智能控制Ch10 展望

1、Central South University智能控制智能控制 Ch.10 Networked Control 第十章第十章 智能控制展望智能控制展望Central South University回顧智能控制發(fā)展歷程回顧智能控制發(fā)展歷程自動(dòng)控制在發(fā)展中面臨機(jī)遇與挑戰(zhàn)人工智能的發(fā)展為自動(dòng)控制的智能化創(chuàng)造條件各種新思想的出現(xiàn)為智能控制提供發(fā)展新空間,形成新的智能控制研究方向和領(lǐng)域應(yīng)用需求促進(jìn)智能控制的進(jìn)一步發(fā)展Central South University第第1010章章 智能控制展望智能控制展望10.1 人工智能爭(zhēng)論及其對(duì)智能控制的影響 AI Argument and Its Influe

2、nces to IC10.2 智能控制的應(yīng)用研究問(wèn)題 Issues for Application Research of IC10.3 智能控制進(jìn)一步研究的問(wèn)題 Issues for further Study of IC 10.4 展望智能控制的發(fā)展 Prospect to Development of IC10.5 結(jié)束語(yǔ) Concluding Remarks智能系統(tǒng)與智能軟件研究所Central South University10.1 AI Argument and Its Influences to IC 人工智能爭(zhēng)論及其對(duì)智能控制的影響人工智能爭(zhēng)論及其對(duì)智能控制的影響10.1.1

3、 Mail Academic Circles of AI 人工智能的主要學(xué)派人工智能的主要學(xué)派Symbolism （符號(hào)主義） Connectionism （連接主義） Actionism （行為主義） Central South University10.1 人工智能爭(zhēng)論及其對(duì)智能控制的影響10.1.1 人工智能的主要學(xué)派目前人工智能的主要學(xué)派有下列目前人工智能的主要學(xué)派有下列3家：家：符號(hào)主義符號(hào)主義，又稱為邏輯主義、心理學(xué)派或計(jì)算機(jī)學(xué)派，其原理主要為物理符號(hào)系統(tǒng)（即符號(hào)操作系統(tǒng)）假設(shè)和有限合理性原理連接主義連接主義，又稱為仿生學(xué)派或生理學(xué)派，其原理主要為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)間的連接機(jī)制與學(xué)

4、習(xí)算法行為主義行為主義，又稱進(jìn)化主義或控制論學(xué)派，其原理為控制論及感知?jiǎng)幼餍涂刂葡到y(tǒng)Central South University 1. 符號(hào)主義符號(hào)主義 SymbolicismLogicism, Psychlogism, Computerism AI Origins from mathematic logic. Cognitive element symbol. Core of AI Knowledge and Knowledge-based theoretical system. It is based on hypothesis of symbol operation system a

5、nd principle of limit reasonability. Representatives: Newell, Shaw, Simon and NilssonCentral South University2. 連接主義連接主義 ConnectionismBionicsism, Physiologism AI Origins from Bionics. Thinking element- neuron Brain working mode It based on NN and connectionism and learning algorithm between NN. Repr

6、esentatives: Meculloch-Pitts, Hopfield and RumelhartCentral South University 3. 行為主義行為主義 Actionism Evolutionism, Cyberneticsism AI Origins from Cybernetics. Intelligence depends on perception and actions. Perception-action working mode Evolution and interaction It based on Cybernetics and control pr

7、inciple of perception-action.Representatives: Winner, BrooksCentral South University10.1.2 Argument on AI Theory 對(duì)人工智能理論的爭(zhēng)論人工智能尚未形成一個(gè)統(tǒng)一的理論體系。各個(gè)人工智能學(xué)派對(duì)于AI的基本理論問(wèn)題均有不同的觀點(diǎn)符號(hào)主義認(rèn)為人的認(rèn)知基元是符號(hào)，而且認(rèn)知過(guò)程即符號(hào)操作過(guò)程連接主義認(rèn)為人的思維基元是神經(jīng)元，而不是符號(hào)處理過(guò)程行為主義認(rèn)為智能取決于感知和行為（所以被稱為行為主義），提出智能行為的感知?jiǎng)幼髂Ｊ?0.1 人工智能爭(zhēng)論及其對(duì)智能控制的影響Central South Un

8、iversity10.1.3 Influences of AI to IC人工智能爭(zhēng)論對(duì)智能控制的影響人工智能爭(zhēng)論對(duì)智能控制的影響20世紀(jì)6080年代，智能控制受符號(hào)主義影響，以基于知識(shí)的控制為主要研究方向。如：專家控制、學(xué)習(xí)控制以及模糊控制，并與遞階控制相結(jié)合。80年代末90年代，連接主義迅速崛起，促進(jìn)了智能控制的發(fā)展。如：神經(jīng)控制和復(fù)合神經(jīng)控制?；诟兄?jiǎng)幼鳈C(jī)制的行為主義之所以稱為控制論學(xué)派，就是因?yàn)樗淖饔迷砼c反饋控制一致。這里，自動(dòng)控制影響了人工智能。10.1 人工智能爭(zhēng)論及其對(duì)智能控制的影響Central South University10.2 Issues for Applic

9、ation Research of IC智能控制應(yīng)用研究領(lǐng)域智能控制應(yīng)用研究領(lǐng)域10.2.1 Planning & Control of Intelligent Robots 智能機(jī)器人規(guī)劃與控制智能機(jī)器人規(guī)劃與控制 Multiple Autonomous Undersea Vehicle, MAUV，其結(jié)構(gòu)圖采用分段分層框架。任務(wù)優(yōu)先權(quán)數(shù)值世界模型數(shù)據(jù)庫(kù)傳感信息處理傳感器環(huán)境驅(qū)動(dòng)器任務(wù)分解目標(biāo)選擇評(píng)價(jià)感知狀況內(nèi)部外部動(dòng)作預(yù)測(cè)狀況規(guī)劃Central South University10.2.2 Intelligent Monitoring of Production Process 生

10、產(chǎn)過(guò)程智能監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程智能監(jiān)控 許多工業(yè)連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程需要監(jiān)控，以保證高性能和高可靠性工業(yè)鍋爐智能控制的混合控制框圖10.2 智能控制的應(yīng)用研究問(wèn)題專家控制器多模型控制器自校正PID控制器專家系統(tǒng)過(guò)程KUReY-+控制器開(kāi)關(guān)123.+Central South University工程機(jī)械智能化在工程機(jī)械中使用智能技術(shù)，使得工程機(jī)械能夠通過(guò)各種傳感器獲取工作過(guò)程和環(huán)境信息，并借助智能技術(shù)自主或交互地做出決策與控制。智能化工程機(jī)械具有自我感 知、自主決策、自動(dòng)控制等 功能，是一類智能機(jī)器人。Central South University10.2.3 IC in FMS 自動(dòng)加工系統(tǒng)的控制智能自動(dòng)

11、加工系統(tǒng)的控制智能基于Petri網(wǎng)的自動(dòng)加工智能控制系統(tǒng)自動(dòng)加工智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖10.2 智能控制的應(yīng)用研究問(wèn)題決策器第一級(jí)第一級(jí)傳感器 1傳感器 m加工過(guò)程、運(yùn)輸和檢驗(yàn)驅(qū)動(dòng)器 1驅(qū)動(dòng)器 n區(qū)域控制器監(jiān)控器數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)庫(kù)控制器控制器第二級(jí)第二級(jí)第三級(jí)第三級(jí)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)加工過(guò)程加工過(guò)程傳感傳感Central South University10.2.4 Intelligent FDD 智能故障檢測(cè)和診斷智能故障檢測(cè)和診斷故障檢測(cè)和診斷與過(guò)程監(jiān)控密切相關(guān)。一個(gè)高級(jí)的過(guò)程控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有故障自動(dòng)檢測(cè)和自診斷能力，以保證系統(tǒng)工作的高度可靠性人們已對(duì)特別重要和復(fù)雜系統(tǒng)的故障診斷的重要性引起前所未有的重視（

12、如核電站，大型水庫(kù)，空間站等）智能故障檢測(cè)與診斷系統(tǒng)是一個(gè)問(wèn)題求解的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，也是一種智能控制系統(tǒng)。它一般由知識(shí)庫(kù)（故障信息庫(kù)）、診斷推理機(jī)構(gòu)、接口和數(shù)據(jù)庫(kù)等組成。典型的IFDD系統(tǒng)有太空站熱過(guò)程控制系統(tǒng)的故障診斷、火電站鍋爐給水過(guò)程控制系統(tǒng)的故障檢測(cè)與診斷和雷達(dá)故障診斷專家系統(tǒng)等10.2 智能控制的應(yīng)用研究問(wèn)題Central South University10.2.5 IC in Aerospace Vehicle 飛行器的智能控制飛行器的智能控制智能控制已被應(yīng)用于飛行過(guò)程控制，整個(gè)飛行控制過(guò)程由飛機(jī)數(shù)學(xué)模型來(lái)表示。下圖所示為一飛行器的飛行智能控制系統(tǒng)的制導(dǎo)、領(lǐng)航和控制結(jié)構(gòu)，其中用虛線表

13、示領(lǐng)航員的作用，以期與計(jì)算機(jī)的作用進(jìn)行比較。10.2 智能控制的應(yīng)用研究問(wèn)題決策調(diào)節(jié)控制制導(dǎo)飛行目標(biāo)領(lǐng)航估計(jì)飛行器傳感輸入Central South University10.2.6 IC in Medical Process 醫(yī)療過(guò)程智能控制醫(yī)療過(guò)程智能控制一個(gè)用于控制手術(shù)過(guò)程中麻醉深度的病人平均動(dòng)脈血壓(MAP)的模糊邏輯控制系統(tǒng)有兩類擾動(dòng)因手術(shù)、心血管病和用藥引起病人痛苦而出現(xiàn)的噪聲因儀器校準(zhǔn)和電灼等引起的血壓和人工制品的測(cè)量噪聲10.2 智能控制的應(yīng)用研究問(wèn)題模糊邏輯控制器手術(shù)擾動(dòng)手術(shù)擾動(dòng)汽化器病人半封閉回路-期望血壓期望血壓人工制品人工制品測(cè)量血壓測(cè)量血壓uey+Central So

14、uth University10.2.7 Intellectualized Instruments 智能儀器智能儀器微型計(jì)算機(jī)或微處理機(jī)在儀器中的廣泛應(yīng)用，已成為儀器的核心組成部件之一，它能夠?qū)崿F(xiàn)信息的記憶、判斷、處理、執(zhí)行以及測(cè)控過(guò)程的操作、監(jiān)視和診斷，并使這類儀器被稱為“智能儀器”比較高級(jí)的智能儀器具有多功能、高性能、自動(dòng)操作、對(duì)外接口、“硬件軟化”和自動(dòng)測(cè)試與自動(dòng)診斷等功能。10.2 智能控制的應(yīng)用研究問(wèn)題Central South University10.3 Issues for further Study of IC 智能控制的進(jìn)一步研究問(wèn)題智能控制的進(jìn)一步研究問(wèn)題控制問(wèn)題的表示

15、認(rèn)知控制器 （含認(rèn)知計(jì)算）對(duì)智能機(jī)器研究的建議組織器組織器工作方法具有判斷能力判斷能力的智能機(jī)器的設(shè)計(jì)用于設(shè)計(jì)智能機(jī)器的語(yǔ)言方法語(yǔ)言方法對(duì)用戶指令解釋不當(dāng)?shù)撵`敏性分析靈敏性分析智能機(jī)器每個(gè)功能的可靠性分析可靠性分析要實(shí)現(xiàn)Boltzman機(jī)的優(yōu)化機(jī)的優(yōu)化控制模式 復(fù)合與集成第10章 展望智能控制Central South University10.4 展望智能控制的發(fā)展展望智能控制的發(fā)展Prospect to Development of IC10.4.1 Looking for Newer Theory Frame 尋求更新的理論框架尋求更新的理論框架智能控制研究尚存在一些需要解決的問(wèn)題宏觀與

16、微觀分離全局與局部隔開(kāi)理論與應(yīng)用脫節(jié)上述存在問(wèn)題和其它相關(guān)問(wèn)題說(shuō)明人腦的結(jié)構(gòu)和功能要比人們想象的復(fù)雜得多需要尋找和建立更新的智能控制框架和理論體系Central South University10.4.2 Creating finer Technique Integration 進(jìn)行更好的技術(shù)集成進(jìn)行更好的技術(shù)集成智能控制技術(shù)是人工智能技術(shù)與其它信息處理技術(shù)，尤其是信息論、系統(tǒng)論、控制論和認(rèn)識(shí)工程學(xué)等的集成集成智能控制系統(tǒng)的相關(guān)學(xué)科關(guān)系圖10.4 展望智能控制的發(fā)展計(jì)算技術(shù)計(jì)算技術(shù)生理學(xué)生理學(xué)心理學(xué)心理學(xué)語(yǔ)言學(xué)語(yǔ)言學(xué)認(rèn)知科學(xué)認(rèn)知科學(xué)人類學(xué)人類學(xué)社會(huì)學(xué)社會(huì)學(xué)哲學(xué)哲學(xué)系統(tǒng)系統(tǒng)學(xué)學(xué)人類人類控控制知

17、識(shí)制知識(shí)智能控制系統(tǒng)智能控制系統(tǒng)Central South University10.4.3 Developing better Application Methods 開(kāi)發(fā)更優(yōu)的應(yīng)用方法必須開(kāi)發(fā)新的硬件和軟件實(shí)現(xiàn)智能控制需要硬件的保障軟件應(yīng)是智能控制的核心智能控制應(yīng)用方法研究中有許多引人注目的課題提高運(yùn)行速度，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制提高對(duì)傳感信息和環(huán)境的解釋能力設(shè)計(jì)新的模塊化傳感器和接口改善信息處理和識(shí)別能力等10.4 展望智能控制的發(fā)展Central South University10.4.3 Developing better Application Methods 開(kāi)發(fā)更優(yōu)的應(yīng)用方法(續(xù))控制軟件方面的研究課題開(kāi)發(fā)面向任務(wù)的獨(dú)立和通用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言考慮CAD、CAM、CIMS和CIPS等要求能夠描述各種控制過(guò)程處理緩慢變化信號(hào)和故障實(shí)現(xiàn)智能控制系統(tǒng)的優(yōu)化等10.4 展望智能控制的發(fā)展Central South University10.5 Concluding Remarks 小結(jié)小結(jié)智能控制己初具學(xué)科體系智能控制己初具學(xué)科體系在基礎(chǔ)理論方面涉及傳統(tǒng)人工智能的知識(shí)表示和推理、計(jì)算智能(如模糊計(jì)算、神經(jīng)計(jì)算和進(jìn)化計(jì)算等)和機(jī)器學(xué)習(xí)等在技術(shù)方法方面從遞階控制、專家