第四章 专家控制系统.

1、1第第4章章 专家控制系统专家控制系统 专家控制（专家控制（Expert Control）是智能控制）是智能控制的一个重要分支，又称专家智能控制。的一个重要分支，又称专家智能控制。 它在将人工智能中专家系统的理论和技它在将人工智能中专家系统的理论和技术同自动控制的理论、方法和技术有机术同自动控制的理论、方法和技术有机结合的基础上，在未知环境下模仿专家结合的基础上，在未知环境下模仿专家的智能，实现对系统的有效控制。的智能，实现对系统的有效控制。 24.1专家系统基础专家系统基础 4.1.1什么是专家系统什么是专家系统 从本质上讲，从本质上讲，专家系统专家系统是一类包含着知识和推是一类包含着知识和

2、推理的智能计算机程序理的智能计算机程序 。现在习惯于把每一个利用了大量领域知识的大现在习惯于把每一个利用了大量领域知识的大而复杂的人工智能系统都统称为而复杂的人工智能系统都统称为专家系统专家系统。 专家系统可以解决的问题一般包括解释、预测、专家系统可以解决的问题一般包括解释、预测、诊断、设计、规划、监视、修理、指导和控制诊断、设计、规划、监视、修理、指导和控制等。等。3 4.1专家系统基础专家系统基础 4.1.1什么是专家系统什么是专家系统 专家系统和传统的计算机专家系统和传统的计算机“应用程序应用程序”最本质的不同之处在于，专家系统所最本质的不同之处在于，专家系统所要解决的问题一般没有算法解

3、，并且要解决的问题一般没有算法解，并且经常要在不完全、不精确或不确定的经常要在不完全、不精确或不确定的信息基础上做出结论。信息基础上做出结论。 44.1.2专家系统的组成专家系统的组成 n专家系统的基本组成专家系统的基本组成 推 理 机知识库综合数据库知识获取解释接口用户问题描述领域专家解答、建议或解释5知识库知识库 知识库是知识的存储器，用于存储领域专家的经验性知识库是知识的存储器，用于存储领域专家的经验性知识以及有关的事实、一般常识等。知识库中的知识知识以及有关的事实、一般常识等。知识库中的知识来源于知识获取机构，同时它又为推理机提供求解问来源于知识获取机构，同时它又为推理机提供求解问题所

4、需的知识。题所需的知识。 4.1.2专家系统的组成专家系统的组成 推理机推理机 推理机是专家系统的推理机是专家系统的“思维思维”机构，实际上是求解问机构，实际上是求解问题的计算机软件系统。题的计算机软件系统。 推理机的运行可以有不同的控制策略。推理机的运行可以有不同的控制策略。 6综合数据库（全局数据库） 又称为又称为“黑板黑板”或或“数据库数据库”。它是用于存放推理的。它是用于存放推理的初始证据、中间结果以及最终结果等的工作存储器初始证据、中间结果以及最终结果等的工作存储器（Working Memory）。）。 解释接口解释接口 又称人又称人-机界面，它把用户输人的信息转换成系统内规机界面，

5、它把用户输人的信息转换成系统内规范化的表示形式，然后交给相应模块去处理，把系统范化的表示形式，然后交给相应模块去处理，把系统输出的信息转换成用户易于理解的外部表示形式显示输出的信息转换成用户易于理解的外部表示形式显示给用户，回答用户提出的给用户，回答用户提出的“为什么？为什么？”“”“结论是如何结论是如何得出的？得出的？”等问题。等问题。 4.1.2专家系统的组成专家系统的组成 7知识获取知识获取 知识获取是指通过人工方法或机器学习的方法，知识获取是指通过人工方法或机器学习的方法，将某个领域内的事实性知识和领域专家所特有将某个领域内的事实性知识和领域专家所特有的经验性知识转化为计算机程序的过程

6、。的经验性知识转化为计算机程序的过程。对知识库的修改和扩充也是在系统的调试和验对知识库的修改和扩充也是在系统的调试和验证中进行的，是一件很困难的工作。知识获取证中进行的，是一件很困难的工作。知识获取被认为是专家系统中的一个被认为是专家系统中的一个“瓶颈瓶颈”问题。问题。 4.1.2专家系统的组成专家系统的组成 84.1.3 专家系统的特征及类型专家系统的特征及类型 1、专家系统的基本特征、专家系统的基本特征 具有专家水平的专门知识具有专家水平的专门知识 能进行有效的推理能进行有效的推理 专家系统的透明性和灵活性专家系统的透明性和灵活性 具有一定的复杂性与难度具有一定的复杂性与难度 92、专家系

7、统的类型、专家系统的类型 诊断型专家系统诊断型专家系统 解释型专家系统解释型专家系统 预测型专家系统预测型专家系统 设计型专家系统设计型专家系统 决策型专家系统决策型专家系统 控制专家系统控制专家系统 4.1.3 专家系统的特征及类型专家系统的特征及类型 104.1.4专家系统的知识表示专家系统的知识表示 n知识表示知识表示就是知识的形式化，就是研究用机就是知识的形式化，就是研究用机器表示知识的可行的、有效的、通用的原则器表示知识的可行的、有效的、通用的原则和方法。和方法。n目前常用的知识表示方法有：逻辑表示法、目前常用的知识表示方法有：逻辑表示法、语义网络法、产生式规则、特性表示法、框语义网

8、络法、产生式规则、特性表示法、框架表示法、与或图法、过程表示法、黑板结架表示法、与或图法、过程表示法、黑板结构、构、Petri网络法、神经网络等。网络法、神经网络等。 114.1.4专家系统的知识表示专家系统的知识表示 1 1、产生式规则表示法、产生式规则表示法 控制器匹配、冲突解决规则库数据库匹配检索121、产生式规则表示法、产生式规则表示法n规则库：规则库：存放了若干规则，每条产生式规则是一个存放了若干规则，每条产生式规则是一个以以“如果满足这个条件，就应当采取这个操作如果满足这个条件，就应当采取这个操作”形式形式表示的语句。表示的语句。 n数据库：数据库：是产生式规则注意的中心，每个产生

9、式规是产生式规则注意的中心，每个产生式规则的左半部分表示在启用这一规则之前数据库内必须则的左半部分表示在启用这一规则之前数据库内必须准备好的条件。准备好的条件。 n控制器控制器 ：是说明下一步应该选用什么规则，也就是是说明下一步应该选用什么规则，也就是如何运用规则。通常从选择规则到执行规则分成三步：如何运用规则。通常从选择规则到执行规则分成三步：匹配匹配、冲突解决冲突解决和和操作操作。 134.1.4专家系统的知识表示 2 2、状态空间表示法、状态空间表示法n状态空间表示法状态空间表示法是知识表达的基本方法。是知识表达的基本方法。n状态空间状态空间是利用状态变量和操作符号，表示系是利用状态变量

10、和操作符号，表示系统或问题的有关知识的符号体系，通常可以用三统或问题的有关知识的符号体系，通常可以用三元组来表示：元组来表示： 其中其中Q Qs s表示初始状态，表示初始状态，Q Qg g表示目标状态，表示目标状态，F F表示表示操作。操作。 144.1.4专家系统的知识表示专家系统的知识表示 3 3、框架表示法、框架表示法n框架框架是一个嵌套的连接表，用于表达问题的状是一个嵌套的连接表，用于表达问题的状态和操作过程及其相互联系。态和操作过程及其相互联系。n框架系统的框架系统的嵌套式结构嵌套式结构便于表达不同层次的知便于表达不同层次的知识。通过扩充子框架，可以进一步描述问题的细识。通过扩充子框

11、架，可以进一步描述问题的细节。节。 153、框架表示法、框架表示法n框架的结构框架的结构（）（）（） （） ） （） （） ） ） （） ） ） ）164、“与或图与或图”表示法表示法n与或图概念与或图概念 与或图是一种超图，图中用几条超弧线连接一个与或图是一种超图，图中用几条超弧线连接一个父节点和它的一组后继节点，加到一个节点上的父节点和它的一组后继节点，加到一个节点上的“与与”或或“或或”标记取决于该节点对其父节点的标记取决于该节点对其父节点的关系。关系。 ACBDEFH174、“与或图与或图”表示法表示法分解分解“与与”树树将复杂的大问题分解将复杂的大问题分解成一组简单的小问题，成一组简

12、单的小问题，将总问题分解为子问将总问题分解为子问题。若所有子问题都题。若所有子问题都解决了，则总问题也解决了，则总问题也解决了。这是解决了。这是“与与”的逻辑关系。而子问的逻辑关系。而子问题又可以分为子子问题又可以分为子子问题，如此类推可以形题，如此类推可以形成问题分解的树图，成问题分解的树图，称为称为“与与”树。树。 总 问 题子 问 题 （ 简 单 ）子 子 问 题 （ 更 简 单 ）184、“与或图与或图”表示法表示法变换变换“或或”树树将较难的问题变换为较将较难的问题变换为较易的等价问题。若一个易的等价问题。若一个较难问题可以等价变换较难问题可以等价变换为几个容易问题，则任为几个容易问

13、题，则任何一个容易问题解决了，何一个容易问题解决了，也就解决了原有的难问也就解决了原有的难问题，这是题，这是“或或”的逻辑的逻辑关系。而这些容易问题关系。而这些容易问题还有可能变换为若干更还有可能变换为若干更容易的问题，如此下去，容易的问题，如此下去，可以形成问题变换的可以形成问题变换的“或或”树。树。 总问题等价问题（易）等价问题（更易）194、“与或图与或图”表示法表示法n与或图构成规则与或图构成规则 与或图中的每个节点代表一个要解决的单一问与或图中的每个节点代表一个要解决的单一问题或问题集合，图中的起始节点对应总问题。题或问题集合，图中的起始节点对应总问题。对应于本原问题的节点为叶节点，

14、它没有后裔。对应于本原问题的节点为叶节点，它没有后裔。对于把算符（与操作或操作）应用于问题对于把算符（与操作或操作）应用于问题 A的每种可能情况，都把问题变换为一个子问题集的每种可能情况，都把问题变换为一个子问题集合；有向弧线自合；有向弧线自A指向后继节点，表示所求得的指向后继节点，表示所求得的子问题集合。子问题集合。 204.1.4专家系统的知识表示 5 5、黑板模型结构、黑板模型结构 是一种功能较强的问题求解模型，能处理大量不是一种功能较强的问题求解模型，能处理大量不同表达的知识，并能提供组织，协调，应用这些同表达的知识，并能提供组织，协调，应用这些知识的手段。这种模型采用机遇推理模型，把

15、求知识的手段。这种模型采用机遇推理模型，把求解过程看作是一个产生部分解并由部分解组合出解过程看作是一个产生部分解并由部分解组合出一个满意的解的过程。黑板模型的主要优点在于一个满意的解的过程。黑板模型的主要优点在于它在控制上的灵活性，并能综合不同的知识表达它在控制上的灵活性，并能综合不同的知识表达和推理技术。和推理技术。 215 5、黑板模型结构、黑板模型结构 225 5、黑板模型结构、黑板模型结构 n黑板数据结构（简称黑板）黑板数据结构（简称黑板）它是全局性的数据结构。它是全局性的数据结构。用于组织问题求解数据，处理知识源之间的用于组织问题求解数据，处理知识源之间的通信。通信。黑板模型可分为若

16、干信息层，每一层用于描黑板模型可分为若干信息层，每一层用于描述关于问题的某一类信息。述关于问题的某一类信息。各个信息层之间形成一个松散的层次结构，各个信息层之间形成一个松散的层次结构，高层中的黑板元素可以近似地看成是这下一高层中的黑板元素可以近似地看成是这下一级若干个黑板元素的抽象。级若干个黑板元素的抽象。 235 5、黑板模型结构、黑板模型结构 n知识源知识源问题求解所需的领域知识划分为知识源。问题求解所需的领域知识划分为知识源。知识源可具有知识源可具有“条件一动作条件一动作”的形式。条件的形式。条件描述了知识源可用于求解的情形，动作则描描述了知识源可用于求解的情形，动作则描述了知识源的行为

17、。述了知识源的行为。n控制单元控制单元由黑板监督程序和调度程序组成，其作用就由黑板监督程序和调度程序组成，其作用就是决定下一步需激活的知识源或需处理的黑是决定下一步需激活的知识源或需处理的黑板信息。板信息。 244.1.4专家系统的知识表示专家系统的知识表示 6 6、神经网络知识表、神经网络知识表示示 神经网络的知识表神经网络的知识表示可看作是一种隐示可看作是一种隐式表示，在这里知式表示，在这里知识并不像在产生式识并不像在产生式系统中那样独立表系统中那样独立表示每一规则，而是示每一规则，而是将某一问题的若干将某一问题的若干知识在同一网络中知识在同一网络中表示。表示。 -1.0-1.5-2.00

18、01.0041.1002.102-3.1211.0701.135x1x2y256、神经网络知识表示、神经网络知识表示n神经网络知识表示的优点：神经网络知识表示的优点： 具有统一的内部知识表示形式，通过学习程序具有统一的内部知识表示形式，通过学习程序即可获得网络的相关参数如分块邻接权矩阵、即可获得网络的相关参数如分块邻接权矩阵、节点偏移向量等。任何知识规则都可变换成数节点偏移向量等。任何知识规则都可变换成数字形式，便于知识库的组织和管理，通用性强；字形式，便于知识库的组织和管理，通用性强；便于实现知识的自动获取；便于实现知识的自动获取；利于实现并行联想推理和自适应推理；利于实现并行联想推理和自适

19、应推理；能够表示事物的复杂关系如模糊因果关系。能够表示事物的复杂关系如模糊因果关系。267、综合知识的表达方法、综合知识的表达方法 n关键问题关键问题 ： 符号值与数值变量、模糊变量之间的转换。符号值与数值变量、模糊变量之间的转换。 对规则型知识的赋时和时序匹配。对规则型知识的赋时和时序匹配。 各种不同的知识模型间的转换关系及其协调性各种不同的知识模型间的转换关系及其协调性原理和方法。原理和方法。 知识的组织应当按照自上而下，逐步求精的原知识的组织应当按照自上而下，逐步求精的原则设计综合型表达及其相应的调度和处理策略。则设计综合型表达及其相应的调度和处理策略。 274.1.5专家系统的推理机制

20、专家系统的推理机制 n推理是指依据一定的原则从已有的事实推出结推理是指依据一定的原则从已有的事实推出结论的过程，这个原则就是推理的核心。专家系统论的过程，这个原则就是推理的核心。专家系统中的自动推理是知识推理。而知识推理是指在计中的自动推理是知识推理。而知识推理是指在计算机或智能机器中，在知识表达的基础上，进行算机或智能机器中，在知识表达的基础上，进行机器思维，求解问题，实现知识推理的智能操作机器思维，求解问题，实现知识推理的智能操作过程。过程。 n在专家系统中，可以依据专家所具有的知识的在专家系统中，可以依据专家所具有的知识的特点来选择知识表示的方法，而知识推理技术同特点来选择知识表示的方法

21、，而知识推理技术同知识表示方法有密切关系。知识表示方法有密切关系。 284.1.5.1 推理方法的分类推理方法的分类 1、根据知识表示的特点，知识推理方法可分、根据知识表示的特点，知识推理方法可分为为图搜索方法图搜索方法和和逻辑论证方法逻辑论证方法两类。两类。2 2、根据问题求解的推理过程中是否运用启发、根据问题求解的推理过程中是否运用启发性知识，知识推理方法可分为性知识，知识推理方法可分为启发推理启发推理和和非非启发推理启发推理两类。两类。 3 3、根据问题求解的推理过程中结论是否精确，、根据问题求解的推理过程中结论是否精确，知识推理方法可分为知识推理方法可分为精确推理精确推理和和不精确推理

22、不精确推理两类。两类。 294.1.5.1 推理方法的分类推理方法的分类 4 4、根据问题求解的推理过程中特殊和一般的、根据问题求解的推理过程中特殊和一般的关系，知识推理方法可分为关系，知识推理方法可分为演绎推理演绎推理、归纳归纳推理推理两类。两类。 5 5、根据问题求解的推理过程中推理的方向，、根据问题求解的推理过程中推理的方向，知识推理方法可分为知识推理方法可分为正向推理正向推理、反向推理反向推理和和正反向混合推理三类。正反向混合推理三类。 30正向推理正向推理开始令I=1取出规则I的前提部分的事实在数据库中吗？I=K?取出规则I的结论部分的事实新事实吗？令I=I+1结束将新事实加入数据库

23、中，记下规则IYESNOYESNOYESNO31反向推理反向推理开始提出假设在数据库中吗？找出结论部分包含那些假设的规则有此事实吗？新假设成立结束是证据节点吗？YES还有假设吗？NONO提问用户NO以这些规则的前提之一作为新的假设记入数据库中去YES还有假设吗？结束NOYESNOYES324.1.5.2 宽度优先搜索宽度优先搜索 所谓所谓宽度优先搜索宽度优先搜索方法是按方法是按“最早产生的节点优先扩最早产生的节点优先扩展展”的搜索方法。具体地说，搜索的节点是一层一层的搜索方法。具体地说，搜索的节点是一层一层地检查的，只有在上一层的每一个节点都检查完毕之地检查的，只有在上一层的每一个节点都检查完

24、毕之后，这一层的节点才能开始检查，也就是说，节点的后，这一层的节点才能开始检查，也就是说，节点的扩展是按它们接近起始节点的程度依次进行的。这种扩展是按它们接近起始节点的程度依次进行的。这种方法是考虑了每一种可能，所以这种搜索可能是一种方法是考虑了每一种可能，所以这种搜索可能是一种非常长的过程，但如果存在任何解答的话，它能保证非常长的过程，但如果存在任何解答的话，它能保证最终找到最短的解答序列。最终找到最短的解答序列。 334.1.5.2 宽度优先搜索宽度优先搜索 开始把S放入OPEN表OPEN表是否为空？失败把OPEN表的第一个节点n移出，并放入CLOSED表扩展n，将其后节点放入OPEN表末

25、端，提供回到n的指针在后继节点中是否有目标节点？成功YESNONOYES344.1.5.3 深度优先搜索深度优先搜索 所谓所谓深度优先搜索深度优先搜索方方法就是按法就是按“最晚产生最晚产生（最深的）节点优先（最深的）节点优先扩展扩展”的搜索方法，的搜索方法，深度相等的节点其顺深度相等的节点其顺序可以任意排列。也序可以任意排列。也就是总是向亲代到子就是总是向亲代到子代方向进行，直到不代方向进行，直到不得不返回追踪的搜索。得不返回追踪的搜索。然而实际上，从树的然而实际上，从树的观点看，不是从左枝观点看，不是从左枝开始，就是从右枝开开始，就是从右枝开始。始。 354.1.5.4 不精确推理不精确推理

26、 专家系统中把领域知识表示成必然的因果关系、逻辑专家系统中把领域知识表示成必然的因果关系、逻辑关系，推理的结论是肯定的，这种推理称为精确推理。关系，推理的结论是肯定的，这种推理称为精确推理。除此以外，更重要的是以专家的经验知识对不确定的除此以外，更重要的是以专家的经验知识对不确定的事实，根据不充分的证据和不完全的知识进行推理，事实，根据不充分的证据和不完全的知识进行推理，这种推理称为不精确推理。应该指出，所谓不精确推这种推理称为不精确推理。应该指出，所谓不精确推理不是要使推理变得不精确，而是提供一种在采用目理不是要使推理变得不精确，而是提供一种在采用目前已有的精确推理方式无法进行推理的情况下的

27、推理前已有的精确推理方式无法进行推理的情况下的推理方式，以便得到更加精确的推理结论。不精确推理又方式，以便得到更加精确的推理结论。不精确推理又称非精确性推理，其核心问题是处理在推理过程中专称非精确性推理，其核心问题是处理在推理过程中专家知识的不精确性和推理证据的不精确性，并给出这家知识的不精确性和推理证据的不精确性，并给出这些不精确性在推理过程中的传播规则。些不精确性在推理过程中的传播规则。 364.1.6专家系统的知识获取专家系统的知识获取 4.1.6.1知识获取的任务知识获取的任务 1、抽取知识 2、知识转换 3、知识输入 4、知识检测 374.1.6专家系统的知识获取专家系统的知识获取

28、4.1.6.2 知识获取方式知识获取方式 1、非自动知识获取、非自动知识获取在非自动知识获取方式中，知识获取一般分为两步进在非自动知识获取方式中，知识获取一般分为两步进行，首先由知识工程师从领域专家和有关技术文献获行，首先由知识工程师从领域专家和有关技术文献获取知识，然后由知识工程师用某种知识编辑软件输入取知识，然后由知识工程师用某种知识编辑软件输入到知识库中。到知识库中。 2、自动知识获取、自动知识获取自动知识获取是指系统自身具有获取知识的能力，它自动知识获取是指系统自身具有获取知识的能力，它不仅可以直接与领域专家对话，从专家提供的原始信不仅可以直接与领域专家对话，从专家提供的原始信息中息中

29、“学习学习”到专家系统所需的知识，而且还能从系到专家系统所需的知识，而且还能从系统自身的运行实践中总结、归纳出新的知识，发现知统自身的运行实践中总结、归纳出新的知识，发现知识中可能存在的错误，不断自我完善，建立起性能优识中可能存在的错误，不断自我完善，建立起性能优良、知识完善的知识库。良、知识完善的知识库。 384.1.6专家系统的知识获取专家系统的知识获取 4.1.6.3知识获取的心理学法知识获取的心理学法 1、交谈法（、交谈法（Interviews）。）。 交谈是获取领域专家所使用的专业概念和术语最常见的方法，交谈是获取领域专家所使用的专业概念和术语最常见的方法，特别是在缺乏书面资料的情况

30、下，通过交谈可以准确地把握专业特别是在缺乏书面资料的情况下，通过交谈可以准确地把握专业概念和术语的内涵。概念和术语的内涵。 2、观察法（、观察法（Observation）。）。 知识工程师通过观察，可以对有关问题领域产生感性认识，从知识工程师通过观察，可以对有关问题领域产生感性认识，从而可以加深对问题复杂性的理解以及对问题所涉及到的因素的影而可以加深对问题复杂性的理解以及对问题所涉及到的因素的影响有一个直观的认识。在专家与知识工程师没有时间进行充分交响有一个直观的认识。在专家与知识工程师没有时间进行充分交谈的情况下，观察法是知识获取的又一个基本手段，并且一些专谈的情况下，观察法是知识获取的又一

31、个基本手段，并且一些专业知识很难用语言表达，所以直接观察专家的解题过程是获取知业知识很难用语言表达，所以直接观察专家的解题过程是获取知识的一个有效途径。识的一个有效途径。 394.1.6专家系统的知识获取专家系统的知识获取 4.1.6.3知识获取的心理学法知识获取的心理学法 3、草案分析法（、草案分析法（Protocol Analysis）。）。 草案分析或者称为个案分析，也叫口语记录分析，它要求领域草案分析或者称为个案分析，也叫口语记录分析，它要求领域专家在处理任务的过程中专家在处理任务的过程中“大声思考大声思考”（think aloud）：如就此）：如就此问题专家正在想什么？他想采用什么方

32、法来解决？哪些现象正引问题专家正在想什么？他想采用什么方法来解决？哪些现象正引起他的注意？为什么遇到阻碍等。起他的注意？为什么遇到阻碍等。 4、多维技术（、多维技术（Multi-dimension techniques）。）。 多维技术主要用于获取专家的结构性知识。在专家系统的大部多维技术主要用于获取专家的结构性知识。在专家系统的大部分应用领域，专业的概念、数据往往具有一定规则的明显结构特分应用领域，专业的概念、数据往往具有一定规则的明显结构特征。多维技术正是有效地获取问题领域的概念组织方式的有效手征。多维技术正是有效地获取问题领域的概念组织方式的有效手段。许多领域问题、概念都呈现出多方面的特

33、性，多维技术逐个段。许多领域问题、概念都呈现出多方面的特性，多维技术逐个研究不同事物在某一特性（维）上表现出的联系，再将它们抽取研究不同事物在某一特性（维）上表现出的联系，再将它们抽取为事物之间的概念相关模型，进而获得专家知识的结构特征，如为事物之间的概念相关模型，进而获得专家知识的结构特征，如卡片分类、格栅分析等。卡片分类、格栅分析等。 404.1.6专家系统的知识获取专家系统的知识获取 4.1.6.4知识获取的机器学习法知识获取的机器学习法 在基于机器学习的自动知识获取模式中，系统的学习在基于机器学习的自动知识获取模式中，系统的学习机通过学习从知识源中获取知识，并进行积累，从而机通过学习从

34、知识源中获取知识，并进行积累，从而使知识库得以扩充与更新。使知识库得以扩充与更新。 学习机主要有以下两种学习方式：学习机主要有以下两种学习方式： 1 1、示教学习方式。、示教学习方式。 2 2、自动学习方式。、自动学习方式。 41 4.2专家控制系统的结构与原理专家控制系统的结构与原理 4.2.1专家控制系统概述 专家控制系统具有全面的专家系统结构、完善的知专家控制系统具有全面的专家系统结构、完善的知识处理功能和实时控制的可靠性能。这种系统采用识处理功能和实时控制的可靠性能。这种系统采用黑板等结构，知识库庞大，推理机复杂。它包括有黑板等结构，知识库庞大，推理机复杂。它包括有知识获取子系统和学习

35、子系统，人知识获取子系统和学习子系统，人-机接口要求较机接口要求较高。专家式控制器，多为工业专家控制器，是专家高。专家式控制器，多为工业专家控制器，是专家控制系统的简化形式，针对具体的控制对象或过程，控制系统的简化形式，针对具体的控制对象或过程，着重于启发式控制知识的开发，具有实时算法和逻着重于启发式控制知识的开发，具有实时算法和逻辑功能。设计较小的知识库、简单的推理机制，可辑功能。设计较小的知识库、简单的推理机制，可以省去复杂的人以省去复杂的人-机接口。由于其结构较为简单，机接口。由于其结构较为简单，又能满足工业过程控制的要求，因而应用日益广泛。又能满足工业过程控制的要求，因而应用日益广泛。

36、 42n专家控制与一般的专家系统的区别 （1）通常的专家系统只完成专门领域问题的咨询功）通常的专家系统只完成专门领域问题的咨询功能，它的推理结果一般用于辅助用户的决策；而专家能，它的推理结果一般用于辅助用户的决策；而专家控制则要求能对控制动作进行独立的、自动的决策，控制则要求能对控制动作进行独立的、自动的决策，它的功能一定要具有连续的可靠性和较强的抗扰性。它的功能一定要具有连续的可靠性和较强的抗扰性。（2）通常的专家系统一般处于离线工作方式，而专）通常的专家系统一般处于离线工作方式，而专家控制则要求在线地获取动态反馈信息，因而是一种家控制则要求在线地获取动态反馈信息，因而是一种动态系统，它应具

37、有使用的灵活性和实时性，即能联动态系统，它应具有使用的灵活性和实时性，即能联机完成控制。机完成控制。 4.2.1专家控制系统概述 434.2.2专家控制系统的控制要求与设计原则专家控制系统的控制要求与设计原则 1、专家控制系统的控制要求、专家控制系统的控制要求（1 1）决策能力强。）决策能力强。 （2 2）运行可靠性高。）运行可靠性高。 （3 3）使用的通用性好。）使用的通用性好。 （4 4）拟人能力强。）拟人能力强。 （5 5）控制与处理的灵活性。）控制与处理的灵活性。 444.2.2专家控制系统的控制要求与设计原则 2 2、专家控制器的设计原则、专家控制器的设计原则 （1 1）多样化的模型

38、描述。）多样化的模型描述。 （2 2）在线处理的灵巧性。）在线处理的灵巧性。 （3 3）灵活性的控制策略。）灵活性的控制策略。 （4 4）决策机构的递阶性。）决策机构的递阶性。 （5 5）推理与决策的实时性。）推理与决策的实时性。 454.2.3专家控制系统的结构与原理专家控制系统的结构与原理 1、专家控制系统的工作原理、专家控制系统的工作原理 知识基系统定时信箱解释信箱入口信箱应答信箱出口信箱定时操作人-机接口数值算法库A/DD/A受控过程用户464.2.3专家控制系统的结构与原理 2、知识基系统的内部组织和推理机制、知识基系统的内部组织和推理机制（1）控制的知识表示）控制的知识表示474.

39、2.3专家控制系统的结构与原理 2、知识基系统的内部组织和推理、知识基系统的内部组织和推理机制机制（2）知识基系统的黑板法模型）知识基系统的黑板法模型 黑板机构（综合数据库）知识源1局部数据库操作原语推理规则知识源2推理规则调度数据库调度规则调度器操作原语推理规则知识源n操作原语局部数据库局部数据库484.2.3专家控制系统的结构与原理 2、知识基系统的内部组织和推理机制、知识基系统的内部组织和推理机制 （3）控制的推理模型）控制的推理模型 专家控制中的问题求解机制可以表示成如下的推理模型：专家控制中的问题求解机制可以表示成如下的推理模型：U=f(E,K,I) （4-l）其中：其中：U=（u1

40、，u2，um），为控制器的输出作用集；），为控制器的输出作用集；E=（e1，e2，en），为控制器的输人集；），为控制器的输人集；K=（k1，k2，kp），为系统的数据项集；），为系统的数据项集；I=（i1，i2，in），为具体推理），为具体推理机构的输出集；机构的输出集；f为一种智能算子，它可以一般地表示为为一种智能算子，它可以一般地表示为IF E and K THEN（IF I THEN U） （4-2）即根据输人信息即根据输人信息E和系统中的知识信息和系统中的知识信息K进行推理，然后根据推进行推理，然后根据推理结果理结果I确定相应的控制行为确定相应的控制行为U。 ) I ,K,E(fU

41、494.2.4直接式专家控制直接式专家控制专家控制器专家控制器 当基于知识的控制器直接影响被控对象时，这种控当基于知识的控制器直接影响被控对象时，这种控制叫做制叫做直接专家控制直接专家控制 信息获取与处理知识库传感器推理机构被控对象给定控制规则集输出专家控制器504.2.5间接式专家控制间接式专家控制 专家系统间接地对控制信号起作用，或者说，当基于知识的控专家系统间接地对控制信号起作用，或者说，当基于知识的控制器仅仅间接影响控制系统时（譬如监督控制系统，调节一关制器仅仅间接影响控制系统时（譬如监督控制系统，调节一关键结构参数；又如为了避免控制回路的突发效应切断参数估计键结构参数；又如为了避免控制回路的突发效应切断参数估计过程等），我们把这种专家控制称为过程等），我们把这种专家控制称为间接专家控制系统间接专家控制系统，或监，或监控专家控制。控专家控制。控制算法专家控制器检测器特征提取被控对象ERy51 4.3专家控制系统的设计与应用实例专家控制系统的设计与应用实例 1、温室气候的专家控制、温室气候的专家控制 n温室气候控制要求温室气候控制要求 温度控制温度控制 湿度控制湿度控制 光照强度控制光照强度控制 二氧化碳控制二氧化碳控制 n温室专家控制系统的设计温室专家控制系统的设计 l温室气候专家控制系统设计的核心是知识库。由