智能控制基本原理

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1、智 能 控 制 基 本 原 理 内 容 简 介 1， 智 能 控 制 系 统 的 基 本 概 念2， 智 能 控 制 的 发 展 前 景3， 智 能 控 制 的 应 用 场 合4， 智 能 控 制 的 研 究 内 容5， 智 能 控 制 的 主 要 功 能 特 点 3智 能 控 制 的 基 本 概 念 智 能 控 制 （ IC： Intelligent Control） 是 一 门 新 兴 的 交叉 学 科 ， 具 有 非 常 广 泛 的 应 用 领 域 。 智 能 控 制 这 一 术 语 于 1967年 由 Leondes和 Mendel首 先 使 用 ， 1971年 著 名 美 籍 华 人

2、 科 学 家傅 京 孙 （ K.S.Fu） 教 授 从 发 展 学 习 控 制 的 角 度 首 次 正 式 提 出 智能 控 制 概 念 与 建 立 智 能 控 制 学 科 的 构 思 。 傅 京 孙 把 智 能 控 制 概 括 为 自 动 控 制 （ AC： Automatic Control） 和 人 工 智 能 （ AI： Artificial Intelligence） 的 交集 ， 即IC=AC AI 这 种 交 叉 关 系 可 用 右 图 形 象 地表 示 ， 它 主 要 强 调 人 工 智 能 中 “ 智能 ” 的 概 念 与 自 动 控 制 的 结 合 。 自 动 控 制AC

3、人 工 智 能AI智 能控 制IC智 能 控 制 的 二 元 结 构 4 以 上 关 于 智 能 控 制 结 构 理 论 的 不 同 见 解 中 ， 存 在 着 以 下 几点 共 识 ： （ 1） 智 能 控 制 是 由 多 种 学 科 相 互 交 叉 而 形 成 的 一 门 新 兴学 科 ； （ 2） 智 能 控 制 是 自 动 控 制 发 展 到 新 阶 段 的 产 物 ， 它 以 人工 智 能 和 自 动 控 制 的 相 互 结 合 为 主 要 标 志 ； （ 3） 智 能 控 制 在 发 展 过 程 中 不 断 地 吸 收 着 控 制 论 、 信 息论 、 系 统 论 、 运 筹 学

4、、 计 算 机 科 学 、 模 糊 数 学 、 心 理 学 、 生 理学 、 仿 生 学 等 学 科 的 思 想 、 方 法 以 及 新 的 研 究 成 果 ， 目 前 仍 在发 展 和 完 善 之 中 。智 能 控 制 的 基 本 概 念 由 于 智 能 控 制 是 一 门 新 兴 学 科 且 正 处 于 发 展 阶 段 ， 所 以 至今 尚 无 统 一 的 定 义 ， 故 有 多 种 描 述 形 式 。 从 三 元 交 集 论 的 角 度 定 义 智 能 控 制 ： 它 是 一 种 应 用 人 工 智能 的 理 论 和 技 术 以 及 运 筹 学 的 优 化 方 法 ， 并 和 控 制 理

5、 论 中 的 方法 与 技 术 相 结 合 ， 在 不 确 定 的 环 境 中 ， 仿 效 人 的 智 能 （ 学 习 、推 理 等 ） ， 实 现 对 系 统 控 制 的 理 论 与 方 法 。 从 系 统 一 般 行 为 特 性 出 发 ， J.S.Albus认 为 ： 智 能 控 制 是有 知 识 的 “ 行 为 舵 手 ” ， 它 把 知 识 和 反 馈 结 合 起 来 ， 形 成 感 知 交 互 式 、 以 目 标 为 导 向 的 控 制 系 统 。 该 系 统 可 以 进 行 规 划 ，产 生 有 效 的 、 有 目 的 的 行 为 ， 并 能 在 不 确 定 的 环 境 中 ，

6、达 到 预期 的 目 标 。智 能 控 制 的 基 本 概 念 6 从 认 知 过 程 出 发 ： 智 能 控 制 是 一 种 推 理 计 算 ， 它 能 在 非 完 整的 性 能 指 标 下 ， 通 过 一 些 基 本 的 操 作 ， 如 归 纳 (Generalization)和 组 合 搜 索 (Combinatorial Search)等 ， 把 表 达 不 完 善 、 不 确 定的 复 杂 系 统 引 向 规 定 的 目 标 。 从 控 制 论 的 角 度 出 发 ： 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

7、 制 是 一 类 无 需 人 的 干 预 就 能独 立 地 驱 动 智 能 机 器 实 现 其 目 标 的 自 动 控 制 方 法 。 以 上 各 种 描 述 说 明 ： 智 能 控 制 具 有 认 知 和 仿 人 的 功 能 ； 能适 应 不 确 定 性 的 环 境 ； 能 自 主 处 理 信 息 以 减 少 不 确 定 性 ； 能 可靠 地 进 行 规 划 ， 产 生 和 执 行 有 目 的 的 行 为 ， 以 获 取 最 优 的 控 制效 果 。 智 能 控 制 的 基 本 概 念 7 人 工 智 能 产 生 于 20世 纪 50年 代 ， 它 是 控 制 论 、 信 息 论 、 系统

8、论 、 计 算 机 科 学 、 神 经 生 理 学 、 心 理 学 、 数 学 以 及 哲 学 等 多种 学 科 相 互 渗 透 的 结 果 ， 也 是 电 子 计 算 机 出 现 并 广 泛 应 用 的 结果 。 智 能 控 制 的 提 出 和 发 展 历 程 ， 一 直 伴 随 着 人 工 智 能 的 发 展而 发 展 ， 人 工 智 能 作 为 智 能 控 制 的 基 础 和 重 要 组 成 部 分 ， 它 的每 一 个 研 究 成 果 都 对 智 能 控 制 的 发 展 起 到 了 积 极 的 推 动 作 用 。智 能 控 制 的 基 本 概 念 8 可 以 预 见 ， 随 着 系 统

9、 论 、 人 工 智 能 理 论 和 计 算 机 技 术 的 发展 ， 智 能 控 制 将 会 有 更 大 的 发 展 空 间 ， 并 在 实 际 中 得 到 更 加 广泛 的 应 用 。 智 能 控 制 作 为 一 门 新 兴 控 制 技 术 ， 目 前 还 处 于 发 展 初 期 。基 于 遗 传 算 法 的 智 能 控 制 ， 基 于 Petri网 理 论 的 智 能 控 制 ， 遗传 算 法 、 神 经 网 络 和 模 糊 控 制 相 结 合 的 综 合 优 化 控 制 等 新 的 智能 控 制 理 论 和 方 法 在 不 断 涌 现 和 发 展 之 中 。智 能 控 制 的 发 展

10、前 景 智 能 控 制 是 自 动 控 制 的 最 新 发 展 阶 段 ， 主 要 用 于 解 决 传 统控 制 技 术 与 方 法 难 以 解 决 的 控 制 问 题 。 主 要 应 用 场 合 有 ： （ 1） 具 有 高 度 非 线 性 、 时 变 性 、 不 确 定 性 和 不 完 全 性 等特 征 ， 一 般 无 法 获 得 精 确 数 学 模 型 的 复 杂 系 统 的 控 制 问 题 ； （ 2） 需 要 对 环 境 和 任 务 的 变 化 具 有 快 速 应 变 能 力 并 需 要运 用 知 识 进 行 控 制 的 复 杂 系 统 的 控 制 问 题 ； （ 3） 采 用 传

11、统 控 制 方 法 时 ， 必 须 遵 循 一 些 苛 刻 的 线 性 化假 设 ， 否 则 难 以 达 到 预 期 控 制 目 标 的 复 杂 系 统 的 控 制 问 题 ； （ 4） 采 用 传 统 控 制 方 法 时 ， 控 制 成 本 高 、 可 靠 性 差 或 控制 效 果 不 理 想 的 复 杂 系 统 的 控 制 问 题 。智 能 控 制 的 应 用 场 合 根 据 智 能 控 制 基 本 研 究 对 象 的 开 放 性 、 复 杂 性 、 多 层 次 和信 息 模 式 的 多 样 性 、 模 糊 性 、 不 确 定 性 等 特 点 ， 其 研 究 内 容 主要 包 括 以 下

12、几 个 方 面 。（ 1） 智 能 控 制 基 本 机 理 的 研 究（ 2） 智 能 控 制 基 本 理 论 和 方 法 的 研 究 离 散 事 件 和 连 续 时 间 混 杂 系 统 的 分 析 与 设 计 ； 基 于 故 障 诊 断 的 系 统 组 态 理 论 和 容 错 控 制 方 法 ； 基 于 实 时 信 息 学 习 的 规 则 自 动 生 成 与 修 改 方 法 ； 主 要 对 智 能 控 制 认 识 论 和 方 法 论 进 行 研 究 ， 探 索 人 类 的 感知 、 判 断 、 推 理 和 决 策 等 活 动 的 机 理 。 主 要 有 以 下 几 个 方 面 的 内 容 ：

13、智 能 控 制 的 研 究 内 容 智 能 控 制 系 统 有 学 习 功 能 、 适 应 功 能 、 组 织 功 能 三 大 主 要功 能 特 点 。（ 1） 学 习 功 能 智 能 控 制 系 统 的 学 习 功 能 指 的 是 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 的估 计 、 分 类 、 决 策 和 控 制 ， 从 而 使 系 统 的 性 能 得 到 改 善 。 智 能 控 制 系 统 的 学 习 能 力 有 高 低 之 分 ， 低 层 次 的 学 习 主 要指 对 控 制 对

14、象 参 数 的 学 习 ， 高 层 次 的 学 习 则 主 要 指 对 知 识 的 更新 。（ 2） 适 应 功 能 智 能 控 制 系 统 的 适 应 功 能 指 的 是 当 智 能 控 制 系 统 的 输 入 不是 已 经 学 习 过 的 样 本 时 ， 照 样 可 给 出 合 适 的 输 出 。 甚 至 当 系 统中 某 些 部 分 出 现 故 障 时 ， 系 统 仍 能 正 常 工 作 。智 能 控 制 系 统 的 主 要 功 能 特 点 12（ 3） 组 织 功 能 智 能 控 制 系 统 的 组 织 功 能 指 的 是 对 于 复 杂 的 控 制 任 务 和 分散 的 传 感 器

15、信 息 ， 智 能 控 制 系 统 具 有 自 行 组 织 和 协 调 的 功 能 。智 能 控 制 器 可 以 在 任 务 要 求 范 围 内 自 行 决 策 、 主 动 地 采 取 行 动 ；当 出 现 多 目 标 冲 突 时 ， 在 一 定 条 件 下 ， 控 制 器 有 权 自 行 裁 决 和处 理 。 一 个 理 想 的 智 能 控 制 系 统 ， 除 了 以 上 三 大 主 要 功 能 之 外 ，往 往 还 应 该 具 有 其 它 一 些 功 能 ： 如 对 各 类 故 障 进 行 自 诊 断 、 屏蔽 和 自 恢 复 的 容 错 功 能 ； 对 环 境 干 扰 和 不 确 定 性 因 素 不 敏 感 的自 适 应 功 能 和 鲁 棒 性 功 能 ； 快 速 的 在 线 实 时 响 应 功 能 ； 友 好 的人 机 界 面 ， 保 证 人 机 通 信 、 人 机 互 助 的 人 机 协 作 功 能等 。智 能 控 制 系 统 的 主 要 功 能 特 点