāi)展在公元1788年前后，瓦特采用離心調(diào)速器，改良了蒸氣機(jī)，促進(jìn)了工業(yè)大消費(fèi)的進(jìn)程。這種采用機(jī)械式調(diào)理原理實(shí)現(xiàn)的動(dòng)力機(jī)速度自動(dòng)控制是自動(dòng)化開(kāi)展中的第一個(gè)里程碑。離心調(diào)速器開(kāi)啟了近代自動(dòng)化控制的先河，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制，標(biāo)志著近代自動(dòng)化控制技術(shù)的誕生，對(duì)工業(yè)革命的影響宏大而深遠(yuǎn)。離心調(diào)速器構(gòu)造簡(jiǎn)單，性能可靠，至今仍在大范圍運(yùn)用，具有不可或缺的作用！智能控制的產(chǎn)生和開(kāi)展1868年，以離心式調(diào)速器為背景，物理學(xué)家麥克斯韋爾(Maxwell)研討了反響系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題，發(fā)表了目前公認(rèn)的控制實(shí)際最早的實(shí)際論文--“論調(diào)速器(OnGovernors)〞。源自物理學(xué)與數(shù)學(xué)的自動(dòng)控制實(shí)際(在當(dāng)時(shí)稱(chēng)為自動(dòng)調(diào)理原理，簡(jiǎn)稱(chēng)調(diào)理原理)開(kāi)場(chǎng)逐漸構(gòu)成。1892年，俄國(guó)李亞普諾夫(Lyapunov)的博士論文--“論運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的普通問(wèn)題〞，提出了李亞普諾夫(Lyapunov)穩(wěn)定實(shí)際。1922年，美國(guó)N.Minorsky研制出用于船舶駕駛的伺服構(gòu)造，提出了PID控制律。1942年尼克爾斯Nichols提出了回路整定技術(shù)(PID整定表和設(shè)計(jì)用的尼可爾斯圖)。智能控制的產(chǎn)生和開(kāi)展長(zhǎng)期以來(lái)，自動(dòng)控制科學(xué)已對(duì)整個(gè)科學(xué)技術(shù)的實(shí)際和實(shí)際作出了重要奉獻(xiàn)，并為人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)了宏大利益。然而，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速開(kāi)展和艱苦提高，對(duì)控制和系統(tǒng)科學(xué)提出了更新更高要求，自動(dòng)控制實(shí)際和工程正面臨新的開(kāi)展機(jī)遇和嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)控制實(shí)際：經(jīng)典反響控制、現(xiàn)代控制、大系統(tǒng)實(shí)際等，在運(yùn)用中遇到不少難題。多年來(lái)，自動(dòng)控制不斷在尋覓新的出路。如今看來(lái)，出路之一就是實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的智能化，以期處理面臨的難題。智能控制的產(chǎn)生和開(kāi)展自動(dòng)控制的開(kāi)展過(guò)程控制復(fù)雜性進(jìn)展方向開(kāi)環(huán)控制確定性反響控制最優(yōu)控制隨機(jī)控制自順應(yīng)、魯棒控制自學(xué)習(xí)控制智能控制智能控制的產(chǎn)生和開(kāi)展控制實(shí)際開(kāi)展的三個(gè)階段第一階段：經(jīng)典控制實(shí)際〔構(gòu)成于20世紀(jì)40到60年代〕。第二階段：現(xiàn)代控制實(shí)際〔構(gòu)成于20世紀(jì)60到70年代〕第三階段：智能控制實(shí)際〔20世紀(jì)70年代至今〕智能控制的產(chǎn)生和開(kāi)展經(jīng)典控制實(shí)際單輸入單輸出反響系統(tǒng)傳送函數(shù)波特圖奈奎斯特圖根軌跡圖主要代表人物：Bode,Evans,Nyquist，Routh，……智能控制的產(chǎn)生和開(kāi)展現(xiàn)代控制實(shí)際具有多個(gè)相互耦合回路的多變量系統(tǒng)形狀空間法最優(yōu)控制能控性和能觀性卡爾曼濾波主要代表人物：卡爾曼(Kalman),龐特里亞金(Pontryagin),貝爾曼(Bellman),奧斯特隆姆(Astrom)，……智能控制的產(chǎn)生和開(kāi)展智能控制實(shí)際復(fù)雜系統(tǒng)模糊控制進(jìn)化計(jì)算……神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要代表人物：Zadeh，Hopfield，J.Holland，……智能控制的產(chǎn)生和開(kāi)展傳統(tǒng)控制實(shí)際面臨的難題準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型和復(fù)雜性、非線性、時(shí)變性、不確定性、不完全性之間的矛盾，導(dǎo)致無(wú)法獲得準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型；苛刻的系統(tǒng)假設(shè)在運(yùn)用中往往與實(shí)踐不相吻合；復(fù)雜、不確定性的對(duì)象,以傳統(tǒng)方法無(wú)法處理建模問(wèn)題；為了提高性能,傳統(tǒng)控制系統(tǒng)能夠變得很復(fù)雜,從而添加了設(shè)備的初投資和維修費(fèi)用,降低系統(tǒng)的可靠性；運(yùn)用要求進(jìn)展創(chuàng)新，提出新的控制思想，進(jìn)展新的集成開(kāi)發(fā)，處理未知環(huán)境中復(fù)雜系統(tǒng)的控制問(wèn)題。智能控制的產(chǎn)生和開(kāi)展智能控制的開(kāi)展1965年,著名的美籍華裔科學(xué)家傅京孫(K.S.Fu)教授首先把人工智能的啟發(fā)式推理規(guī)那么用于學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)；然后,他又于1971年論述了人工智能與自動(dòng)控制的交接關(guān)系。由于傅先生的重要奉獻(xiàn),他已成為國(guó)際公認(rèn)的智能控制的先行者和奠基人。模糊控制是智能控制的又一活潑研討領(lǐng)域。扎德(Zadeh)于1965年發(fā)表了他的著名論文“模糊集合〞(fuzzysets),開(kāi)辟了模糊控制的新領(lǐng)域。1967年,利昂茲(Leondes)等人初次正式運(yùn)用“智能控制〞一詞。這一術(shù)語(yǔ)的出現(xiàn)要比“人工智能〞晚11年,比“機(jī)器人〞晚47年。智能控制的產(chǎn)生和開(kāi)展薩里迪斯(Saridis)對(duì)智能控制系統(tǒng)的分類(lèi)作出奉獻(xiàn)。他把智能控制開(kāi)展道路上的最遠(yuǎn)點(diǎn)標(biāo)志為人工智能。他以為,人工智能可以提供最高層的控制構(gòu)造,進(jìn)展最高層的決策。此外，奧斯特洛姆(?str?m)、迪席爾瓦(deSilva)、周其鑒、蔡自興、霍門(mén)迪梅洛(HomendeMello)和桑德森(Sanderson)等于80年代分別提出和開(kāi)展了專(zhuān)家控制、基于知識(shí)的控制、仿人控制、專(zhuān)家規(guī)劃和分級(jí)規(guī)劃等。智能控制的產(chǎn)生和開(kāi)展兩次學(xué)術(shù)會(huì)議1985年8月美國(guó)紐約，IEEE召開(kāi)了第一屆智能控制學(xué)術(shù)討論會(huì)，成立IEEE智能控制專(zhuān)業(yè)委員會(huì)。1987年1月美國(guó)費(fèi)城，第一次智能控制國(guó)際會(huì)議。標(biāo)志著智能控制造為一門(mén)獨(dú)立學(xué)科，正式在國(guó)際上建立。智能控制的產(chǎn)生和開(kāi)展國(guó)內(nèi)開(kāi)展情況全球智能控制與自動(dòng)化大會(huì)1993199720002002200420062008201020122014北京西安合肥上海杭州大連重慶濟(jì)南北京沈陽(yáng)成立中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)智能控制與智能管理專(zhuān)業(yè)委員會(huì)及智能機(jī)器人專(zhuān)業(yè)委員會(huì)，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)等學(xué)術(shù)團(tuán)體。<方式識(shí)別與人工智能>、<智能系統(tǒng)學(xué)報(bào)>等學(xué)術(shù)刊物標(biāo)志著智能控制造為一門(mén)獨(dú)立的新學(xué)科在我國(guó)曾經(jīng)建立起來(lái)了智能控制的產(chǎn)生和開(kāi)展智能控制造為一門(mén)新學(xué)科的科學(xué)意義為處理傳統(tǒng)控制無(wú)法處理的問(wèn)題找到了一條新途徑；促進(jìn)自動(dòng)控制向著更高程度開(kāi)展；激發(fā)學(xué)術(shù)界的思想解放，推進(jìn)科技創(chuàng)新；為實(shí)現(xiàn)腦力勞動(dòng)和膂力勞動(dòng)的自動(dòng)化做出奉獻(xiàn)；為多種學(xué)派協(xié)作樹(shù)立了典范智能控制的定義、特點(diǎn)智能控制的定義智能機(jī)器可以在定形或不定形，熟習(xí)或不熟習(xí)的環(huán)境中自主地或與操作人員交互作用以執(zhí)行各種擬人義務(wù)的機(jī)器叫做智能機(jī)器。自動(dòng)控制自動(dòng)控制是能按規(guī)定程序?qū)C(jī)器或安裝進(jìn)展自動(dòng)操作或控制的過(guò)程。簡(jiǎn)單地說(shuō)，不需求人工干涉的控制就是自動(dòng)控制。智能控制的定義、特點(diǎn)智能控制智能控制是驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器自主地實(shí)現(xiàn)其目的的過(guò)程?；蛘哒f(shuō)，智能控制是一類(lèi)無(wú)需人的干涉就可以獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器實(shí)現(xiàn)其目的的自動(dòng)控制。對(duì)自主機(jī)器人的控制就是一例。智能控制系統(tǒng)用于驅(qū)動(dòng)自主智能機(jī)器以實(shí)現(xiàn)其目的而無(wú)需操作人員干涉的系統(tǒng)叫智能控制系統(tǒng)。這類(lèi)系統(tǒng)必需具有智能調(diào)度和執(zhí)行等才干。智能控制系統(tǒng)的實(shí)際根底是人工智能、控制論、運(yùn)籌學(xué)和信息論等學(xué)科的交叉。智能控制的定義、特點(diǎn)智能控制器的普通構(gòu)造1-智能控制系統(tǒng)；2-多層控制器；3-多傳感系統(tǒng)智能控制的定義、特點(diǎn)智能控制的特點(diǎn)同時(shí)具有以知識(shí)表示的非數(shù)學(xué)廣義模型和以數(shù)學(xué)模型(含計(jì)算智能模型與算法)表示的混合控制過(guò)程。智能控制具有分層信息處置和決策機(jī)構(gòu)，中心在高層控制,即組織級(jí)。智能控制是一門(mén)邊緣交叉學(xué)科。智能控制是一個(gè)新興的研討領(lǐng)域。無(wú)論在實(shí)際上或?qū)嶋H上它都還很不成熟、很不完善,需求進(jìn)一步探求與開(kāi)發(fā)。智能控制的定義、特點(diǎn)智能控制功能：學(xué)習(xí)功能一個(gè)系統(tǒng)，如能對(duì)一個(gè)過(guò)程或其環(huán)境的未知特征所固有的信息進(jìn)展學(xué)習(xí)，并將得到的閱歷用于進(jìn)一步估計(jì)、分類(lèi)、決策或控制，從而使系統(tǒng)性能得到改善。順應(yīng)功能智能行為本質(zhì)上是一種從輸入到輸出的映射，一種不依賴(lài)模型的自順應(yīng)估計(jì)，即使系統(tǒng)的某一部分出現(xiàn)缺點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)也能正常任務(wù)。智能控制的定義、特點(diǎn)組織功能對(duì)于復(fù)雜的義務(wù)和分散傳感信息具有自行組織和協(xié)調(diào)的功能，系統(tǒng)具有相應(yīng)的自動(dòng)性和靈敏性，在義務(wù)要求的范圍內(nèi)自行決策，自動(dòng)采取行動(dòng)，當(dāng)出現(xiàn)多目的沖突時(shí)，各控制器在一定限制條件下自行處理。智能控制的定義、特點(diǎn)智能控制的研討對(duì)象不確定性的模型模型的不確定性包含兩層意思：一是模型未知或知之甚少；二是模型的構(gòu)造和參數(shù)能夠在很大范圍內(nèi)變化。高度的非線性傳統(tǒng)控制實(shí)際處理非線性方法復(fù)雜，有時(shí)只能定性分析。如繼電器特性、磁滯回環(huán)特性、死區(qū)、飽和特性等。智能控制的定義、特點(diǎn)復(fù)雜的義務(wù)要求傳統(tǒng)控制，控制義務(wù)要求比較單一，如要求輸出量恒定或要求輸出量跟隨期望的運(yùn)動(dòng)軌跡變化。如在復(fù)雜的工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)中，除了要求對(duì)各被控物理量實(shí)現(xiàn)定值調(diào)理外，還要?jiǎng)?wù)虛現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)啟停、缺點(diǎn)的自動(dòng)診斷以及緊急情況的自動(dòng)處置等功能，就要用智能控制系統(tǒng)了?？梢愿爬椋褐悄芸刂剖恰叭呷渊暤漠a(chǎn)物。即“控制系統(tǒng)的高度復(fù)雜性、高度不確定性及人們要求越來(lái)越高的控制性能〞智能控制的主要分支智能控制的幾個(gè)主要運(yùn)用研討領(lǐng)域智能機(jī)器人規(guī)劃與控制消費(fèi)過(guò)程的智能監(jiān)控智能缺點(diǎn)檢測(cè)與診斷自動(dòng)加工系統(tǒng)的智能控制飛行器的智能控制醫(yī)療過(guò)程智能控制智能儀器智能控制智能控制的主要分支智能控制系統(tǒng)的分類(lèi)遞階控制系統(tǒng)專(zhuān)家控制系統(tǒng)模糊控制系統(tǒng)學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)神經(jīng)控制系統(tǒng)仿生控制系統(tǒng)集成智能控制系統(tǒng)組合智能控制系統(tǒng)智能控制的主要分支智能控制主要研討內(nèi)容模糊控制以模糊集合實(shí)際為根底的控制方法，模擬人的控制閱歷而不與常規(guī)控制方法相比，模糊控制有以下特點(diǎn)：模糊控制完全是在操作人員控制閱歷根底上實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制，無(wú)需建立數(shù)學(xué)模型，是處理不確定性系統(tǒng)的一種有效途徑。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。智能控制的主要分支由離線計(jì)算得到控制查詢(xún)表，提高了控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性?？刂频臋C(jī)理符合人們對(duì)過(guò)程控制造用的直觀描畫(huà)和思想邏輯，為智能控制運(yùn)用打下了根底。是依賴(lài)控制對(duì)象的模型。智能控制的主要分支模糊控制器的普通構(gòu)造智能控制的主要分支神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制部分地表現(xiàn)出人腦的某些智能特性，人們從構(gòu)造和信息處置機(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根本特性，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、籠統(tǒng)和模擬。智能控制的主要分支智能控制的主要分支人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有幾個(gè)突出的特點(diǎn)：可以充分逼近恣意復(fù)雜的非線性關(guān)系；一切定量或定性的信息都分布儲(chǔ)存于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的各神經(jīng)元的銜接上，故有很強(qiáng)的魯棒性和容錯(cuò)性；采用并行分布處置方法，使得快速進(jìn)展大量運(yùn)算成為能夠；可學(xué)習(xí)和自順應(yīng)不知道或不確定的系統(tǒng)。智能控制的主要分支專(zhuān)家控制系統(tǒng)專(zhuān)家系統(tǒng)是人工智能運(yùn)用領(lǐng)域最勝利的分支之一，始于60年代中期。隨著運(yùn)用的不斷勝利，專(zhuān)家系統(tǒng)技術(shù)越來(lái)越受人們的注重。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)的研討和運(yùn)用，它在控制領(lǐng)域的運(yùn)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。智能控制的主要分支專(zhuān)家系統(tǒng)簡(jiǎn)化構(gòu)造圖知識(shí)庫(kù)推理機(jī)專(zhuān)家知識(shí)輸入或提問(wèn)答案專(zhuān)家系統(tǒng)簡(jiǎn)化構(gòu)造圖智能控制的主要分支專(zhuān)家控制系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：一定程度上模擬人的思想活動(dòng)規(guī)律，能進(jìn)展自動(dòng)推理，擅長(zhǎng)應(yīng)付各種變化，具有透明性和靈敏性。不斷監(jiān)視消費(fèi)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)特定性能目的下的優(yōu)化控制，能處置大量低層信息，可進(jìn)展操作指點(diǎn)。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，缺點(diǎn)診斷和容錯(cuò)控制，參數(shù)和算法的自動(dòng)修正，不同算法的組合等。深層知識(shí)的引入，可以彌補(bǔ)專(zhuān)家閱歷的缺乏，可以自然地消除決策沖突。智能控制的主要分支直接專(zhuān)家控制系統(tǒng)框圖(b)間接專(zhuān)家控制系統(tǒng)框圖智能控制的主要分支分層遞階智能控制分層遞階智能控制是在研討學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)的根底上，從工程控制出發(fā)，總結(jié)人工智能與自順應(yīng)控制、自學(xué)習(xí)控制及自組織控制的關(guān)系后逐漸構(gòu)成的。G．N．Sariidis最早提出了分層遞階智能控制。分層遞階智能控制具有兩個(gè)明顯的特點(diǎn)：對(duì)控制來(lái)講，自上而下控制精度愈來(lái)愈高；對(duì)識(shí)別來(lái)講，自下而上信息回饋愈來(lái)愈粗略。智能控制的主要分支該系統(tǒng)由組織級(jí)、協(xié)調(diào)級(jí)、執(zhí)行級(jí)組成，按照自上而下準(zhǔn)確程度漸增、智能程度漸減的原那么進(jìn)展功能分配。在這類(lèi)多層智能控制系統(tǒng)中，智能主要表達(dá)在高層次上，其主要作用是模擬人的功能實(shí)現(xiàn)規(guī)劃、決策、學(xué)習(xí)和義務(wù)協(xié)調(diào)等義務(wù)。執(zhí)行級(jí)依然采用現(xiàn)有數(shù)學(xué)解析控制算法，對(duì)數(shù)值進(jìn)展操作和運(yùn)算。組織級(jí)協(xié)調(diào)級(jí)執(zhí)行級(jí)對(duì)象識(shí)別用戶(hù)指令三級(jí)遞階控制構(gòu)造智能控制的主要分支學(xué)習(xí)控制模擬人類(lèi)本身各種優(yōu)良控制調(diào)理機(jī)制的一種嘗試，能在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中逐漸獲得被控過(guò)程及環(huán)境的非預(yù)知信息，積累控制閱歷，并在一定評(píng)價(jià)規(guī)范下進(jìn)展估值、分類(lèi)、決策和不斷改善系統(tǒng)質(zhì)量的自動(dòng)控制系統(tǒng)。學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)對(duì)系統(tǒng)性能的評(píng)價(jià)和優(yōu)化來(lái)調(diào)整系統(tǒng)的構(gòu)造和參數(shù)，好的優(yōu)化實(shí)際和算法是其系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。遺傳算法有潛力。智能控制的主要分支在智能控制系統(tǒng)的研討與運(yùn)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。智能控制的構(gòu)造實(shí)際體系智能控制的構(gòu)造實(shí)際智能控制具有十清楚顯的跨學(xué)科(多元)構(gòu)造特點(diǎn)。在此，我們主要討論智能控制的二元交集構(gòu)造、三元交集構(gòu)造和四元交集構(gòu)造三種思想，它們分別由以下各交集(通集)表示：IC=AI∩ACIC=AI∩CT∩ORIC=AI∩CT∩IT∩ORAI--人工智能(ArtificialIntelligence)AC--自動(dòng)控制(AutomaticControl)CT--控制論(ControlTheory)OR--運(yùn)籌學(xué)(OperationResearch)IT--信息論(InformationTheory,Informatics)；IC--智能控制(IntelligentControl)∩表示交集和連詞"與"符號(hào)。智能控制的構(gòu)造實(shí)際體系二元構(gòu)造傅京孫1971年提出把智能控制造為人工智能和自動(dòng)控制的交接領(lǐng)域。他曾對(duì)幾個(gè)與自學(xué)習(xí)控制〔learningcontrol〕有關(guān)的領(lǐng)域進(jìn)展了研討。為了強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的問(wèn)題求解和決策才干，他用“智能控制系統(tǒng)〞來(lái)包括這些領(lǐng)域。他指出：智能控制系統(tǒng)描畫(huà)自動(dòng)控制系統(tǒng)與人工智能的交接作用。ICACAI智能控制的二元構(gòu)造智能控制的