绪论智能控制演示文稿

绪论智能控制演示文稿现在是1页\一共有50页\编辑于星期三1（优选）绪论智能控制现在是2页\一共有50页\编辑于星期三2现代控制理论

现代控制理论以庞特里亚金的极大值原理、贝尔曼的动态规划、卡尔曼的线性滤波和估计理论为基石，形成了以最优控制、系统辨识和最优估计、自适应控制等为代表的现代控制理论分析和设计方法。

系统分析的对象已转向多输入一多输出线性系统。

系统分析的数学模型主要是状态空间描述法。

随着要研究的对象和系统越来越复杂，借助于数学模型描述和分析的传统控制理论难以解决复杂系统的控制问题。

现在是3页\一共有50页\编辑于星期三3复杂系统的特点：(1)不确定性的模型(2)高度非线性(3)复杂的任务要求现在是4页\一共有50页\编辑于星期三4不确定性的模型传统控制是基于模型的控制，这里的模型包括控制对象和干扰模型。传统控制通常认为模型是已知的或经过辨识可以得到的。对于不确定性的模型，传统控制难以满足要求。现在是5页\一共有50页\编辑于星期三5高度非线性在传统的控制理论中，线性系统理论比较成熟。对于具有高度非线性的控制对象，虽然也有一些非线性控制方法可供使用，但总的来说，目前非线性控制理论还很不成熟，有些方法又过于复杂，无法广泛应用。

现在是6页\一共有50页\编辑于星期三6复杂的任务要求在传统的控制系统中：控制任务要求输出量为定值(调节系统)或者要求输出量跟随期望的运动轨迹(跟踪系统)。对于复杂的控制任务：如智能机器人系统、复杂工业过程控制系统、计算机集成制造系统(CIMS)、航天航空控制系统等传统的控制理论都无能为力。

现在是7页\一共有50页\编辑于星期三7转速负反馈单闭环有静差调速系统+-放大器MTG+-+-+-UtgUdIdn+--+△U

Ug+-MTGUfUkαu～整流器触发器测速发电机电动机负反馈电压给定电压偏差电压控制角控制电压输出电压转速现在是8页\一共有50页\编辑于星期三8双闭环直流调速系统现在是9页\一共有50页\编辑于星期三9塑胶制粒控制系统现在是10页\一共有50页\编辑于星期三10锅炉液位控制系统现在是11页\一共有50页\编辑于星期三11炉温控制系统工作原理图现在是12页\一共有50页\编辑于星期三12智能控制采用数学工具或计算机仿真技术的传统控制理论已经无法解决难以通过传统的数学工具来描述的现代控制系统的控制问题。然而，许多复杂的生产过程难以实现的目标控制，可以通过熟练的操作工、技术人员或专家的操作获得满意的控制效果。如何有效地将熟练的操作工、技术人员或专家的经验知识和控制理论结合起来去解决复杂系统的控制问题就是智能控制原理研究的目标所在。

现在是13页\一共有50页\编辑于星期三13智能控制概念的提出：主要是针对控制对象及其环境、目标和任务的不确定性和复杂性。这是由于实现大规模复杂系统的控制需要。也是由于现代计算机技术、人工智能和微电子学等学科的高速发展，使控制的技术工具发生了革命性的变化。智能控制的研究工作最初是以机器人控制为背景而提出来的。现在，其应用重点已从机器人控制问题向复杂工业过程控制等非机器人领域转移。

现在是14页\一共有50页\编辑于星期三141.1.2智能控制的发展智能控制是一门新兴的学科，它的发展得益于许多学科．其中包括人工智能、现代自适应控制、最优控制、神经元网络、模糊逻辑、学习理论等。1966年，J．M．Mendel首先提出将人工智能用于飞船控制系统的设计。1971年，著名学者K．S．Fu(傅京逊)从发展学习控制的角度首次提出智能控制这一概念。现在是15页\一共有50页\编辑于星期三15K．S．Fu(傅京逊)归纳了三种类型的智能控制系统：(1)人作为控制器的控制系统(2)人-机结合作为控制器的控制系统(3)无人参与的自主控制系统现在是16页\一共有50页\编辑于星期三16(1)人作为控制器的控制系统人具有识别决策和控制等功能；人作为控制器的控制系统具有自学习、自适应和自组织的功能；能根据不同的控制任务、不同的对象及环境情况，自动采取不同的控制策略。(2)人-机结合作为控制器的控制系统机器完成那些连续进行的并需快速计算的常规控制任务；人则完成任务分配、决策、监控等任务。现在是17页\一共有50页\编辑于星期三17(3)无人参与的自主控制系统最典型的例子是自主机器人。这时的自主式控制器需要完成：问题求解和规划、环境建模、传感信息分析和低层的反馈控制等任务。它实际上是一个多层的智能控制系统．现在是18页\一共有50页\编辑于星期三181977年Saridis

在自己的著作中，从控制理论发展的观点，论述了从通常的反馈控制到最优控制、随机控制，再到自适应控制、自学习控制、自组织控制，并最终向智能控制这个最高阶段发展的过程。首次提出了分层递阶的智能控制结构，整个结构由上而下分为三个层次：组织级、协调级和执行级。

现在是19页\一共有50页\编辑于星期三191985年8月。IEEE在美国纽约召开了第一届智能控制学术讨论会。会上集中讨论了智能控制原理和智能控制系统的结构。这次会议之后不久，在IEEE控制系统学会内成立了IEEE智能控制专业委员会。1987年1月，在美国费城由IEEE控制系统学会和计算机学会联合召开了智能控制国际会议。这是有关智能控制的第一次国际会议，来自美国、欧洲、日本、中国以及其他发展中国家的150位代表出席了这次学术盛会。

现在是20页\一共有50页\编辑于星期三201.2智能控制系统的类型专家控制

模糊控制神经网络控制仿人智能控制

现在是21页\一共有50页\编辑于星期三211.2.1专家控制专家控制是把专家系统技术应用于过程控制系统的结果。专家系统模拟人类操作者，工程师的经验和知识，并与控制器的算法相结合，实现对过程的有效控制。由于专家的经验通常以规则形式表示，因此，有时也称基于规则的控制。

现在是22页\一共有50页\编辑于星期三221.2.2模糊控制模糊控制是建立在扎德教授创立的模糊集理论基础上的一类智能控制。模糊控制核心为模糊推理。它同样是根据人的控制经验，模仿人的控制决策。与专家控制类似，其推理过程也是以基于规则形式表示的人类经验。近几年来，在基本模糊控制基础上，又提出了一些变形的模糊控制器，如：模糊PID控制，自适应模糊控制，专家模糊控制，神经网络模糊控制等。

现在是23页\一共有50页\编辑于星期三231.2.3神经元网络控制人工神经网络具有许多优异的性能。它的可塑性，自适应性和自组织性使它具有很强的学习能力；它的并行处理机制使它求解问题的时间很短，具有满足实时性要求的潜力；它的分布存储方式使它的鲁棒性和容错性都相当良好。

现在是24页\一共有50页\编辑于星期三241.2.3神经元网络控制人工神经网络力图在结构上模拟人的大脑，而模糊推理则在思维方法上模拟人的大脑功能。二者在对信息处理加工方面，从不同侧面表现出人类大脑思维过程的容错能力。从控制角度出发，将神经网络和模糊控制相结合，很自然的成为智能控制的一种发展趋势。

现在是25页\一共有50页\编辑于星期三251.2.4仿人智能控制

仿人智能控制是把起控制作用的人作为控制环节(人控制器)，对其特性进行研究和模仿，建立其数学模型，并构造相应的控制器，实现对过程(对象)的有效控制。人控制器具有一些特有的性质，并且不能把他的输入一输出关系简单地描述成纯线性的，非线性的，时变的，随机的或离散的模型。

现在是26页\一共有50页\编辑于星期三261.2.4仿人智能控制人控制器具有很强的自适应能力，可以从运行经验中学习到自己原来不知道的东西。

其他一些因素，如情绪，疲劳等也会影响他的性能。

因此，要为人控制器建立真正的数学模型实际上是不可能的。只能是为完成一项专门的控制任务确定其近似的性能模型。

现在是27页\一共有50页\编辑于星期三271.3智能控制系统的分类直接智能控制系统

间接智能控制系统

分层递阶智能控制系统

集散智能控制系统

智能自适应控制系统

智能自学习控制系统

智能自组织控制系统

智能自修复控制系统

现在是28页\一共有50页\编辑于星期三281.3.1直接智能控制系统

在直接智能控制系统中，智能环节作为直接控制器替代传统控制器。

智能控制器可以是专家系统控制器，模糊控制器，人工神经网络控制器，仿人控制器，还可以是神经模糊控制器等。

现在是29页\一共有50页\编辑于星期三291.3.2间接智能控制系统

在间接智能控制系统中，智能环节不是在每个采样周期直接给出控制信号，而只是通过对控制器的结构或参数进行调整，指导控制器的工作，间接地影响被控过程。

这里直接控制器可以是传统控制器，也可以是前面介绍的智能控制器。直接控制器在每个采样周期均给出控制信号，直接影响被控过程。

现在是30页\一共有50页\编辑于星期三301.3.3分层递阶智能控制系统这种智能控制系统实质上是把传统控制技术和智能控制技术相结合，把辨识和控制方法相结合而构成的一类混合控制系统。这种控制系统只是一种人为的划分，其优点在于控制路线明确，易于解析描述。

现在是31页\一共有50页\编辑于星期三311.3.4集散智能控制系统

集散控制系统，以多台微机为核心实现地理上和功能上的分散控制，又通过高速数据通道把各分散点的信息集中起来，进行集中的监视和操作，并实现高级控制。

现在是32页\一共有50页\编辑于星期三321.3.5智能自适应控制系统

根据对象的输入输出数据，不断地在线辨识对象模型的结构和参数，并在此基础上将控制作用调整到一个满意的工作状态。现在是33页\一共有50页\编辑于星期三331.3.6智能自学习控制系统学习是使系统作一些适应性变化，使系统在下一次完成相同或相类似任务时比前一次更有效。系统需要通过其学习能力获取新知识，或更新旧知识，以达到更有效的控制。

现在是34页\一共有50页\编辑于星期三341.3.7智能自组织控制系统

能根据控制目标的要求，被控对象的特性以及环境条件的有关信息，自动组成满足性能要求的新控制器。

现在是35页\一共有50页\编辑于星期三351.3.8智能自修复控制系统

能够在系统运行过程中自动诊断并排除系统出现的故障，具有一定的自修复功能。系统还具有一定的容错能力，在某些控制单元失效的情况下，以降低某些控制性能为代价，继续维持系统的运行，并保持良好的控制状态。现在是36页\一共有50页\编辑于星期三361.4智能控制系统的构成原理

1.4.1智能控制系统的结构

现在是37页\一共有50页\编辑于星期三37各单元意义“广义对象”包括通常意义下的控制对象和外部环境．如智能机器人系统中，机器人的手臂、被操作物体及所处环境统称广义对象。“传感器”包括关节位置传感器、力传感器、视觉传感器、距离觉传感器、触觉传感器等。“感知信息处理”将传感器得到的原始信息加以处理，如视觉信息要经过复杂的处理才能获得有用的信息。

现在是38页\一共有50页\编辑于星期三38“认知”主要用来接收和贮存信息、知识、经验和数据．并对它们进行分析、推理，作出行动的决策，送至规划和控制部分。“通信接口”除建立人机之间的联系外，还建立系统中各模块之间的联系。“规划和控制”是整个系统的核心，它根据给定的任务要求、反馈的信息以及经验知识，进行自动搜索、推理决策、动作规划，最终产生具体的控制作用，经“执行器”作用于控制对象。

现在是39页\一共有50页\编辑于星期三39分层递阶结构的智能控制系

统

1)对控制而言，自上而下控制的精度愈来愈高。2)对识别而言，自下而上信息反馈愈来愈粗略，相应的智能程度也愈来愈高。

现在是40页\一共有50页\编辑于星期三401.4.2智能控制系统的特点(1)智能控制系统一般具有以知识表示的非数学广义模型和以数学模型表示的混合控制过程。(2)智能控制器具有分层信息处理和决策机构。(3)智能控制器具有非线性和变结构特点。(4)智能控制系统是一门新兴的边缘交叉学科，它需要更多的相关学科配合支援。现在是41页\一共有50页\编辑于星期三41智能控制系统必须具备以下一个或多个功能：

(1)学习功能(2)适应功能

(3)组织功能

现在是42页\一共有50页\编辑于星期三42(1)学习功能一个系统，如能对一个过程或其环境的未知特征所固有的信息进行学习，并将得到的经验用于进一步估计、分类、决策或控制。从而使系统的性能得以改善，那么便称该系统具有学习功能。

现在是43页\一共有50页\编辑于星期三43(2)适应功能与传统的自适应控制相比，这里所说的适应功能具有更广泛的含义，它包括更高层次的适应性。所谓的智能行为实质上是一种从输入到输出的映射关系，它可以看成是不依赖于模型的自适应估计，因此具有很好的适应性能。即使是在系统的某一部分出现故障时，系统也能正常工作，体现了它很强的适应性。

现在是44页\一共有50页\编辑于星期三44(3)组织功能即对于复杂的任务和分散传感信息具有自行组织和协调的功能。该组织行为还表现为系统具有相应的主动性和灵活性，即智能控制器可以在任务要求的范围内自行决策，主动采取行动；而当出现多目标冲突时。各控制器在一定限制条件下自行解决。

现在是45页\一共有50页\编辑于星期三451.4.3智能控制系统研究的数学工具

传统的控制理论主要采用微分方程、状态方程及各种数学变换作为研究工具，它们本质上是一种数值计算的方法。而人工智能主要采用符号处理、一阶谓词逻辑等作为研究的数学工具。显然两者有着根本的区别。