专家控制测控

专家控制测控第一页，共五十一页，编辑于2023年，星期六1传统控制系统系统运行——排除人为干预——人机缺乏交互——控制器缺乏应变能力——

强烈依赖数学模型第二页，共五十一页，编辑于2023年，星期六22.1专家系统专家：对解决专门问题非常熟悉的专门人才，一般源于丰富的经验及详细专业知识。专家系统：一类包含知识和推理的智能计算机程序系统，内部含有大量的某个领域专家水平的知识和经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的经验方法来处理该领域的高水平难题。简言之，是模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。第三页，共五十一页，编辑于2023年，星期六3发展历史初创期（1965－1971）

DENLDRA：推断化学分子结构的专家系统（专家系统奠基人、Stanford大学计算机系Feigenbaum教授）MACSMA：用于数学运算的数学专家系统（麻省理工学院）第四页，共五十一页，编辑于2023年，星期六4成熟期（1972－1977）血液感染病诊断专家系统MYCIN（理论－应用）语音识别专家系统HEARSAY（理论－成熟）第五页，共五十一页，编辑于2023年，星期六5发展期（1978－现在）

1987年1000种解释、预测、设计、规划、监理、修理、指导、控制等第六页，共五十一页，编辑于2023年，星期六6专家系统特点启发性透明性灵活性符号操作不确定性推理第七页，共五十一页，编辑于2023年，星期六7启发性问题结构往往不合理问题求解知识包括理论知识、常识和专家的启发知识启发知识可能不完全、不准确，但能执行高级分析与推理第八页，共五十一页，编辑于2023年，星期六8透明性专家系统能够解释本身的推理过程和回答用户提出的问题应用知识库内的知识和问题求解过程产生的中间结果第九页，共五十一页，编辑于2023年，星期六9灵活性具有扩展和丰富知识库的能力改善非编程状态下的系统性能，即自学习能力知识库、推理机相对独立第十页，共五十一页，编辑于2023年，星期六10符号操作强调符号处理和符号操作用符号表示知识符号集合表示问题的概念第十一页，共五十一页，编辑于2023年，星期六11不确定性推理问题求解方法大多是经验性的提供的有关信息往往也是不确定性的经验知识一般用于表示不精确性并存在一定概率的问题第十二页，共五十一页，编辑于2023年，星期六12专家系统优点高效、准确、周到、迅速、不知疲倦不受环境影响、不可能遗漏、忘记专家专长不受时间、空间限制，以便推广汇集多领域专家知识和经验及其协作能力军事专家系统巨大经济、社会效益促进科技发展第十三页，共五十一页，编辑于2023年，星期六13专家系统构成结构：专家系统各组成部分的构造方法和组织形式知识库、推理机第十四页，共五十一页，编辑于2023年，星期六14专家系统建立知识库（1）基于专家经验的判断性规则（2）用于推理、问题求解的控制性规则（3）用于说明问题的状态、事实和概念及当前的条件和常识等的数据包含知识查询、检索、增删、修改和扩充等模块通过人机接口与专家沟通，获取知识第十五页，共五十一页，编辑于2023年，星期六15推理机用于对知识库中的知识进行推理来得到结论的“思维”机构（1）正向推理：从原始数据和已知条件得到结论（2）反向推理：先提出假设的结论，然后寻找支持证据，若证据存在，则假设成立（3）双向推理：运用正向推理提出假设的结论，运用反向推理来证实假设第十六页，共五十一页，编辑于2023年，星期六16知识的表示常用方法：产生式规则、框架、语义网络、过程产生式规则：IFETHENHWITHCF第十七页，共五十一页，编辑于2023年，星期六17专家系统开发语言（1）C语言，人工智能语言（Prolog,Lisp等）（2）专家系统开发工具：已经建好的专家系统框架第十八页，共五十一页，编辑于2023年，星期六18专家系统建立步骤（1）知识库设计①确定知识类型：叙述性知识、过程性知识、控制性知识②确定知识表达方式③知识库管理系统的设计第十九页，共五十一页，编辑于2023年，星期六19（2）推理机设计①选择推理方式②选择推理算法：选择各种搜索算法，如深度优先搜索、广度优先搜索、启发式优先搜索等第二十页，共五十一页，编辑于2023年，星期六20（3）人机接口设计①设计“用户－专家系统接口”：用于咨询理解和结论解释②设计“专家－专家系统接口”：用于知识库扩充及系统维护第二十一页，共五十一页，编辑于2023年，星期六212.2专家控制瑞典学者K.J.Astrom提出应用专家系统概念和技术，模拟人类专家的控制知识与经验而建造的控制系统目的：传统控制的基础＋有经验的控制工程师第二十二页，共五十一页，编辑于2023年，星期六22专家控制基本原理结构第二十三页，共五十一页，编辑于2023年，星期六23功能满足任意动态过程的控制需要可以利用对象的先验知识通过修改、增加控制规则，不断积累知识，改进控制性能定性描述控制系统性能对控制性能解释通过对控制闭环中的单元进行故障检测来获取经验规则第二十四页，共五十一页，编辑于2023年，星期六24与专家系统的区别（1）专家系统能完成专门领域的功能，辅助用户决策；专家控制能进行独立的、实时的自动决策，比可靠性、抗干扰性要求高（2）专家系统离线工作，专家控制在线控制第二十五页，共五十一页，编辑于2023年，星期六25知识表示（1）受控过程的知识①先验知识：包括问题的类型及开环特性②动态知识：包括中间状态及特性变化（2）控制、辨识、诊断知识①定量知识：各种算法②定性知识：各种经验、逻辑、直观判断第二十六页，共五十一页，编辑于2023年，星期六26数据库（1）事实：知识的静态数据（2）证据：测量到的动态数据（不完整、冲突）（3）假设：由事实和证据推导的中间结果（4）目标：系统的性能指标第二十七页，共五十一页，编辑于2023年，星期六27规则库IF控制局势（事实和数据）THEN操作结论第二十八页，共五十一页，编辑于2023年，星期六28分类直接型专家控制器间接型专家控制器第二十九页，共五十一页，编辑于2023年，星期六29间接型专家控制器第三十页，共五十一页，编辑于2023年，星期六30优化型专家控制器适应型专家控制器协调型专家控制器组织型专家控制器第三十一页，共五十一页，编辑于2023年，星期六31专家系统类型解释专家系统：通过对已知信息和数据的分析与解释，确定它们的含义第三十二页，共五十一页，编辑于2023年，星期六32预测专家系统通过对过去和现在已知状况的分析，推断未来可能发生的情况第三十三页，共五十一页，编辑于2023年，星期六33诊断专家系统

根据观察到的情况（数据）推断某个对象机能失常的原因第三十四页，共五十一页，编辑于2023年，星期六34设计专家系统根据设计要求，求出满足设计问题约束的目标配置第三十五页，共五十一页，编辑于2023年，星期六35规划专家系统寻找出某个能够达到给定目标的动作序列或步骤第三十六页，共五十一页，编辑于2023年，星期六36监视专家系统对系统、对象或过程的行为进行不断观察，并把观察到的行为与其应当具有的行为进行比较，以发现异常情况，发出警报第三十七页，共五十一页，编辑于2023年，星期六37控制专家系统适应地管理一个受控对象或客体的全面行为，使之满足预期要求第三十八页，共五十一页，编辑于2023年，星期六38调试专家系统对失灵的对象给出处理意见和方法第三十九页，共五十一页，编辑于2023年，星期六39教学专家系统根据学生特点、弱点和基础知识，以最适当的教案和教学方法对学生进行教学和辅导第四十页，共五十一页，编辑于2023年，星期六40修理专家系统对发生故障的对象进行处理，使其恢复正常工作第四十一页，共五十一页，编辑于2023年，星期六41专家控制关键技术知识的表达识别和获取定量控制信号定性知识转化为定量控制信号控制知识和控制规则获取第四十二页，共五十一页，编辑于2023年，星期六42专家控制特点灵活性：根据系统工作状态及误差，灵活选取控制律适应性：根据专家知识和经验，调整控制器参数，适应对象特性及环境变化鲁棒性：通过利用专家规则，系统可以在非线性、大偏差下可靠工作第四十三页，共五十一页，编辑于2023年，星期六432.3专家PID控制专家PID控制原理（直接型专家控制）实质：基于受控对象和控制规律的各种知识，无需知道对象精确模型，利用专家经验设计PID参数第四十四页，共五十一页，编辑于2023年，星期六44e(k)：离散化的当前采样时刻误差e(k-1)、e(k－2)：前1个、前2个采样时刻误差∆e(k)＝e(k)－e(k-1)∆e(k－1)＝e(k－1)－e(k-2)第四十五页，共五十一页，编辑于2023年，星期六451、│e(k)│＞M1（误差绝对值大），定值控制2、e(k)∆e(k)＞0或∆e(k)＝0（误差变大或不变）

若│e(k)│≧M2（误差较大，较强控制）

u(k)=u(k-1)+k1{kp[e(k)-e(k-1)]+kie(k)+kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)］}

若│e(k)│＜M2（误差变大，绝对值不大，一般控制）

u(k)=u(k-1)+kp[e(k)-e(k-1)]+kie(k)+kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)］第四十六页，共五十一页，编辑于2023年，星期六463、e(k)∆e(k)＜0，∆e(k)∆e(k－1)＞0或∆e(k)＝0，（误差减小或平衡，控制器输出不变）4、e(k)∆e(k)＜0，∆e(k)∆e(k－1)＜0

（误差处于极值）若│e(k)│≧M2，u(k)=u(k-1)+k1kpem(k)（较强）若│e(k)│＜M2，u(k)=u(k-1)+k2kpem(k)（较弱）第四十七页，共五十一页，编辑于2023年，星期六475、│e(k)│≦ε，加入积分环节

em(k)为误差e的第k个极值；u(k)为第k次控制器的输出；k1为增益放大系数，k1＞1；k2为抑制系数，0＜k2＜1；M1M2为设定的误差界限，M1＞M2＞0；k为控制周期的序号（自然数）；ε为任意小的正