控制理論產(chǎn)生及發(fā)展

1、緒 論0.1 控制理論產(chǎn)生及發(fā)展18世紀中葉 英國第一次工業(yè)革命1765年 瓦特發(fā)明蒸汽機調(diào)速問題穩(wěn)定性問題1868年 調(diào)節(jié)器一文發(fā)表1872年 勞斯和1890年赫爾威茨代數(shù)判據(jù)1892年 李雅普諾夫“運動穩(wěn)定性的一般問題”1932年 乃奎斯特判據(jù)1948 維納發(fā)表控制論或關(guān)于在動物和機器中控制和通訊的科學0.2 控制理論發(fā)展三個階段：第一代：古典控制理論（經(jīng)典控制理論） 40-60年代第二代：現(xiàn)代控制理論 60-80年代第三代：智能控制及大系統(tǒng)理論 80-至今三代控制理論對比簡表古典控制理論現(xiàn)代控制理論智能控制理論時間20世紀40-6060-7080-至今對象單入單出線性定常系統(tǒng)多入多出非線

2、性時變系統(tǒng)難以建模的非線性復雜系統(tǒng)工具傳遞函數(shù)；頻率特性；根軌跡等頻率域內(nèi)求解狀態(tài)方程；狀態(tài)空間法；動態(tài)規(guī)劃；極大值原理；時間域內(nèi)求解模糊邏輯系統(tǒng)(FLS)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(NNS)，專家系統(tǒng)(ES)，知識基系統(tǒng)，人工智能等代表人物伯德，伊文斯卡爾曼貝爾曼龐特里亞金扎德；付京孫；Saridis，LeondesMendel 0.3 智能控制的產(chǎn)生及發(fā)展20世紀60年代 Smith用模式識別器用于最優(yōu)控制1965年 Zadeh 發(fā)表模糊集合論文，付京孫講人工智能用于學習控制1976年 Mendel 提出人工智能概念智能控制70年代初 傅京孫、Gloriso和Saridis等人提出遞階智能控制的系統(tǒng)結(jié)

3、構(gòu)1974年 馬丹尼提出世界上第一個模糊控制器(fuzzy logic controller)20世紀80年代初 建立了多種專家系統(tǒng)20世紀80年代中后期 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究又開始興起 1992年 美國自然基金啟動支持“智能控制”的研究0.4 傳統(tǒng)控制與智能控制類別傳統(tǒng)控制理論(古典理論與現(xiàn)代理論)智能控制（人工智能與控制理論交叉）特征基于精確模型(模型論)不基于對象精確模型(控制論)研究重點對象：對被控對象建模控制器：智能信息反饋決策智能性低高結(jié)論：智能控制理論是對傳統(tǒng)控制理論的發(fā)展，傳統(tǒng)控制理論是智能控制理論的低級階段。0.5 智能控制論控制器對象傳感器輸入輸出圖0.1 反饋控制系統(tǒng)的原理框圖

4、控制三要素： 信息反饋控制智能控制智能信息反饋控制三要素信息的特點反饋的類型控制（決策）模式傳統(tǒng)控制單一數(shù)值量單純負反饋單一模式智能控制定量、定性、圖像、多媒體、知識、經(jīng)驗、規(guī)則等負，正，開環(huán)多模變結(jié)構(gòu)變參數(shù)自適應(yīng)自學習等0.6思維科學與智能模擬1. 什么是思維科學研究思維規(guī)律和方法的科學。思維是意識的一部分，而且是最重要的部分，思維是人腦對客觀事物間接的反映過程，包括回想、聯(lián)想、想像、思考、推想等。人們通過思維活動反映客觀事物的特點、本質(zhì)屬性、內(nèi)部聯(lián)系及發(fā)展規(guī)律。因此思維是人們認識過程的高級階段。2. 思維的類型(1) 抽象思維（邏輯思維）：抽去表象的思維，例如小學生的算數(shù)。(2) 形象思維

5、（直覺思維）：既看形又看象的思維。憑借形象思維（例如用示波器來觀測信號），通過形象來思考表述，主要思維手段是圖形，行為等典型形象材料，具有直觀、鮮明、生動等特點。形象思維過程的重要形式：類比，聯(lián)想，想象。類比根據(jù)兩個不同對象比較的方法進行推理；聯(lián)想將兩個不同領(lǐng)域的若干各對象聯(lián)系加以思考的方法；想象對頭腦中已有表象進行加工創(chuàng)造新形象的思維過程，是一種創(chuàng)造性過程。(3) 靈感思維（頓悟思維）：在長期的研究探索中而尚未解決問題，因某種偶然因素激發(fā)而豁然開朗，得到突然性的頓悟的思維活動。靈感思維的特點是突發(fā)性和偶然性，獨創(chuàng)性和模糊性。3. 形式邏輯 形式邏輯是研究人們思維形式的結(jié)構(gòu)及思維的基本規(guī)律的科

6、學?；疽?guī)律包括同一律，矛盾律，排中律。(1) 同一律：思維確定性表現(xiàn)為概念判斷的自身統(tǒng)，即思想統(tǒng)一性；(2) 矛盾律：思維確定性表現(xiàn)為概念或判斷的內(nèi)容前后一貫，不自相矛盾；(3) 排中律：兩個矛盾的思想之間要做出抉擇，排出中間的可能性。思維形式即為概念、判斷和推理(1) 概念：對客觀事物本質(zhì)屬性加以反映的思維形式(2) 判斷： 概念與概念的聯(lián)合稱為判斷。其基本特征是：判斷對象具有或不具有某種屬性（肯定或否定）；判斷情況符合事實為真，不符合事實為假(3) 推理： 推理是判斷與判斷的聯(lián)合。根據(jù)一個或多個判斷（前提）就得到一個新判斷（結(jié)論）的思維方式，稱為推理。常見的推理幾種形式簡表直接推理從一個

7、前提推出的結(jié)論間接推理從兩個或多個前提推出結(jié)論演繹推理以一般原理原則為前提推出特殊場合作為結(jié)論歸納推理從若干特殊場合為前提推出一個一般原理為結(jié)論類比推理由特殊判斷為前提推出另一個特殊的判斷為結(jié)論模態(tài)推理最少有一個前提是模態(tài)判斷的推理（模態(tài)判斷是指對事物性質(zhì)加以判定的判斷）4. 邏輯的類型 形式邏輯從抽象同一性出發(fā)研究的思維形式（相對穩(wěn)定）。 辯證邏輯從具體同一性出發(fā)，把思維形式看作對立統(tǒng)一矛盾運動和轉(zhuǎn)化的范疇（基本規(guī)律：對立統(tǒng)一、質(zhì)量互變、否定之否定）。 數(shù)理邏輯又稱符號邏輯，源于形式邏輯，用數(shù)學方法研究推理證明等數(shù)學問題的邏輯，主要內(nèi)容：命題、謂詞、遞歸、證明、集合論、模糊論等。 模糊邏輯將

8、二值邏輯0,1擴展到0,1。 可拓邏輯將辯證邏輯與形式邏輯相結(jié)合，即將0,1推廣到-，。5. 智能模擬的基礎(chǔ)(1) 神經(jīng)基礎(chǔ)1981年諾貝爾獎獲得者斯佩里對裂腦人的實驗證明如下事實：大腦左半球同抽象思維、象征性關(guān)系和對象細節(jié)的邏輯有關(guān)，主要功能是邏輯分析，表現(xiàn)為順序的、分析的、語言的、局部的線性等特點。大腦右半球與直覺、知覺和空間有關(guān)，具有形象思維特點，表現(xiàn)為并行的、綜合的、視覺的、非詞語總體、主體等特點。兩半球通過胼胝體聯(lián)系。(2) 科學基礎(chǔ)： 神經(jīng)生理學、思維科學、控制論、計算機科學等發(fā)展為揭示人腦奧秘創(chuàng)造條件。(3) 哲學基礎(chǔ)： 大腦是物質(zhì)，物質(zhì)是運動的，運動是有規(guī)律的，可借助物質(zhì)的運動

9、模擬腦的功能。(4) 智能模擬的基本途徑 符合主義（基于邏輯推理）把人類思維邏輯加以形式化，實質(zhì)是模擬人的邏輯思維，是實現(xiàn)模擬人腦左半球的功能。 聯(lián)接主義（基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）從大腦神經(jīng)系統(tǒng)構(gòu)造和功能出發(fā)，把人的智能歸結(jié)為大腦神經(jīng)系統(tǒng)中大量神經(jīng)細胞復雜聯(lián)接后并行運行的結(jié)果，起到模擬人腦右半球形象思維的功能。 行為主義人與環(huán)境的交互作用，體現(xiàn)在人的思維與感知行動的直覺關(guān)系，從研究思維與行為的交互關(guān)系模擬智能的方法(5) 智能模擬中的方法論 結(jié)構(gòu)主義：任何事物都有一定結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)決定了事物性質(zhì)及功能，模擬其功能從模擬其結(jié)構(gòu)出發(fā)（適用于簡單機械運動，物理運動低層次運動）。 行為主義：把復雜系統(tǒng)看作黑箱，從模擬功能入手 演繹主義： 演繹是由一般原理原則推出特殊情況下的結(jié)論，推理方法使用形式化方法有助于演繹。 信息方法：思維的本質(zhì)是信息處理過程，特別適于高級復雜系統(tǒng)，如生命、社會、經(jīng)濟等系統(tǒng)