《智能控制导论》PPT课件.ppt
1,智能控制导论,国家精品课程配套教材蔡自兴,2,智能控制教学课件,第1章 概论1.1 智能控制的产生与发展1.2 智能控制的基本知识1.3 智能控制的结构理论1.4 本书概要,智能系统与智能软件研究所,3,1.1 智能控制的产生与发展,1.1.1 自动控制的机遇与挑战传统控制理论在应用中面临的难题存在挑战的主要原因自动控制的主要任务人工智能的产生和发展正在为自动控制系统的智能化提供有力支持,4,1.1.2 智能控制的发展和学科的建立,自动控制的发展过程,1.1 智能控制的产生与发展,进展方向,开环控制,确定性反馈控制,最优控制,随机控制,自适应/鲁棒控制,自学习控制,智能控制,控制复杂性,5,1.1.2 智能控制的发展和学科的建立,60年代60年代初期，自学习和自适应方法被开发出来用于解决控制系统的随机特性问题60年代中期，自动控制与人工智能开始交接。70年代模糊控制是智能控制的又一活跃研究领域80年代萨里迪斯教授建立了智能机器理论采用“精度随智能降低而提高”（IPDI）原理和三级递阶结构奥斯特洛姆、迪席尔瓦、周其鉴、蔡自兴、霍门迪梅洛和桑德森等，分别提出和发展了专家控制、基于知识的控制、仿人控制、专家规划和分级规划等基于神经元控制的理论和机理已获进一步开发和应用,1.1 智能控制的产生与发展,6,1.1.2 智能控制的发展和学科的建立,智能控制学科的形成1985年8月，IEEE在美国纽约召开了第一届智能控制学术讨论会这次会议之后不久，在IEEE控制系统学会内成立了IEEE智能控制专业委员会，并了对智能控制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智能控制国际会议智能控制发展的其它方面学术组织学术会议,1.1 智能控制的产生与发展,7,1.2 智能控制的基本知识,1.2.1 智能控制的定义与特点智能控制的定义 智能机器自动控制智能控制智能控制系统智能控制的特点 同时具有以知识表示的非数学广义模型和以数学模型（含计算智能模型与算法）表示的混合控制过程智能控制的核心在高层控制，即组织级智能控制的实现，需要硬件、软件和智能的结合，以及新思想、新方法和新技术智能控制是一门边缘交叉学科智能控制是一个新兴的研究领域,8,1.2.2 智能控制器的一般结构,智能控制器的一般结构图,1.2 智能控制的基本知识,动作,事件,过程与环境,用户,接 口,任务描述与环境建模,知识表示,信号优化,信号预处理,信号辨识,规划与推理,决策与协调,传统控制,传感器,驱动器,1,2,3,9,1.2.3 智能控制系统的分类,递阶控制系统专家控制系统模糊控制系统学习控制系统神经控制系统仿生控制系统集成智能控制系统组合智能控制系统,1.2 智能控制的基本知识,10,1.3 智能控制的结构理论,1.3.1 二元交集结构理论傅京孙曾研究的领域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傅京孙用智能控制系统描述自动控制系统与人工智能的交接作用，并把它称为二元交集结构,AI,AC,IC,智能控制的二元结构,11,1.3.1 二元交集结构理论,二元结构理论的解释当采用人机组合控制器时，需要比较高层的智能决策；它可由拟人控制器（anthropomorphic controller）来作出。对于较低层的智能作用，在设计这种智能控制系统时，要尽可能多地把设计者和操作人员所具有的与指定任务有关的智能转移到机器控制器上对于自主机器人系统，对机器人进行无人干预的自动控制与操作。这一控制系统至少应执行3个主要功能，即感知、模拟和问题求解（包括规划）,1.3 智能控制的结构理论,12,1.3.2 三元交集结构理论,三元结构 萨里迪斯于1977年提出另一种智能控制三元结构萨里迪斯认为，必须把远筹学的概念引入智能控制，使它成为三元交集中的一个子集对这一问题的讨论，有助于智能控制学科的形成,1.3 智能控制的结构理论,AC,AI,OR,IC,13,1.3.2 三元交集结构理论,分级智能控制系统,1.3 智能控制的结构理论,执行级,组织器,分配器,协调器1,过程1,协调器N,硬件控制器N,过程N,组织级,协调级,硬件控制器1,它代表系统的主导思想，并由人工智能起控制作用,是上（第一级）下（第三级）级间的接口，由人工智能和运筹学起控制作用,是智能控制系统的最低层级，要求具有很高的精度，并由控制理论进行控制,14,1.3.3 四元交集结构理论,蔡自兴提出四元智能控制结构,1.3 智能控制的结构理论,AI,IC,OR,IT,CT,IC,AI,CT,IT,智能控制看做自动控制、人工智能、信息论和运筹学四个学科的交集,15,1.3.3 四元交集结构理论,信息论是解释知识和智能的一种手段控制论、系统论和信息论紧密相互作用信息论已成为控制智能机器的工具信息熵成为智能控制的测度把熵函数和信息流一起引入智能控制系统，表明信息论是组成智能控制的不可缺少部分,1.3 智能控制的结构理论,系统论,运筹学,系统论 控制论,信息论,系统工程,自动化技术,通信技术,系统学,系统,科学,哲学,基础科学,技术科学,工程技术,信息论,控制,通信,人和动物,机器,三论,应用部门,一般系统论,信息科学,信息技术,人机通信,16,1.4 本书概要,本书反映出国内外智能控制研究和应用最新进展，包括下列内容 简述了智能控制产生的背景、起源与发展，讨论智能控制的定义、特点和智能控制的一般结构，研究智能控制的结构理论，尤其是智能控制的四元交集结构理论，并阐明构成智能控制各元间的关系，揭示各相关学科间的内在关系逐章讨论智能控制系统的作用原理、类型结构、设计要求、控制特性和应用示例等介绍智能控制的应用同，展望智能控制的发展,
