第一章：智能控制概论-课件

智能控制概论山东大学控制科学与工程学院智能控制概论山东大学控制科学与工程学院1主要参考书目：1、孙增圻等编著．智能控制理论与技术．北京：清华大学出版社，20042、杨汝清等编著．智能控制工程．上海：上海交通大学出版社，20013、李少远、王景成编著．智能控制．北京：机械工业出版社，20054、张化光、孟祥萍主编．智能控制基础理论及应用．北京：机械工业出版社，20055、易继锴、候媛彬编著．智能控制技术．北京：北京工业大学出版社，2001年主要参考书目：1、孙增圻等编著．智能控制理论与技术．北京：清2本课程的主要内容1.智能控制概论2.模糊逻辑控制3.神经网络控制4.遗传算法控制5.其它智能控制本课程的主要内容1.智能控制概论3第一章智能控制概论目录自动控制的机遇与挑战控制科学的历史回顾传统控制理论在应用中面临的难题自动控制面临的挑战及其原因“计算机科学面临工业控制应用挑战”的研究计划智能控制的进展自动化与人工智能智能控制的发展第一章智能控制概论目录4什么是智能控制智能控制的定义智能控制与传统控制的关系和差别智能控制的结构理论二元结构三元结构智能控制的研究领域智能控制的研究对象智能控制的主要分支智能控制的主要应用领域第一章智能控制概论什么是智能控制第一章智能控制概论51.1自动控制的机遇与挑战下面介绍现阶段自动控制所面临的机遇和挑战,主要内容有:控制科学的历史回顾传统控制理论在应用中面临的难题自动控制面临的挑战及其原因“计算机科学面临工业控制应用挑战”的研究计划1.1自动控制的机遇与挑战下面介绍现阶段自动控制所面临的机遇61.1.1控制科学发展的历史回顾在科学技术发展史上,控制科学同其他技术科学一样,它的产生与发展主要由人类的生产发展需求和人类当时的知识与技术水平所决定.控制科学的发展反过来亦促进了人类文明的发展,尤其是近代工业文明的发展.控制科学与工程的历史可以上溯到古罗马的亚历山大运用反馈控制来调节水钟以及中国汉代的指南车.1.1.1控制科学发展的历史回顾在科学技术发展史上,控制科71.1.1控制科学发展的历史回顾传统控制科学发展的主要历史足迹:18世纪英国J.Watt蒸汽机中的飞球调节19世纪英国J.K.Maxwell的飞球调节稳定性研究19世纪的常微分方程稳定性理论19世纪末俄国Lyapunov的运动稳定性理论19世纪的复变函数理论19世纪的积分变换及频谱分析理论Hurwitz,Routh的稳定性代数判据20世纪30年代Black,Nyquist,Bode关于反馈放大器的研究,以及频域稳定性判据与频域方法1.1.1控制科学发展的历史回顾传统控制科学发展的主要历史81.1.1控制科学发展的历史回顾1942年,Harris提出传递函数的概念20世纪40年代Wiener的控制论20世纪50年代钱学森的工程控制论以20世纪50年代的Pontriagin的极大值原理、Kalman的线性系统结构性理论与滤波理论、Bellman的最优控制的动态规划方法为基础的现代控制理论方法20世纪60年代中期的随机系统理论20世纪60年代兴起的数字控制理论与计算机控制技术1.1.1控制科学发展的历史回顾1942年,Harris提91.1.1控制科学发展的历史回顾自适应控制20世纪50年代末的模型参考自适应控制方法、70年代初Astrom的自校正方法为代表的自适应控制方法20世纪60年代末英国学派的多变量频域理论20世纪70年代英国、法国学派的大系统理论70年代初,以分解和协调为基础,形成了大系统控制理论,用于复杂系统的控制,重要理论有递阶控制理论、分散控制理论等.主要用于资源管理、交通控制、环境保护等.1.1.1控制科学发展的历史回顾自适应控制101.1.1控制科学发展的历史回顾以20世纪70年代末Zames的H∞控制方法和80年代的时域结构性鲁棒控制方法为代表的鲁棒控制方法20世纪70年代末的非线性系统理论的几何学派和80年代的代数学派20世纪80年代开始的离散事件系统的分析、控制与综合Moler利用Matlab软件环境进行控制系统分析控制科学的发展主要遵循对控制对象与环境的复杂性的处理,如模型描述的复杂性,对象特性和环境扰动因素的不确定性.可以说,对控制中复杂性的研究和探索是推动控制科学发展主要动力.1.1.1控制科学发展的历史回顾以20世纪70年代末Zam11经典控制理论单输入单输出反馈系统传递函数波特图奈奎斯特图根轨迹图1.1.1控制科学发展的历史回顾经典控制理论单输入传递函数波特图奈奎斯特图根轨迹图1.112现代控制理论具有多个相互耦合回路的多变量系统状态空间法最优控制能控性和能观性卡尔曼滤波1.1.1控制科学发展的历史回顾现代控制理论具有多个相互耦合回路的多变量系统状态空间法最优控131.1.1控制科学发展的历史回顾从前面讨论的控制科学的发展足迹可以看出:控制科学是一门理论与应用俱重的学科,它的理论基础来源于几乎所有现代科学的分支,如数学\物理\力学\计算机\生命科学\认知科学等其应用领涉及几乎所有与人类的生产\生活\科学探索\军事等领域.1.1.1控制科学发展的历史回顾从前面讨论的控制科学的发展141.1.1控制科学发展的历史回顾下图很好地对控制科学与其它学科的关系,其应用领域作了很好地总结.1.1.1控制科学发展的历史回顾下图很好地对控制科学与其它151.1.2传统控制理论在应用中面临的难题在控制领域,理论与实际应用存在很大差距,PID在实际应用中仍占统治地位.原因:自动控制学科高度的交叉性、应用的广泛性;所需数学工具难以被多数技术人员所掌握;自动控制需要其它技术支持,如网络、计算机;实际应用情况的复杂性、多变性、不确定性;国内企业存在管理体制问题,技术投入力度不够.1.1.2传统控制理论在应用中面临的难题在控制领域,理论与161.1.2传统控制理论在应用中面临的难题随着复杂系统的不断涌现,传统控制理论越来越多地显示它的局限性.什么叫复杂系统？其特征表现?这种复杂性主要体现在:控制对象的复杂性模型的不确定性高度非线性庞大的数据量和严格的性能指标环境的复杂性变化的不确定性难以辨识1.1.2传统控制理论在应用中面临的难题随着复杂系统的不断171.1.2传统控制理论在应用中面临的难题传统控制理论在应用中面临的难题包括:传统控制系统的设计与分析是建立在精确的系统数学模型基础上的,而实际系统由于存在复杂性、非线性、时变性和不确定性等,一般无法获得精确的数学模型.虽然,近年控制理论致力于研究对建模要求较低,对建模误差具有较好适应性的鲁棒控制理论.但鲁棒控制对建模误差的鲁棒性仅仅是局部的、小(微)摄动的,而远非人们所期望的全局的,大范围的.运用传统控制理论研究这类系统时,必须提出并遵循一些比较苛刻的假设,而这些假设与实际系统不尽相吻合.1.1.2传统控制理论在应用中面临的难题传统控制理论在应用181.1.2传统控制理论在应用中面临的难题由于实际应用情况的复杂性、多变性、不确定性,对于某些复杂的和包含不确定性的对象,根本无法以传统数学模型(如常微分方程、差分方程等)来表示,即无法解决建模问题.传统数学模型不能反映人的智能过程:推理、分析、学习.丢失许多有用的信息由于严格依赖于描述被控对象的数学模型,而过于复杂的数学模型将导致求解相应的控制规律变得十分困难,或者实现复杂的控制规律使得在现有时间、空间、物资基础条件上十分困难.1.1.2传统控制理论在应用中面临的难题由于实际应用情况的191.1.2传统控制理论在应用中面临的难题传统的控制系统所处理的信息模式单一通常处理较简单的物理量:电量(电压、电流、阻抗);机械量(位移、速度、加速度);复杂系统要考虑:视觉、听觉、触觉信号,包括图形、文字、语言、声音等信息.为了提高性能,传统控制系统可能变得很复杂,从而增加了设备的初投资和维修费用,降低系统的可靠性.1.1.2传统控制理论在应用中面临的难题传统的控制系统所处201.1.3自动控制面临的挑战及其原因在自动控制发展的现阶段,存在一些至关重要的挑战是基于下列原因的:科学技术间的相互影响和相互促进;例如,计算机、AI和超大规模集成电路等技术.当前和未来应用的需求;例如,空间技术、海洋工程和机器人技术等应用要求.基本概念和时代思潮发展水平的推动;例如,高速信息公路、非传统模型和ANN的连接机制等.1.1.3自动控制面临的挑战及其原因在自动控制发展的现阶段211.1.4“计算机科学面临工业控制应用挑战”

的研究计划20世纪90年代,IEEE控制系统学会和国际自动控制联合会(IFAC)理论委员会合作进行了题为“计算机科学面临工业控制应用的挑战”的研究计划.该合作研究计划指出:开发大型的实时控制与信号处理系统是工程界面临的最具挑战的任务之一;这涉及硬件、软件和智能(尤其是算法)的结合,而系统集成又需要先进的工程管理技术.1.1.4“计算机科学面临工业控制应用挑战”

的研究计划2221.1.4“计算机科学面临工业控制应用挑战”

的研究计划设立这一迎接挑战的研究计划是由下列动机所决定的:工业部门往往无法有效地把数字技术的最新进展用于控制和信号处理,以便提高实时系统的智能水平.控制学术界又常常不理解如何在工业上进行控制系统硬件、软件和智能三者的集成开发.自动控制界和计算机科学界在工业和学术两方面的对话与有效合作仍然是一个需要进一步解决的问题.1.1.4“计算机科学面临工业控制应用挑战”

的研究计划设231.1.4“计算机科学面临工业控制应用挑战”

的研究计划综上所述,自动控制既面临严峻挑战,又存在良好发展机遇.为了解决面临的难题,一方面要推进控制硬件、软件和智能的结合,实现控制系统的智能化;另一方面要实现自动控制科学与计算机科学、信息科学、系统科学以及AI的结合,为自动控制提供新思想,新方法和新技术,创立边缘交叉新学科,推动智能控制(IntelligentControl,IC)的发展.1.1.4“计算机科学面临工业控制应用挑战”

的研究计划综241.2智能控制的进展在本节主要介绍:自动化与人工智能智能控制的发展1.2智能控制的进展在本节主要介绍:251.2.1自动化与人工智能自动化与人工智能(ArtificialIntelligence,AI)是20世纪所发展起来的两大新兴学科,其最终目的是分别模拟、辅助并部分取代人类在生产实践及学习、生活中所需要的体力劳动(生产与机器操作)与脑力劳动(智能活动).下面将分别介绍自动化与AI两者在发展中形成的不同分工与合作.机械化与自动化自动化的发展与人工智能的关系1.2.1自动化与人工智能自动化与人工智能(Artific261.2.1自动化与人工智能1.机械化与自动化机械化(mechanization)就是使用机器代替原先由动物或人类执行的体力劳动.当人类把比较初级的生产技术(如杠杆装置和动力)用于一个过程时,就使该过程机械化.而自动化(automation)则包含更多的内容.当反馈信息自动地引起机器进行调节并使之重新达到正常状态时,自动装置才真正实现自动化.机器或系统的内部调整是由伺服机构进行的.1.2.1自动化与人工智能1.机械化与自动化271.2.1自动化与人工智能2.自动化的发展与人工智能的关系自动化的发展过程与AI有着非常直接的关系.图1表示出自动化的进展与AI的某些关系.图1自动化的进展与AI1.2.1自动化与人工智能2.自动化的发展与人工智能的关281.2.1自动化与人工智能该图反映出随着工业化的进程,机械化与自动化生产发展过程中智能的作用越来越重要.第一次工业革命中大功率动力机和动力系统的产生和应用,使人类开始实现部分体力劳动的机械化与自动化.在初期的自动机器中,只采用开环控制和单一操作.当采用外部反馈控制和专用程序时,分别出现了自动化机器和数控机器.1.2.1自动化与人工智能该图反映出随着工业化的进程,机械291.2.1自动化与人工智能随着计算机系统可编程能力的提高,控制系统已具有可编程能力、目标自设定能力以及自编程和自学习能力;与此相适应的是具有不同程度AI和有机器人参与的自动化.AI技术已为高级自动化系统输了新鲜血液.1.2.1自动化与人工智能随着计算机系统可编程能力的提高,301.2.1自动化与人工智能总之,自动化与AI有着十分密切的关系,而AI关注的是智能行为,首先是那些含有复杂性、不完全性、模糊性或不确定性以及不存在已知算法的非数字过程.与传统计算机程序设计不同的是,AI是以知识为基础的、总是涉及搜索并应用启发方法引导求解过程获得满意的解答.1.2.1自动化与人工智能总之,自动化与AI有着十分密切的311.2.2智能控制的发展下面分别介绍IC发展与形成过程.自动控制的发展过程智能控制的发展智能控制学科的形成1.2.2智能控制的发展下面分别介绍IC发展与形成过程.321.2.2智能控制的发展1.自动控制的发展过程IC是AI和自动控制的重要部分和研究领域,并被认为是通向自主机器递阶道路上自动控制的顶层.图2表示自动控制的发展过程和通向IC路径上控制复杂性增加的过程.从图2可知,这条路径的最远点是IC,至少在当前是如此.IC涉及高级决策并与AI密切相关.1.2.2智能控制的发展1.自动控制的发展过程331.2.2智能控制的发展1.2.2智能控制的发展341.2.2智能控制的发展2.智能控制的发展IC思潮第一次出现于上世纪60年代,几种IC的思想和方法得到提出和发展。1.2.2智能控制的发展2.智能控制的发展35(1)启蒙期

60年代初期，F．W．史密斯提出采用性能模式识别器来学习最优控制方法的新思想，试图利用模式识别技术来解决复杂系统的控制问题。1965年，美国著名控制论专家扎德创立了模糊集合论，为解决复杂系统的控制问题提供了强有力的数学工具。1966年J．M．门德尔首先主张将人工智能用于空间飞行器的学习控制系统的设计，并提出了“人工智能控制”的概念。1971年著名学者傅京逊从发展学习控制的角度首次正式提出智能控制这个新兴的学科领域。这些标志着智能控制的思想已经萌芽。1.2.2智能控制的发展(1)启蒙期1.2.2智能控制的发展36(2)形成期从70年代初开始，傅京孙等人从控制论角度进一步总结了人工智能技术与自适应、自组织、自学习控制的关系，正式提出了智能控制就是人工智能技术与控制理论的交叉，并创立了人—机交互式分级递阶智能控制的系统结构。1974年，英国工程师曼德尼将模糊集合和模糊语言用于锅炉和蒸汽机的控制，创立了基于模糊语言描述控制规则的模糊控制器，取得良好的控制效果。1979年，他又成功地研制出具有了较高智能的自组织模糊控制器。模糊控制的形成和发展，对智能控制理论的形成起了十分重要的推动作用。1.2.2智能控制的发展(2)形成期1.2.2智能控制的发展37(3)发展期

1982年Fox等人实现了加工车间调度专家系统；1983年Saridis把智能控制用于机器人系统；1984年LISP公司研制成功用于分布式的实时过程控制专家系统；1986年M．Lattlmer等人开发的混合专家系统控制器是一个实验型的基于知识的实时控制专家系统，用来处理军事和现代化工业中出现的控制问题。1987年4月，美国Foxboro公司公布了新一代的IA系列智能自动控制系统，标志着智能控制系统已由研制、开发阶段转向应用阶段。80年代中后期，神经网络的研究获得了重要进展，神经网络理论和应用研究为智能控制的研究起到了重要的促进作用。1.2.2智能控制的发展(3)发展期1.2.2智能控制的发展38(4)高潮期进入90年代以来，智能控制的研究势头异常迅猛，每年都有各种以智能控制为专题的大型国际学术会议在世界各地召开，各种智能控制杂志或专刊不断涌现，来自各国政府和企业的专项科研经费不断增加。1.2.2智能控制的发展(4)高潮期1.2.2智能控制的发展391.2.2智能控制的发展近十年来,随着AI和机器人技术的快速发展,对IC的研究出现一股新的热潮.各种智能决策系统、专家控制系统、学习控制系统、模糊控制、NNC、主动视觉控制、智能规划和故障诊断系统1.2.2智能控制的发展近十年来,随着AI和机器人技术的快401.2.2智能控制的发展等已被应用于各类工业过程控制系统、智能机器人系统和智能化生产(制造)系统.Transportation.Economics.1.2.2智能控制的发展等已被应用于各类411.2.2智能控制的发展3.智能控制学科的形成IC新学科形成的条件逐渐成熟.1985年8月,IEEE在美国纽约召开了第一届IC学术讨论会.会上讨论了IC原理和系统结构.之后,IEEE控制系统学会成立了IC专业委员会.该专业委员会组织了对IC定义和研究生课程教学大纲的讨论.1987年1月,在美国费城由IEEE控制系统学会与计算机学会联合召开了IC国际会议.这是有关IC的第一次国际会议.1.2.2智能控制的发展3.智能控制学科的形成421.2.2智能控制的发展大会讨论了由于许多新技术问题的出现以及相关理论与技术的发展,需要重新考虑控制领域及其邻近学科.这次会议及其后续相关事件表明,IC作为一门独立学科已正式在国际上建立起来.1.2.2智能控制的发展大会讨论了由于许多新技术问题的出现431.2.2智能控制的发展在IC的发展过程中,最近几年有关IC的论文或论文集日益增多,但系统专著和教材并不多见.1990年6月,正式出版的蔡自兴编著《智能控制》是国内外有关IC的第一本专著和教材.相继1997年,蔡自兴在新加坡出版的另一IC专著《IntelligentControl:Principles,TechniquesandApplications》,并被作为教材使用.另两本名为《IntellignetControl:AspectsofFuzzyLogicandNeuralNets》和《Fuzzy-NeuralControl:Principles,AlgorithmsandApplications》的专著也先后在国外出版.1.2.2智能控制的发展在IC的发展过程中,最近几年有关I441.2.2智能控制的发展自1993年,分别在北京、西安、合肥与上海分别召开的第1~4届全球华人智能控制与智能自动化大会(CWCICIA),对国际IC的发展起到较大的推动作用.近10年来,国内已成立的学术团体有中国人工智能学会计算机视觉与智能控制学会,中国智能机器人专业委员会和中国自动化学会智能自动化专业委员会等.这些情况表明,IC作为一门独立的新学科,也已在我国建立起来了.1.2.2智能控制的发展自1993年,分别在北京、西安、合451.3什么是智能控制下面介绍:智能控制的定义智能控制与传统控制的关系和差别1.3什么是智能控制下面介绍:46什么叫智能？！？低级智能：感知环境、作出决策、控制行为1.3.1智能控制的定义什么叫智能？！？低级智能：感知环境、作出决策、控制行为1.347

◆按人类的认知的过程定义(A.Meystel)智能是系统的一个特征，当集注（FocusingAttention)、组合搜索(CombinatorialSearch)、归纳（Generalization)过程作用于系统输入，并产生系统输出时，就表现为智能。系统输入系统输出智能集中注意力组合搜索归纳FACSG◆按人类的认知的过程定义(A.Meystel)48◆按机器智能定义(Saridis)机器智能是把信息进行分析、组织，并把它转换成知识的过程。知识就是所得到的结构性信息，它可用来使机器执行特定的任务，以消除该任务的不确定性或盲目性，达到最优或次优的结果。机器智能◆按机器智能定义(Saridis)机器智能是把信491.3.1智能控制的定义粗略地说,智能控制(IC)是一种将智能理论应用于控制领域的模型描述、系统分析、控制设计与实现的控制方法.它首先是一种控制方法,是一种具有智能行为与特征的控制方法.迄今为止,对IC还未有一个统一的定义,下面通过对智能机器的定义,来对IC与智能控制系统(IntelligentControlSystems,ICS)加以定义.1.3.1智能控制的定义粗略地说,智能控制(IC)是一种将501.3.1智能控制的定义定义1(智能机器)能够在定形或不定形,熟悉或不熟悉的环境中自主地或与操作人员交互作用以执行各种拟人任务(anthropomorphictasks)的机器.或者比较通俗地说,智能机器是那些能够自主地代替人类从事危险、厌烦、远距离或高精度等作业的机器.1.3.1智能控制的定义定义1(智能机器)能够在定形或不511.3.1智能控制的定义例如,能够从事这类工作的机器人,就属于智能机器人.如,在星际探险中的移动机器人,如美国研制的火星探测车.1.3.1智能控制的定义例如,521.3.1智能控制的定义1.3.1智能控制的定义53智能机器人1.3.1智能控制的定义智能机器人1.3.1智能控制的定义541.3.1智能控制的定义具有视觉的越野自主车1.3.1智能控制的定义具有视觉的越野自主车551.3.1智能控制的定义再例如,能够模拟人的思维,进行博弈的计算机.1997年5月11日,一个名为DeepBlue的IBM计算机系统战胜当时的国际象棋世界冠军盖利卡斯帕罗夫(GarryKasparov).正在与深蓝下棋的卡斯帕罗夫

1.3.1智能控制的定义再例如,能够模拟人的思维,进行博弈561.3.1智能控制的定义基于智能机器的定义,智能控制(IC)的定义为：定义2智能控制是驱动智能机器自主地实现其目标的过程.或者说,智能控制是一类无需人的干预就能够独立地驱动智能机器实现其目标的自动控制.对自主机器人的控制就是一例.1.3.1智能控制的定义基于智能机器的定义,智能控制(IC571.3.1智能控制的定义相对于智能机器与智能控制(IC),传统的自动控制的定义为：定义3(自动控制)自动控制是能按规定程序对机器或装置进行自动操作或控制的过程.简单地说,不需要人工干预的控制就是自动控制.例如,一个装置能够自动接收所测得的过程物理变量,自动进行计算,然后对过程进行自动调节就是自动控制装置.反馈控制、最优控制、随机控制、自适应控制和自学习控制等均属自动控制.1.3.1智能控制的定义相对于智能机器与智能控制(IC),581.3.1智能控制的定义下面是关于智能控制系统(ICS)的定义.定义4用于驱动自主智能机器以实现其目标而无需操作人员干预的系统叫智能控制系统.这类系统必须具有智能调度和执行等能力.1.3.1智能控制的定义下面是关于智能控制系统(ICS)的591.3.2智能控制与传统控制的关系和差别IC与传统控制的差别:涉及的范围:IC的范围包括了比传统控制的范围更一般的范围.控制的目标:智能的目标寻求在巨大的不确定环境中,获得整体的优化.1.3.2智能控制与传统控制的关系和差别IC与传统控制的差601.4智能控制的结构理论自从傅京孙1971年提出把IC作为AI和自动控制的交接领域以来,许多研究人员试图建立起IC这一新学科.他们提出一些有关ICS结构的思想,有助于对IC的进一步认识.IC具有一门边缘交叉学科,十分明显的跨学科(多元)结构特点.在实际应用中,各种IC与各种相关的基础理论与方法的集成显得非常重要的.IC的发展需要各相关学科的配合与支援,同时也要求IC工程师是个知识工程师.1.4智能控制的结构理论自从傅京孙1971年提出把IC作为611.4.1二元结构傅京孙曾对几个与学习控制(learningcontrol)有关的领域进行了研究.这些研究领域是:含有拟人控制器的控制系统;含有人-机控制器的控制系统;自主机器人系统.1.4.1二元结构傅京孙曾对几个与学习控制(learnin621.4智能控制的结构理论在此,我们主要讨论IC的二元交集结构和三元交集结构两种思想,它们分别由下列各交集(通集)表示:IC=AIACIC=AIACOR1.4智能控制的结构理论在此,我们主要讨论IC的二元交集结631.4.1二元结构我们可以用式IC=AIAC以及下图来表示这种交接作用,并把它称为二元交集结构.1.4.1二元结构我们可以用式641.4.2三元结构萨里迪斯(Saridis)于1977年提出SI三元IC结构,扩展了傅京孙的二元结构,即把IC看作为AI、自动控制和运筹学的交接,如下图所示.1.4.2三元结构萨里迪斯(Saridis)于1977年提651.4.2三元结构我们可以用式IC=AIACOR来描述这种结构.Saridis认为,构成二元交集结构的两元互相支配,无助于IC的有效和成功应用.必须把远筹学的概念引入IC,使它成为三元交集中的一个子集.这种三元结构后来成为IEEE第一次IC研讨会的主题之一.1.4.2三元结构我们可以用式661.4.2三元结构ICS研究的数学工具智能控制人工智能运筹学自动控制信号处理形式语言启发记忆学习规划调度管理管理协调动力学动态反馈优化动力学动态反馈1.4.2三元结构ICS研究的数学工具智能控制人工智能运筹671.智能控制的研究对象智能控制主要应用在以下情况：实际系统由于存在复杂性、非线性、时变性、不确定性和不完全性等，一般无法获得精确的数学模型。应用传统控制理论进行控制必须提出并遵循一些比较苛刻的线性化假设，而这些假设在应用中往往与实际情况不相吻合。1.5智能控制的研究领域1.智能控制的研究对象1.5智能控制的研究领域68对于某些复杂的和包含不确定性的控制过程，根本无法用传统数学模型来表示，即无法解决建模问题。为了提高控制性能，传统控制系统可能变得很复杂，从而增加了设备的投资，减低了系统的可靠性。1.5智能控制的研究领域对于某些复杂的和包含不确定性的控制过程，根本无法用传统数学模691.5智能控制的研究领域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统专家控制系统神经网络控制系统分级递阶控制系统遗传算法控制系统集成(或者复合)混合控制：几种方法和机制往往结合在一起,用于一个实际的ICS或装置,从而建立起混合或集成的ICS1.5智能控制的研究领域2.智能控制的主要分支701965年L．A．扎德教授创立了模糊集合理论，为模糊控制奠定了基础。70年代中期以E．H．曼德尼为代表的一批学者提出了模糊控制的概念，标志着模糊控制的正式诞生，并在控制领域得到了较快的发展和实际的应用，成为智能控制领域中的一个重要分支，在其后的20年中已有很多模糊控制在实际中获得应用成功的例子。

模糊控制1.5智能控制的研究领域1965年L．A．扎德教授创立了模糊集合理论，为模糊71与常规控制方法相比，模糊控制有以下特点：①模糊控制完全是在操作人员控制经验基础上实现对系统的控制，无需建立数学模型，是解决不确定性系统的一种有效途径。②模糊控制具有较强的鲁棒性，被控对象参数的变化对模糊控制的影响不明显，可用于非线性、时变、时滞系统的控制。③由离线计算得到控制查询表，提高了控制系统的实时性。④控制的机理符合人们对过程控制作用的直观描述和思维逻辑，为智能控制应用打下了基础。1.5智能控制的研究领域与常规控制方法相比，模糊控制有以下特点：1.5智能控制的研72模糊控制器的一般结构

1.5智能控制的研究领域模糊控制器的一般结构1.5智能控制的研究领域73为了部分地表现出人脑的某些智能特性，人们从结构和信息处理机制模拟的角度建立了生物神经网络的模型，即人工神经网络。人工神经网络虽然反映了人脑功能的基本特性，但远不是自然神经网络的逼真描写，而只是它的某种简化、抽象和模拟。

神经网络控制

1.5智能控制的研究领域为了部分地表现出人脑的某些智能特性，人们从结构和信息74人工神经网络具有几个突出的特点：①可以充分逼近任意复杂的非线性关系；②所有定量或定性的信息都分布贮存于网络内的各神经元的连接上，故有很强的鲁棒性和容错性；③采用并行分布处理方法，使得快速进行大量运算成为可能；④可学习和自适应不知道或不确定的系统。

1.5智能控制的研究领域人工神经网络具有几个突出的特点：1.5智能控制的研究领域75专家系统是人工智能应用领域最成功的分支之一，始于60年代中期。80年代专家系统的概念和方法被引入控制领域，促进了专家控制系统的研究和应用，它在控制领域的应用已涉及到控制系统辅助设计、分析和专家控制等方面。

专家控制系统

1.5智能控制的研究领域专家系统是人工智能应用领域最成功的分支之一，始于6076专家控制系统具有如下特点：①它在一定程度上模拟人的思维活动规律，能进行自动推理，善于应付各种变化，具有透明性和灵活性。②它可以不断监督生产过程，实现特定性能指标下的优化控制，能处理大量低层信息，可进行操作指导。③相对传统控制，扩展了许多功能，如复杂系统的高质量控制，故障诊断和容错控制，参数和算法的自动修改，不同算法的组合等。④深层知识的引入，可以弥补专家经验的不足，可以自然地消除决策冲突。

1.5智能控制的研究领域专家控制系统具有如下特点：1.5智能控制的研究领域77

分层递阶智能控制是在研究学习控制系统的基础上，从工程控制出发，总结人工智能与自适应控制、自学习控制及自组织控制的关系后逐渐形成的。G．N．Saridis最早提出了分层递阶智能控制。

分层递阶智能控制

1.5智能控制的研究领域分层递阶智能控制是在研究学习控制系统的基础上，78该系统由组织级、协调级、执行级组成，按照自上而下精确程度渐增、智能程度渐减的原则进行功能分配。在这类多层智能控制系统中，智能主要体现在高层次上，其主要作用是模仿人的功能实现规划、决策、学习和任务协调等任务。执行级仍然采用现有数学解析控制算法，对数值进行操作和运算。

1.5智能控制的研究领域该系统由组织级、协调级、执行级组成，按照自上而下精确程79分层递阶智能控制具有两个明显的特点：①对控制来讲，自上而下控制精度愈来愈高；②对识别来讲，自下而上信息回馈愈来愈粗略。

在智能控制系统的研究与应用中，常将几种常用类型结合起来，构成各种综合智能控制系统。例如，模糊神经网络智能控制系统，专家模糊智能控制系统，神经网络专家智能控制系统等等。1.5智能控制的研究领域分层递阶智能控制具有两个明显的特点：在智能控制系统的801.5智能控制的研究领域3.智能控制的主要应用领域IC的研究和应用是一副多彩多姿的图象,从实验室到工业现场,从家用电器到火箭制导,从制造业到采矿业,从飞行器到武器控制,从轧钢机到邮件处理机,从工业机器人到康复假肢等等,都有IC的用武之地.1.5智能控制的研究领域3.智能控制的主要应用领域81智能控制概论山东大学控制科学与工程学院智能控制概论山东大学控制科学与工程学院82主要参考书目：1、孙增圻等编著．智能控制理论与技术．北京：清华大学出版社，20042、杨汝清等编著．智能控制工程．上海：上海交通大学出版社，20013、李少远、王景成编著．智能控制．北京：机械工业出版社，20054、张化光、孟祥萍主编．智能控制基础理论及应用．北京：机械工业出版社，20055、易继锴、候媛彬编著．智能控制技术．北京：北京工业大学出版社，2001年主要参考书目：1、孙增圻等编著．智能控制理论与技术．北京：清83本课程的主要内容1.智能控制概论2.模糊逻辑控制3.神经网络控制4.遗传算法控制5.其它智能控制本课程的主要内容1.智能控制概论84第一章智能控制概论目录自动控制的机遇与挑战控制科学的历史回顾传统控制理论在应用中面临的难题自动控制面临的挑战及其原因“计算机科学面临工业控制应用挑战”的研究计划智能控制的进展自动化与人工智能智能控制的发展第一章智能控制概论目录85什么是智能控制智能控制的定义智能控制与传统控制的关系和差别智能控制的结构理论二元结构三元结构智能控制的研究领域智能控制的研究对象智能控制的主要分支智能控制的主要应用领域第一章智能控制概论什么是智能控制第一章智能控制概论861.1自动控制的机遇与挑战下面介绍现阶段自动控制所面临的机遇和挑战,主要内容有:控制科学的历史回顾传统控制理论在应用中面临的难题自动控制面临的挑战及其原因“计算机科学面临工业控制应用挑战”的研究计划1.1自动控制的机遇与挑战下面介绍现阶段自动控制所面临的机遇871.1.1控制科学发展的历史回顾在科学技术发展史上,控制科学同其他技术科学一样,它的产生与发展主要由人类的生产发展需求和人类当时的知识与技术水平所决定.控制科学的发展反过来亦促进了人类文明的发展,尤其是近代工业文明的发展.控制科学与工程的历史可以上溯到古罗马的亚历山大运用反馈控制来调节水钟以及中国汉代的指南车.1.1.1控制科学发展的历史回顾在科学技术发展史上,控制科881.1.1控制科学发展的历史回顾传统控制科学发展的主要历史足迹:18世纪英国J.Watt蒸汽机中的飞球调节19世纪英国J.K.Maxwell的飞球调节稳定性研究19世纪的常微分方程稳定性理论19世纪末俄国Lyapunov的运动稳定性理论19世纪的复变函数理论19世纪的积分变换及频谱分析理论Hurwitz,Routh的稳定性代数判据20世纪30年代Black,Nyquist,Bode关于反馈放大器的研究,以及频域稳定性判据与频域方法1.1.1控制科学发展的历史回顾传统控制科学发展的主要历史891.1.1控制科学发展的历史回顾1942年,Harris提出传递函数的概念20世纪40年代Wiener的控制论20世纪50年代钱学森的工程控制论以20世纪50年代的Pontriagin的极大值原理、Kalman的线性系统结构性理论与滤波理论、Bellman的最优控制的动态规划方法为基础的现代控制理论方法20世纪60年代中期的随机系统理论20世纪60年代兴起的数字控制理论与计算机控制技术1.1.1控制科学发展的历史回顾1942年,Harris提901.1.1控制科学发展的历史回顾自适应控制20世纪50年代末的模型参考自适应控制方法、70年代初Astrom的自校正方法为代表的自适应控制方法20世纪60年代末英国学派的多变量频域理论20世纪70年代英国、法国学派的大系统理论70年代初,以分解和协调为基础,形成了大系统控制理论,用于复杂系统的控制,重要理论有递阶控制理论、分散控制理论等.主要用于资源管理、交通控制、环境保护等.1.1.1控制科学发展的历史回顾自适应控制911.1.1控制科学发展的历史回顾以20世纪70年代末Zames的H∞控制方法和80年代的时域结构性鲁棒控制方法为代表的鲁棒控制方法20世纪70年代末的非线性系统理论的几何学派和80年代的代数学派20世纪80年代开始的离散事件系统的分析、控制与综合Moler利用Matlab软件环境进行控制系统分析控制科学的发展主要遵循对控制对象与环境的复杂性的处理,如模型描述的复杂性,对象特性和环境扰动因素的不确定性.可以说,对控制中复杂性的研究和探索是推动控制科学发展主要动力.1.1.1控制科学发展的历史回顾以20世纪70年代末Zam92经典控制理论单输入单输出反馈系统传递函数波特图奈奎斯特图根轨迹图1.1.1控制科学发展的历史回顾经典控制理论单输入传递函数波特图奈奎斯特图根轨迹图1.193现代控制理论具有多个相互耦合回路的多变量系统状态空间法最优控制能控性和能观性卡尔曼滤波1.1.1控制科学发展的历史回顾现代控制理论具有多个相互耦合回路的多变量系统状态空间法最优控941.1.1控制科学发展的历史回顾从前面讨论的控制科学的发展足迹可以看出:控制科学是一门理论与应用俱重的学科,它的理论基础来源于几乎所有现代科学的分支,如数学\物理\力学\计算机\生命科学\认知科学等其应用领涉及几乎所有与人类的生产\生活\科学探索\军事等领域.1.1.1控制科学发展的历史回顾从前面讨论的控制科学的发展951.1.1控制科学发展的历史回顾下图很好地对控制科学与其它学科的关系,其应用领域作了很好地总结.1.1.1控制科学发展的历史回顾下图很好地对控制科学与其它961.1.2传统控制理论在应用中面临的难题在控制领域,理论与实际应用存在很大差距,PID在实际应用中仍占统治地位.原因:自动控制学科高度的交叉性、应用的广泛性;所需数学工具难以被多数技术人员所掌握;自动控制需要其它技术支持,如网络、计算机;实际应用情况的复杂性、多变性、不确定性;国内企业存在管理体制问题,技术投入力度不够.1.1.2传统控制理论在应用中面临的难题在控制领域,理论与971.1.2传统控制理论在应用中面临的难题随着复杂系统的不断涌现,传统控制理论越来越多地显示它的局限性.什么叫复杂系统？其特征表现?这种复杂性主要体现在:控制对象的复杂性模型的不确定性高度非线性庞大的数据量和严格的性能指标环境的复杂性变化的不确定性难以辨识1.1.2传统控制理论在应用中面临的难题随着复杂系统的不断981.1.2传统控制理论在应用中面临的难题传统控制理论在应用中面临的难题包括:传统控制系统的设计与分析是建立在精确的系统数学模型基础上的,而实际系统由于存在复杂性、非线性、时变性和不确定性等,一般无法获得精确的数学模型.虽然,近年控制理论致力于研究对建模要求较低,对建模误差具有较好适应性的鲁棒控制理论.但鲁棒控制对建模误差的鲁棒性仅仅是局部的、小(微)摄动的,而远非人们所期望的全局的,大范围的.运用传统控制理论研究这类系统时,必须提出并遵循一些比较苛刻的假设,而这些假设与实际系统不尽相吻合.1.1.2传统控制理论在应用中面临的难题传统控制理论在应用991.1.2传统控制理论在应用中面临的难题由于实际应用情况的复杂性、多变性、不确定性,对于某些复杂的和包含不确定性的对象,根本无法以传统数学模型(如常微分方程、差分方程等)来表示,即无法解决建模问题.传统数学模型不能反映人的智能过程:推理、分析、学习.丢失许多有用的信息由于严格依赖于描述被控对象的数学模型,而过于复杂的数学模型将导致求解相应的控制规律变得十分困难,或者实现复杂的控制规律使得在现有时间、空间、物资基础条件上十分困难.1.1.2传统控制理论在应用中面临的难题由于实际应用情况的1001.1.2传统控制理论在应用中面临的难题传统的控制系统所处理的信息模式单一通常处理较简单的物理量:电量(电压、电流、阻抗);机械量(位移、速度、加速度);复杂系统要考虑:视觉、听觉、触觉信号,包括图形、文字、语言、声音等信息.为了提高性能,传统控制系统可能变得很复杂,从而增加了设备的初投资和维修费用,降低系统的可靠性.1.1.2传统控制理论在应用中面临的难题传统的控制系统所处1011.1.3自动控制面临的挑战及其原因在自动控制发展的现阶段,存在一些至关重要的挑战是基于下列原因的:科学技术间的相互影响和相互促进;例如,计算机、AI和超大规模集成电路等技术.当前和未来应用的需求;例如,空间技术、海洋工程和机器人技术等应用要求.基本概念和时代思潮发展水平的推动;例如,高速信息公路、非传统模型和ANN的连接机制等.1.1.3自动控制面临的挑战及其原因在自动控制发展的现阶段1021.1.4“计算机科学面临工业控制应用挑战”

的研究计划20世纪90年代,IEEE控制系统学会和国际自动控制联合会(IFAC)理论委员会合作进行了题为“计算机科学面临工业控制应用的挑战”的研究计划.该合作研究计划指出:开发大型的实时控制与信号处理系统是工程界面临的最具挑战的任务之一;这涉及硬件、软件和智能(尤其是算法)的结合,而系统集成又需要先进的工程管理技术.1.1.4“计算机科学面临工业控制应用挑战”

的研究计划21031.1.4“计算机科学面临工业控制应用挑战”

的研究计划设立这一迎接挑战的研究计划是由下列动机所决定的:工业部门往往无法有效地把数字技术的最新进展用于控制和信号处理,以便提高实时系统的智能水平.控制学术界又常常不理解如何在工业上进行控制系统硬件、软件和智能三者的集成开发.自动控制界和计算机科学界在工业和学术两方面的对话与有效合作仍然是一个需要进一步解决的问题.1.1.4“计算机科学面临工业控制应用挑战”

的研究计划设1041.1.4“计算机科学面临工业控制应用挑战”

的研究计划综上所述,自动控制既面临严峻挑战,又存在良好发展机遇.为了解决面临的难题,一方面要推进控制硬件、软件和智能的结合,实现控制系统的智能化;另一方面要实现自动控制科学与计算机科学、信息科学、系统科学以及AI的结合,为自动控制提供新思想,新方法和新技术,创立边缘交叉新学科,推动智能控制(IntelligentControl,IC)的发展.1.1.4“计算机科学面临工业控制应用挑战”

的研究计划综1051.2智能控制的进展在本节主要介绍:自动化与人工智能智能控制的发展1.2智能控制的进展在本节主要介绍:1061.2.1自动化与人工智能自动化与人工智能(ArtificialIntelligence,AI)是20世纪所发展起来的两大新兴学科,其最终目的是分别模拟、辅助并部分取代人类在生产实践及学习、生活中所需要的体力劳动(生产与机器操作)与脑力劳动(智能活动).下面将分别介绍自动化与AI两者在发展中形成的不同分工与合作.机械化与自动化自动化的发展与人工智能的关系1.2.1自动化与人工智能自动化与人工智能(Artific1071.2.1自动化与人工智能1.机械化与自动化机械化(mechanization)就是使用机器代替原先由动物或人类执行的体力劳动.当人类把比较初级的生产技术(如杠杆装置和动力)用于一个过程时,就使该过程机械化.而自动化(automation)则包含更多的内容.当反馈信息自动地引起机器进行调节并使之重新达到正常状态时,自动装置才真正实现自动化.机器或系统的内部调整是由伺服机构进行的.1.2.1自动化与人工智能1.机械化与自动化1081.2.1自动化与人工智能2.自动化的发展与人工智能的关系自动化的发展过程与AI有着非常直接的关系.图1表示出自动化的进展与AI的某些关系.图1自动化的进展与AI1.2.1自动化与人工智能2.自动化的发展与人工智能的关1091.2.1自动化与人工智能该图反映出随着工业化的进程,机械化与自动化生产发展过程中智能的作用越来越重要.第一次工业革命中大功率动力机和动力系统的产生和应用,使人类开始实现部分体力劳动的机械化与自动化.在初期的自动机器中,只采用开环控制和单一操作.当采用外部反馈控制和专用程序时,分别出现了自动化机器和数控机器.1.2.1自动化与人工智能该图反映出随着工业化的进程,机械1101.2.1自动化与人工智能随着计算机系统可编程能力的提高,控制系统已具有可编程能力、目标自设定能力以及自编程和自学习能力;与此相适应的是具有不同程度AI和有机器人参与的自动化.AI技术已为高级自动化系统输了新鲜血液.1.2.1自动化与人工智能随着计算机系统可编程能力的提高,1111.2.1自动化与人工智能总之,自动化与AI有着十分密切的关系,而AI关注的是智能行为,首先是那些含有复杂性、不完全性、模糊性或不确定性以及不存在已知算法的非数字过程.与传统计算机程序设计不同的是,AI是以知识为基础的、总是涉及搜索并应用启发方法引导求解过程获得满意的解答.1.2.1自动化与人工智能总之,自动化与AI有着十分密切的1121.2.2智能控制的发展下面分别介绍IC发展与形成过程.自动控制的发展过程智能控制的发展智能控制学科的形成1.2.2智能控制的发展下面分别介绍IC发展与形成过程.1131.2.2智能控制的发展1.自动控制的发展过程IC是AI和自动控制的重要部分和研究领域,并被认为是通向自主机器递阶道路上自动控制的顶层.图2表示自动控制的发展过程和通向IC路径上控制复杂性增加的过程.从图2可知,这条路径的最远点是IC,至少在当前是如此.IC涉及高级决策并与AI密切相关.1.2.2智能控制的发展1.自动控制的发展过程1141.2.2智能控制的发展1.2.2智能控制的发展1151.2.2智能控制的发展2.智能控制的发展IC思潮第一次出现于上世纪60年代,几种IC的思想和方法得到提出和发展。1.2.2智能控制的发展2.智能控制的发展116(1)启蒙期

60年代初期，F．W．史密斯提出采用性能模式识别器来学习最优控制方法的新思想，试图利用模式识别技术来解决复杂系统的控制问题。1965年，美国著名控制论专家扎德创立了模糊集合论，为解决复杂系统的控制问题提供了强有力的数学工具。1966年J．M．门德尔首先主张将人工智能用于空间飞行器的学习控制系统的设计，并提出了“人工智能控制”的概念。1971年著名学者傅京逊从发展学习控制的角度首次正式提出智能控制这个新兴的学科领域。这些标志着智能控制的思想已经萌芽。1.2.2智能控制的发展(1)启蒙期1.2.2智能控制的发展117(2)形成期从70年代初开始，傅京孙等人从控制论角度进一步总结了人工智能技术与自适应、自组织、自学习控制的关系，正式提出了智能控制就是人工智能技术与控制理论的交叉，并创立了人—机交互式分级递阶智能控制的系统结构。1974年，英国工程师曼德尼将模糊集合和模糊语言用于锅炉和蒸汽机的控制，创立了基于模糊语言描述控制规则的模糊控制器，取得良好的控制效果。1979年，他又成功地研制出具有了较高智能的自组织模糊控制器。模糊控制的形成和发展，对智能控制理论的形成起了十分重要的推动作用。1.2.2智能控制的发展(2)形成期1.2.2智能控制的发展118(3)发展期

1982年Fox等人实现了加工车间调度专家系统；1983年Saridis把智能控制用于机器人系统；1984年LISP公司研制成功用于分布式的实时过程控制专家系统；1986年M．Lattlmer等人开发的混合专家系统控制器是一个实验型的基于知识的实时控制专家系统，用来处理军事和现代化工业中出现的控制问题。1987年4月，美国Foxboro公司公布了新一代的IA系列智能自动控制系统，标志着智能控制系统已由研制、开发阶段转向应用阶段。80年代中后期，神经网络的研究获得了重要进展，神经网络理论和应用研究为智能控制的研究起到了重要的促进作用。1.2.2智能控制的发展(3)发展期1.2.2智能控制的发展119(4)高潮期进入90年代以来，智能控制的研究势头异常迅猛，每年都有各种以智能控制为专题的大型国际学术会议在世界各地召开，各种智能控制杂志或专刊不断涌现，来自各国政府和企业的专项科研经费不断增加。1.2.2智能控制的发展(4)高潮期1.2.2智能控制的发展1201.2.2智能控制的发展近十年来,随着AI和机器人技术的快速发展,对IC的研究出现一股新的热潮.各种智能决策系统、专家控制系统、学习控制系统、模糊控制、NNC、主动视觉控制、智能规划和故障诊断系统1.2.2智能控制的发展近十年来,随着AI和机器人技术的快1211.2.2智能控制的发展等已被应用于各类工业过程控制系统、智能机器人系统和智能化生产(制造)系统.Transportation.Economics.1.2.2智能控制的发展等已被应用于各类1221.2.2智能控制的发展3.智能控制学科的形成IC新学科形成的条件逐渐成熟.1985年8月,IEEE在美国纽约召开了第一届IC学术讨论会.会上讨论了IC原理和系统结构.之后,IEEE控制系统学会成立了IC专业委员会.该专业委员会组织了对IC定义和研究生课程教学大纲的讨论.1987年1月,在美国费城由IEEE控制系统学会与计算机学会联合召开了IC国际会议.这是有关IC的第一次国际会议.1.2.2智能控制的发展3.智能控制学科的形成1231.2.2智能控制的发展大会讨论了由于许多新技术问题的出现以及相关理论与技术的发展,需要重新考虑控制领域及其邻近学科.这次会议及其后续相关事件表明,IC作为一门独立学科已正式在国际上建立起来.1.2.2智能控制的发展大会讨论了由于许多新技术问题的出现1241.2.2智能控制的发展在IC的发展过程中,最近几年有关IC的论文或论文集日益增多,但系统专著和教材并不多见.1990年6月,正式出版的蔡自兴编著《智能控制》是国内外有关IC的第一本专著和教材.相继1997年,蔡自兴在新加坡出版的另一IC专著《IntelligentControl:Principles,TechniquesandApplications》,并被作为教材使用.另两本名为《IntellignetControl:AspectsofFuzzyLogicandNeuralNets》和《Fuzzy-NeuralControl:Principles,AlgorithmsandApplications》的专著也先后在国外出版.1.2.2智能控制的发展在IC的发展过程中,最近几年有关I1251.2.2智能控制的发展自1993年,分别在北京、西安、合肥与上海分别召开的第1~4届全球华人智能控制与智能自动化大会(CWCICIA),对国际IC的发展起到较大的推动作用.近10年来,国内已成立的学术团体有中国人工智能学会计算机视觉与智能控制学会,中国智能机器人专业委员会和中国自动化学会智能自动化专业委员会等.这些情况表明,IC作为一门独立的新学科,也已在我国建立起来了.1.2.2智能控制的发展自1993年,分别在北京、西安、合1261.3什么是智能控制下面介绍:智能控制的定义智能控制与传统控制的关系和差别1.3什么是智能控制下面介绍:127什么叫智能？！？低级智能：感知环境、作出决策、控制行为1.3.1智能控制的定义什么叫智能？！？低级智能：感知环境、作出决策、控制行为1.3128

◆按人类的认知的过程定义(A.Meystel)智能是系统的一个特征，当集注（FocusingAttention)、组合搜索(CombinatorialSearch)、归纳（Generalization)过程作用于系统输入，并产生系统输出时，就表现为智能。系统输入系统输出智能集中注意力组合搜索归纳FACSG◆按人类的认知的过程定义(A.Meystel)129◆按机器智能定义(Saridis)机器智能是把信息进行分析、组织，并把它转换成知识的过程。知识就是所得到的结构性信息，它可用来使机器执行特定的任务，以消除该任务的不确定性或盲目性，达到最优或次优的结果。机器智能◆按机器智能定义(Saridis)机器智能是把信1301.3.1智能控制的定义粗略地说,智能控制(IC)是一种将智能理论应用于控制领域的模型描述、系统分析、控制设计与实现的控制方法.它首先是一种控制方法,是一种具有智能行为与特征的控制方法.迄今为止,对IC还未有一个统一的定义,下面通过对智能机器的定义,来对IC与智能控制系统(IntelligentControlSystems,ICS)加以定义.1.3.1智能控制的定义粗略地说,智能控制(IC)是一种将1311.3.1智能控制的定义定义1(智能机器)能够在定形或不定形,熟悉或不熟悉的环境中自主地或与操作人员交互作用以执行各种拟人任务(anthropomorphictasks)的机器.或者比较通俗地说,智能机器是那些能够自主地代替人类从事危险、厌烦、远距离或高精度等作业的机器.1.3.1智能控制的定义定义1(智能机器)能够在定形或不1321.3.1智能控制的定义例如,能够从事这类工作的机器人,就属于智能机器人.如,在星际探险中的移动机器人,如美国研制的火星探测车.1.3.1智能控制的定义例如,1331.3.1智能控制的定义1.3.1智能控制的定义134智能机器人1.3.1智能控制的定义智能机器人1.3.1智能控制的定义1351.3.1智能控制的定义具有视觉的越野自主车1.3.1智能控制的定义具有视觉的越野自主车1361.3.1智能控制的定义再例如,能够模拟人的思维,进行博弈的计算机.1997年5月11日,一个名为DeepBlue的IBM计算机系统战胜当时的国际象棋世界冠军盖利卡斯帕罗夫(GarryKasparov).正在与深蓝下棋的卡斯帕罗夫

1.3.1智能控制的定义再例如,能够模拟人的思维,进行博弈1371.3.1智能控制的定义基于智能机器的定义,智能控制(IC)的定义为：定义2智能控制是驱动智能机器自主地实现其目标的过程.或者说,智能控制是一类无需人的干预就能够独立地驱动智能机器实现其目标的自动控制.对自主机器人的控制就是一例.1.3.1智能控制的定义基于智能机器的定义,智能控制(IC1381.3.1智能控制的定义相对于智能机器与智能控制(IC),传统的自动控制的定义为：定义3(自动控制)自动控制是能按规定程序对机器或装置进行自动操作或控制的过程.简单地说,不需要人工干预的控制就是自动控制.例如,一个装置能够自动接收所测得的过程物理变量,自动进行计算,然后对过程进行自动调节就是自动控制装置.反馈控制、最优控制、随机控制、自适应控制和自学习控制等均属自动控制.1.3.1智能控制的定义相对于智能机器与智能控制(IC),1391.3.1智能控制的定义下面是关于智能控制系统(ICS)的定义.定义4用于驱动自主智能机器以实现其目标而无需操作人员干预的系统叫智能控制系统.这类系统必须具有智能调度和执行等能力.1.3.1智能控制的定义下面是关于智能控制系统(ICS)的1401.3.2智能控制与传统控制的关系和差别IC与传统控制的差别:涉及的范围:IC的范围包括了比传统控制的范围更一般的范围.控制的目标:智能的目标寻求在巨大的不确定环境中,获得整体的优化.1.3.2智能控制与传统控制的关系和差别IC与传统控制的差1411.4智能控制的结构理论自从傅京孙1971年提出把IC作为AI和自动控制的交接领域以来,许多研究人员试图建立起IC这一新学科.他们提出一些有关ICS结构的思想,有助于对IC的进一步认识.IC具有一门边缘交叉学科,十分明显的跨学科(多元)结构特点.在实际应用中,各种IC与各种相关的基础理论与方法的集成显得非常重要的.IC的发展需要各相关学科的配合与支援,同时也要求IC工程师是个知识工程师.1.4智能控制的结构理论自从傅京孙1971年提出把IC作为1421.4.1二元结构傅京孙曾对几个与学习控制(learningcontrol)有关的领域进行了研究.这些研究领域是:含有拟人控制器的控制系统;含有人-机控制器的控制系统;自主机器人系统.1.4.1二元结构傅京孙曾对几个与学习控制(learnin1431.4智能控制的结构理论在此,我们主要讨论IC的二元交集结构和三元交集结构两种思想,它们分别由下列各交集(通集)表示:IC=AIACIC=AIACOR1.4智能控制的结构理论在此,我们主要讨论IC的二元交集结1441.4.1二元结构我们可以用式IC=AIAC以及下图来表示这种交接作用,并把它称为二元交集结构.1.4.1二元结构我们可以用式1451.4.2三元结构萨里迪斯(Saridis)于1977年提出SI三元IC结构,扩展了傅京孙的二元结构,即把IC看作为AI、自动控制和运筹学的交接,如下图所示.1.4.2三元结构萨里迪斯(Saridis)于1977年提1461.4.2三元结构我们可以用式IC=AIACOR来描述这种结构.Saridis认为,构成二元交集结构的两元互相支配,无助于