智能控制理论及应用

智能控制理论及应用

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2013年7月27日4时8分

北京科技大学自动化学院控制科学与工程系

参考书目：(1)周德俭，吴斌. 智能控制. 重庆：重庆大学出 版社，2005

(2)李少远，王景成. 智能控制. 北京：机械工业 出版社，2005(3)李人厚. 智能控制理论和方法. 西安：西安电 子科技大学出版社，1999 (4)王万森. 人工智能原理及其应用. 北京：电子 工业出版社，2000北京科技大学自动化学院控制科学与工程系

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(5)蔡自兴. 人工智能控制. 北京：化学工业出版 社，2005 (6)窦振中. 模糊逻辑控制技术及其应用. 北京： 北京航空航天大学出版社，1995

(7)沈清，胡德文，时春. 神经网络应用技术. 长 沙：国防科技大学出版社，1993(8)方崇智，萧德云. 过程辨识. 北京：清华大学 出版社，1988

(9)舒迪前. 预测控制系统及其应用. 北京：机械 工业出版社，19963

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课程内容：第1章 概论 第2章 分级递阶智能控制 第3章 基于模糊推理的智能控制系统 第4章 基于神经网络的智能控制技术

第5章 模糊神经网络第6章 遗传算法及其应用 第7章 基于规则的仿人智能控制

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第1章 概论1.1 智能控制的基本概念 1.1.1 智能控制的结构理论 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 自动控制 智能 人工智能 这种交叉关系可用图1.1形象地 控制 AI AC IC 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。图1.1 智能控制的二元结构5

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萨里迪斯(Saridis)等从机器智能的角度出发，对傅京孙 的二元交集结构理论进行了扩展，引入了运筹学(OR: Operations Research)并提出了三元交集结构，即

IC=AI AC OR人工 智能 AI 运筹学 OR

智能 控制 IC

自动控制 AC

图1.2 智能控制的三元结构

三元交集除“智能”与控制之外，还强调了在更高层次控 制中调度、规划、管理和优化的作用。6

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我国学者蔡自兴教授于1989年提出把信息论(IT: Information Theory)包

括进智能控制结构理论的四元论结构 (如图1.3所示),即

IC=AI AC OR IT自动控制 AC 人工 智能 AI

IC

运筹学 OR

信息论 IT

图1.3 智能控制的四元论结构

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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、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。

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1.1.2 智能控制的定义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，达到预期 的目标。9

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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。 K.J.Astrom认为：把人类具有的直觉推理和试凑法等智能 加以形式化或用机器模拟，并用于控制系统的分析与设计中， 以期在一定程度上实现控制系统的智能化，这就是智能控制。 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。10

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1.2 智能控制的发展概况 1.2.1 智能控制的产生 人们将智能控制的产生归

结为二大主因，一是自动控制理 论发展之必然；二是人工智能的发展为其提供了机遇。表1.1 自动控制理论发展阶段特征阶段 时期理论基础 研究对象 分析方法 研究重点 核心装置 应用 第一阶段 20世纪40~50年代 经典控制理论 单输入、单输出系统 传递函数、频域法 反馈控制 模拟调节器 单机自动化

第二阶段20世纪60~70年代现代控制理论

第三阶段20世纪80年代至今 智能控制理论

多输入、多输出系统 多层次、多变量系统 状态方程、时域法 最优、随机、自适应 控制 电子计算机 机组自动化 智能算子、多级控制 大系统、智能控制 智能机器系统 综合自动化

进展方向

智能控制 自学习控制 自适应/ 鲁棒控制

随机控制最优控制 确定性 反馈控制 开环控制 控制复杂性

图1.4 自动控制的发展过程12

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人工智能产生于20世纪50年代，它是控制论、信息论、系 统论、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。早在1965年，傅京孙首先提出把基于符号操作和逻辑推理 的启发式规则用于学习控制系统，Mendel教授进一步在空间飞 行器的学习控制中应用了人工智能技术。这是人工智能的符号 主义(逻辑主义)学派的观点首次与控制理论相结合，从而实 现智能控制的大胆尝试。

随后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。13

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1.2.2 智能控制的发展 1971年傅京孙提出智能控制概念，并在文章“学习控制系 统和智能控制系统：人工智能与自动控制的交叉”中归纳了3 种类型的智能控制系统： (1)人作为控制器的控制系统； (2 …… 此处隐藏：3072字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……