第五章專家控制系統(tǒng)

1、第五章 專家控制系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容介紹了專家系統(tǒng)和專家控制系統(tǒng)的定義、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和類型;并結(jié)合實(shí)例簡(jiǎn)要介紹了專家規(guī)劃器的結(jié)構(gòu)和機(jī)理、實(shí)時(shí)專家控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法。教學(xué)重點(diǎn)專家系統(tǒng)和專家控制系統(tǒng)的定義、特點(diǎn)、類型、結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)原則和技巧。教學(xué)難點(diǎn)專家系統(tǒng)和專家控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)原則和技巧。教學(xué)方法課堂教學(xué)為主。適當(dāng)提問,加深學(xué)生對(duì)基本原理和概念以及各個(gè)系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)的理解。教學(xué)要求重點(diǎn)掌握專家系統(tǒng)和專家控制系統(tǒng)的基本概念、結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)原則和技巧,了解新型專家系統(tǒng)的一些概念和類型,了解專家規(guī)劃器的結(jié)構(gòu)和機(jī)理、實(shí)時(shí)專家控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法5.1 專家系統(tǒng)概述教學(xué)內(nèi)容本小節(jié)討論專家系統(tǒng)的一些基本概念,介

2、紹專家系統(tǒng)的定義、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和類型建造專家系統(tǒng)的步驟和設(shè)計(jì)技巧,并簡(jiǎn)單介紹了新型專家系統(tǒng)。本小節(jié)內(nèi)容是本章的一個(gè)重點(diǎn) , 是深入學(xué)習(xí)討論專家系統(tǒng)的基礎(chǔ)。教學(xué)重點(diǎn)專家系統(tǒng)的定義、一般特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)和類型、構(gòu)件步驟和設(shè)計(jì)技巧。教學(xué)難點(diǎn)專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、類型、構(gòu)件步驟和設(shè)計(jì)技巧。教學(xué)方法主要通過課堂教學(xué),講解各種基本概念、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、構(gòu)件步驟和設(shè)計(jì)技巧 ,分析各類專家系統(tǒng)的任務(wù)、特點(diǎn)并舉例說明。教學(xué)要求重點(diǎn)掌握專家系統(tǒng)的定義與基本結(jié)構(gòu),掌握專家系統(tǒng)的構(gòu)件步驟和設(shè)計(jì)技巧,了解新型專家系統(tǒng)的類型。1 .定義專家系統(tǒng)是一個(gè)含有大量的某個(gè)領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R(shí)與經(jīng)驗(yàn)的智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng),能夠利用人類專家的知識(shí)和解決問題

3、的方法來處理該領(lǐng)域的高水平難題。簡(jiǎn)而言之,專家系統(tǒng)是一種模擬人類專家解決領(lǐng)域問題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。2 .專家系統(tǒng)的特點(diǎn)(1) 啟發(fā)性專家系統(tǒng)能運(yùn)用專家的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理、判斷和決策。(2) 透明性專家系統(tǒng)能夠解釋本身的推理過程和回答用戶提出的問題,以便讓用戶能夠了解推理過程增大對(duì)專家系統(tǒng)的信賴感。(3) 靈活性專家系統(tǒng)能不斷地增加知識(shí),修改原有知識(shí),不斷更新。(4) 符號(hào)操作專家系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)符號(hào)處理和符號(hào)操作(運(yùn)算),使用符號(hào)表示知識(shí),用符號(hào)集合表示問題的概o(5)不確定性推理專家系統(tǒng)能夠綜合應(yīng)用模糊和不確定的信息與知識(shí)，進(jìn)行推理。(5) 家系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)具體地說，包括下列八個(gè)方面：(1)專家系統(tǒng)能

4、夠高效率、準(zhǔn)確、周到、迅速和不知疲倦地進(jìn)行工作。(2)專家系統(tǒng)解決實(shí)際問題時(shí)不受周圍環(huán)境的影響，也不可能遺漏忘記。(3)可以使專家的專長(zhǎng)不受時(shí)間和空間的限制，以便推廣珍貴和稀缺的專家知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)。(4)專家系統(tǒng)能促進(jìn)各領(lǐng)域的發(fā)展。(5)專家系統(tǒng)能匯集多領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)以及他們協(xié)作解決重大問題的能力。(6)軍事專家系統(tǒng)的水平是一個(gè)國家國防現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一。(7)專家系統(tǒng)的研制和應(yīng)用，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。(8)研究專家系統(tǒng)能夠促進(jìn)整個(gè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。(6) .1專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和類型1 .專家系統(tǒng)的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)是一個(gè)含有大量的某個(gè)領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R(shí)與經(jīng)驗(yàn)的智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，能夠

5、利用人類專家的知識(shí)和解決問題的方法來處理該領(lǐng)域的高水平難題。簡(jiǎn)而言之，專家系統(tǒng)是一種模擬人類專家解決領(lǐng)域問題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。圖5.1表示專家系統(tǒng)的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)圖。圖5.1專家系統(tǒng)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)圖2 .理想專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)理想專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖5.2所示。由于每個(gè)專家系統(tǒng)所需要完成的任務(wù)和特點(diǎn)不相同其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也不盡相同，一般只具有圖中部分模塊。圖5.2理想專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖接口是人與系統(tǒng)進(jìn)行信息交流的媒介，它為用戶提供了直觀方便的交互作用手段。黑板是用來記錄系統(tǒng)推理過程中用到的控制信息、中間假設(shè)和中間結(jié)果的數(shù)據(jù)庫。它包括計(jì)劃、議程和中間解三部分。知識(shí)庫包括兩部分內(nèi)容。一部分是已知的同當(dāng)前問題有關(guān)的數(shù)據(jù)信息；

6、另一部分是進(jìn)行推理時(shí)要用到的一般知識(shí)和領(lǐng)域知識(shí)。調(diào)度器按照系統(tǒng)建造者所給的控制知識(shí)，從議程中選擇一個(gè)項(xiàng)作為系統(tǒng)下一步要執(zhí)行的動(dòng)作。執(zhí)行器應(yīng)用知識(shí)庫中的及黑板中記錄的信息，執(zhí)行調(diào)度器所選定的動(dòng)作。協(xié)調(diào)器的主要作用就是當(dāng)?shù)玫叫聰?shù)據(jù)或新假設(shè)時(shí)，對(duì)已得到的結(jié)果進(jìn)行修正，以保持結(jié)果前后的一致性。解釋器的功能是向用戶解釋系統(tǒng)的行為，包括解釋結(jié)論的正確性及系統(tǒng)輸出其它候選解的原因。提問已學(xué)過的知識(shí)表示的方法有那些 ？3 .一般應(yīng)用程序與專家系統(tǒng)的區(qū)別一般應(yīng)用程序與專家系統(tǒng)的區(qū)別在于：前者把問題求解的知識(shí)隱含地編入程序，而后者則把其應(yīng)用領(lǐng)域的問題求解知識(shí)單獨(dú)組成一個(gè)實(shí)體，即為知識(shí)庫。知識(shí)庫的處理是通過與知識(shí)庫

7、分開的控制策略進(jìn)行的。更明確地說，一般應(yīng)用程序把知識(shí)組織為兩級(jí)：數(shù)據(jù)級(jí)和程序級(jí)；大多 數(shù)專家系統(tǒng)則將知識(shí)組織成三級(jí)；數(shù)據(jù)、知識(shí)庫和控制。提問1.專家系統(tǒng)的定義？2.專家系統(tǒng)程序與常規(guī)的應(yīng)用程序之間有何不同呢？4 .專家系統(tǒng)的主要組成部分如下：(1)知識(shí)庫(knowledge base)知識(shí)庫用于存儲(chǔ)某領(lǐng)域?qū)＜蚁到y(tǒng)的專門知識(shí)，包括事實(shí)、可行操作與規(guī)則等。(2)綜合數(shù)據(jù)庫(global database)綜合數(shù)據(jù)庫又稱全局?jǐn)?shù)據(jù)庫或總數(shù)據(jù)庫，它用于存儲(chǔ)領(lǐng)域或問題的初始數(shù)據(jù)和推理過程中得到的中間數(shù)據(jù)(信息，即被處理對(duì)象的一些當(dāng)前事實(shí)。(3)推理機(jī)(reasoning machine)推理機(jī)用于記憶所采

8、用的規(guī)則和控制策略的程序,使整個(gè)專家系統(tǒng)能夠以邏輯方式協(xié)調(diào)地工作。推理機(jī)能夠根據(jù)知識(shí)進(jìn)行推理和導(dǎo)出結(jié)論,而不是簡(jiǎn)單地搜索現(xiàn)成的答案。(4) 解釋器 (explainator)解釋器能夠向用戶解釋專家系統(tǒng)的行為,包括解釋推理結(jié)論的正確性以及系統(tǒng)輸出其它候選解的原因。(5) 接口 (interface)接口又稱界面,它能夠使系統(tǒng)與用戶進(jìn)行對(duì)話,使用戶能夠輸入必要的數(shù)據(jù)、提出問題和了解推理過程及推理結(jié)果等。系統(tǒng)則通過接口,要求用戶回答提問,并回答用戶提出的問題,進(jìn)行必要的解釋。5.專家系統(tǒng)的類型(1) 解釋專家系統(tǒng)任務(wù) 通過對(duì)已知信息和數(shù)據(jù)的分析與解釋,確定它們的涵義。特點(diǎn) 數(shù)據(jù)量很大,常不準(zhǔn)確、有

9、錯(cuò)誤、 不完全能從不完全的信息中得出解釋,并能對(duì)數(shù)據(jù)做出某些假設(shè),推理過程可能很復(fù)雜和很長(zhǎng)。(2) 預(yù)測(cè)專家系統(tǒng)任務(wù) 通過對(duì)過去和現(xiàn)在已知狀況的分析,推斷未來可能發(fā)生的情況。特點(diǎn) 系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化,且可能是不準(zhǔn)確和不完全,系統(tǒng)需要有適應(yīng)時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)模型。(3) 診斷專家系統(tǒng)任務(wù) 根據(jù)觀察到的情況(數(shù)據(jù))來推斷出某個(gè)對(duì)象機(jī)能失常(即故障)的原因。特點(diǎn) 能夠了解被診斷對(duì)象或客體各組成部分的特性以及它們之間的聯(lián)系,能夠區(qū)分一種現(xiàn)象及其所掩蓋的另一種現(xiàn)象,能夠向用戶提出測(cè)量的數(shù)據(jù),并從不確切信息中得出盡可能正確的診斷。(4) 設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)任務(wù) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求,求出滿足設(shè)計(jì)問題約束的目標(biāo)配置。特

10、點(diǎn) 從多種約束中得到符合要求的設(shè)計(jì);系統(tǒng)需要檢索較大的可能解空間;能試驗(yàn)性地構(gòu)造出可能設(shè)計(jì); 易于修改;能夠使用已有設(shè)計(jì)來解釋當(dāng)前新的設(shè)計(jì)。(5) 規(guī)劃專家系統(tǒng)任務(wù)尋找出某個(gè)能夠達(dá)到給定目標(biāo)的動(dòng)作序列或步驟。特點(diǎn)所要規(guī)劃的目標(biāo)可能是動(dòng)態(tài)的或靜態(tài)的,需要對(duì)未來動(dòng)作做出預(yù)測(cè),所涉及的問題可能很復(fù)雜。(6) 監(jiān)視專家系統(tǒng)任務(wù) 對(duì)系統(tǒng)、對(duì)象或過程的行為進(jìn)行不斷觀察,并把觀察到的行為與其應(yīng)當(dāng)具有的行為進(jìn)行比較,以發(fā)現(xiàn)異常情況,發(fā)出警報(bào)。特點(diǎn) 系統(tǒng)具有快速反應(yīng)能力,發(fā)出的警報(bào)要有很高的準(zhǔn)確性,能夠動(dòng)態(tài)地處理其輸入信息。(7) 控制專家系統(tǒng)任務(wù)自適應(yīng)地管理一個(gè)受控對(duì)象或客體的全面行為,使之滿足預(yù)期要求。特點(diǎn)

11、控制專家系統(tǒng)具有解釋、預(yù)報(bào)、診斷、規(guī)劃和執(zhí)行等多種功能。(8) 調(diào)試專家系統(tǒng)任務(wù)對(duì)失靈的對(duì)象給出處理意見和方法。特點(diǎn)同時(shí)具有規(guī)劃、設(shè)計(jì)、預(yù)報(bào)和診斷等專家系統(tǒng)的功能。(9) 教學(xué)專家系統(tǒng)任務(wù)根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)、弱點(diǎn)和基礎(chǔ)知識(shí) ,以最適當(dāng)?shù)慕贪负徒虒W(xué)方法對(duì)學(xué)生進(jìn)行教學(xué)和輔導(dǎo)。特點(diǎn) 同時(shí)具有診斷和調(diào)試等功能；具有良好的人機(jī)界面。(10)修理專家系統(tǒng)任務(wù) 對(duì)發(fā)生故P的對(duì)象(系統(tǒng)或設(shè)備)進(jìn)行處理，使其恢復(fù)正常工作。特點(diǎn) 具有診斷、調(diào)試、計(jì)劃和執(zhí)行等功能。5.1.2建造專家系統(tǒng)的步驟與設(shè)計(jì)技巧1 .建造專家系統(tǒng)的步驟(1)設(shè)計(jì)初始知識(shí)庫，包括：?jiǎn)栴}知識(shí)化，即辨別所研究問題的實(shí)質(zhì)，如要解決的任務(wù)是什么，它是如何

12、定義的，可否把它 分解為子問題或子任務(wù)，它包含哪些典型數(shù)據(jù)等。知識(shí)概念化，即概括知識(shí)表示所需要的關(guān)鍵概念及其關(guān)系，如數(shù)據(jù)類型、已知條件(狀態(tài))和目標(biāo)(狀態(tài))、提出的假設(shè)以及控制策略等。概念形式化，即確定用來組織知識(shí)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)用人工智能中各種知識(shí)表示方法把與 概念化過程有關(guān)的關(guān)鍵概念、子問題及信息流特性等變換為比較正式的表達(dá)。形式規(guī)則化，即編制規(guī)則、把形式化了的知識(shí)變換為由編程語言表示的可供計(jì)算機(jī)執(zhí)行的語句和程序。規(guī)則合法化，即確認(rèn)規(guī)則化了知識(shí)的合理性 ，檢驗(yàn)規(guī)則的有效性。(2)原型機(jī)的開發(fā)與試驗(yàn)在選定知識(shí)表達(dá)方法之后，即可著手建立整個(gè)系統(tǒng)所需要的實(shí)驗(yàn)子集，它包括整個(gè)模型的典型知識(shí)，而且

13、只涉及與試驗(yàn)有關(guān)的足夠簡(jiǎn)單的任務(wù)和推理過程。(3)知識(shí)庫的改進(jìn)與歸納反復(fù)對(duì)知識(shí)庫及推理規(guī)則進(jìn)行改進(jìn)試驗(yàn)，歸納出更完善的結(jié)果。經(jīng)過相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間(例如數(shù)月至二、三年)的努力，使系統(tǒng)在一定范圍內(nèi)達(dá)到人類專家的水平。再設(shè)計(jì)圖5.3建造專家系統(tǒng)的步驟2 .專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技巧設(shè)計(jì)系統(tǒng)有一些對(duì)指導(dǎo)建立初始的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)有用的準(zhǔn)則。這些準(zhǔn)則有：(1)設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，首先集中精力研究一小部分假設(shè)，以及隨之的觀測(cè)或觀察。(2)挑選那些最有利于區(qū)別各個(gè)假設(shè)的觀測(cè)。(3)在很多，f#況下，為得到許多所需的結(jié)論，可以有許多方式來組合觀測(cè)。(4)把那些并不具有很強(qiáng)的預(yù)測(cè)或區(qū)別能力的觀測(cè)組合起來，以便通過觀測(cè)或結(jié)論之間的依賴關(guān)系來改

14、善這些觀測(cè)的區(qū)別能力。(5) 建立中間假設(shè)。(6) 以各種事例來試驗(yàn)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。5.1.3 新型專家系統(tǒng)1 .新型專家系統(tǒng)的特征(1) 并行技術(shù)與分布處理。(2) 多專家系統(tǒng)協(xié)同工作。(3) 高級(jí)語言和知識(shí)語言描述。(4) 具有自學(xué)習(xí)功能。(5) 引入新的推理機(jī)制。(6) 具有自糾錯(cuò)和自完善能力。(7) 先進(jìn)的智能人機(jī)接口。2 .兩種新型專家系統(tǒng)(1) 分布式專家系統(tǒng)這種專家系統(tǒng)具有分布處理的特征,其主要目的在于把一個(gè)專家系統(tǒng)的功能經(jīng)分解以后分布到多個(gè)處理器上去并行地工作,從而在總體上提高系統(tǒng)的處理效率。它可以工作在緊耦合的多處理器系統(tǒng)環(huán)境中,也可工作在松耦合的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境(例如某種局部網(wǎng)

15、環(huán)境)里 ,所以其總體結(jié)構(gòu)在很大程度上依賴于其所處的硬件環(huán)境。(2) 協(xié)同式專家系統(tǒng)一般專家系統(tǒng)解題的領(lǐng)域面很窄單個(gè)專家系統(tǒng)的應(yīng)用局限性很大,很難獲得滿意的應(yīng)用。協(xié)同式多專家系統(tǒng)是克服一般專家系統(tǒng)的局限性的一個(gè)重要途徑。協(xié)同式多專家系統(tǒng)亦可稱“群專家系統(tǒng)”, 表示能綜合若干個(gè)相近領(lǐng)域的或一個(gè)領(lǐng)域的多個(gè)方面的子專家系統(tǒng)互相協(xié)作共同解決一個(gè)更廣領(lǐng)域問題的專家系統(tǒng)。協(xié)同式專家系統(tǒng)更強(qiáng)調(diào)子系統(tǒng)之間的協(xié)同合作,而不著重于處理的分布和知識(shí)的分布。思考 與分布式專家系統(tǒng)的區(qū)別5.2 專家控制系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容介紹了專家控制系統(tǒng)的定義、結(jié)構(gòu)、 類型; 專家控制系統(tǒng)的控制要求與設(shè)計(jì)原則。教學(xué)重點(diǎn)專家控制系統(tǒng)的定義、結(jié)

16、構(gòu)、專家控制系統(tǒng)的控制要求與設(shè)計(jì)原則。教學(xué)難點(diǎn)專家控制系統(tǒng)的控制要求與設(shè)計(jì)原則。教學(xué)方法課堂教學(xué),實(shí)例講解。教學(xué)要求重點(diǎn)掌握專家控制系統(tǒng)的基本概念、結(jié)構(gòu)、控制要求與設(shè)計(jì)原則。定義 5.2 應(yīng)用專家系統(tǒng)概念和技術(shù),模擬人類專家的控制知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)而建造的控制系統(tǒng),稱為專家控制系統(tǒng)。專家系統(tǒng)與專家控制系統(tǒng)之間有一些重要的差別:(1) 專家系統(tǒng)只對(duì)專門領(lǐng)域的問題完成咨詢作用,協(xié)助用戶進(jìn)行工作。專家系統(tǒng)的推理是以知識(shí)為基礎(chǔ)的,其推理結(jié)果為知識(shí)項(xiàng)、新知識(shí)項(xiàng)或?qū)υR(shí)項(xiàng)的變更知識(shí)項(xiàng)。然而,專家控制系統(tǒng)需要獨(dú)立和自動(dòng)地對(duì)控制作用做出決策,其推理結(jié)果可為變更的知識(shí)項(xiàng),或且為啟動(dòng)(執(zhí)行 ) 某些解析算法。(2) 專

17、家系統(tǒng)通常以離線方式工作,而專家控制系統(tǒng)需要獲取在線動(dòng)態(tài)信息,并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。專家控制源于自動(dòng)控制領(lǐng)域,按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性可把專家控制分為兩種形式,即專家控制系統(tǒng)和專家控制器(expert controller) 。提問1.專家控制系統(tǒng)的定義。2 .專家控制的理論基礎(chǔ)是什么?3 .專家控制系統(tǒng)和專家控制的差別?5.2.1 專家控制系統(tǒng)的控制要求與設(shè)計(jì)原則1 .專家控制系統(tǒng)的控制要求一般說來,對(duì)專家控制系統(tǒng)沒有統(tǒng)一的和固定的要求,這種要求是由具體應(yīng)用決定的。不過 ,我們可以對(duì)專家控制系統(tǒng)提出一些綜合要求:(1) 運(yùn)行可靠性高對(duì)于某些特別的裝置或系統(tǒng),如果不采用專家控制器來取代常規(guī)控制器,

18、那么,整個(gè)控制系統(tǒng)將變得非常復(fù)雜,尤其是其硬件結(jié)構(gòu)。其結(jié)果使系統(tǒng)的可靠性大為下降。因此,對(duì)專家控制器提出較高的運(yùn)行可靠性要求。它通常具有方便的監(jiān)控能力。(2) 決策能力強(qiáng)大多數(shù)專家控制系統(tǒng)要求具有不同水平的決策能力。專家控制系統(tǒng)能夠處理不確定性、不完全性和不精確性之類的問題,這些問題難以用常規(guī)控制方法解決。(3) 應(yīng)用通用性好應(yīng)用的通用性包括易于開發(fā)、示例多樣性、便于混合知識(shí)表示、全局?jǐn)?shù)據(jù)庫的活動(dòng)維數(shù)、基本硬件的機(jī)動(dòng)性、多種推理機(jī)制(如假想推理、非單調(diào)推理和近似推理)以及開放式的可擴(kuò)充結(jié)構(gòu)等。(4) 控制與處理的靈活性這個(gè)原則包括控制策略的靈活性、數(shù)據(jù)管理的靈活性、經(jīng)驗(yàn)表示的靈活性、解釋說明的

19、靈活性、模式匹配的靈活性以及過程連接的靈活性等。(5) 擬人能力專家控制系統(tǒng)的控制水平必須達(dá)到人類專家的水準(zhǔn)。2 .專家控制器的設(shè)計(jì)原則(1) 模型描述的多樣性所謂模型描述的多樣性原則是指在設(shè)計(jì)過程中,對(duì)被控對(duì)象和控制器的模型應(yīng)采用多樣化的描述形式,不應(yīng)拘泥于單純的解析模型。這些描述形式主要有:解析模型離散事件模型模糊模型規(guī)則模型基于模型的模型(2) 在線處理的靈巧性在設(shè)計(jì)專家式控制器時(shí)應(yīng)注意對(duì)過程在線信息的處理與利用,靈活地處理與利用在線信息將提高系統(tǒng)的信息處理能力和決策水平。(3) 控制策略的靈活性工業(yè)對(duì)象本身的時(shí)變性與不確定性以及現(xiàn)場(chǎng)干擾的隨機(jī)性,要求控制器采用不同形式的開環(huán)與閉環(huán)控制策

20、略，并能通過在線獲取的信息靈活地修改控制策略或控制參數(shù)，以保證獲得優(yōu)良的控制品質(zhì)。(4)決策機(jī)構(gòu)的遞階性控制器的設(shè)計(jì)要體現(xiàn)分層遞階的原則，即根據(jù)智能水平的不同層次構(gòu)成分級(jí)遞階的決策機(jī)構(gòu)。(5)推理與決策的實(shí)時(shí)性知識(shí)庫的規(guī)模不宜過大，推理機(jī)構(gòu)應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單，以滿足工業(yè)過程的實(shí)時(shí)性要求。5.2.2 專家控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)專家控制系統(tǒng)因應(yīng)用場(chǎng)合和控制要求的不同，其結(jié)構(gòu)也可能不一樣。然而，幾乎所有的專家控制系統(tǒng)(控制器)都包含知識(shí)庫、推理機(jī)、控制規(guī)則集和/或控制算法等。提問專家控制系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu) ？5.2.3 專家控制系統(tǒng)的類型根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性把專家控制系統(tǒng)分為兩種形式，即專家控制系統(tǒng)和專家控制器。專家

21、控制器有時(shí)又稱為基于知識(shí)控制器。以基于知識(shí)控制器在整個(gè)系統(tǒng)中的作用為基礎(chǔ)，可把專家控制系統(tǒng)分為直接專家控制系統(tǒng)和間接專家控制系統(tǒng)兩種。在直接專家控制系統(tǒng)中控制器向系統(tǒng)提供控制信號(hào)，并直接對(duì)受過程產(chǎn)生作用，如圖5.7(a)所示。圖5.5所示系統(tǒng)是直 接專家控制系統(tǒng)的一個(gè)例子。在間接專家控制系統(tǒng)中，控制器間接地對(duì)受控過程產(chǎn)生作用，如圖5.7(b)所示。間接專家控制系統(tǒng)又可稱為監(jiān)控式專家控制系統(tǒng)或參數(shù)自適應(yīng)控制系統(tǒng)。C s)直接營泰柱制系統(tǒng)Cb)間摟專霹笠荒系為圖5.7兩種專家控制系統(tǒng)上述兩種控制系統(tǒng)的主要區(qū)別是在知識(shí)的設(shè)計(jì)目標(biāo)上。提問根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性把專家控制系統(tǒng)分為兩種形式？?jī)烧哂惺裁磪^(qū)別5

22、.3專家規(guī)劃器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)索教學(xué)內(nèi)容專家規(guī)劃器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和規(guī)劃?rùn)C(jī)理；任務(wù)級(jí)機(jī)器人規(guī)劃三要素。教學(xué)重點(diǎn)專家規(guī)劃器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和規(guī)劃?rùn)C(jī)理。教學(xué)難點(diǎn)專家規(guī)劃器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。教學(xué)方法課堂教學(xué)為主，利用示例系統(tǒng)加深理解。教學(xué)要求掌握規(guī)劃系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和機(jī)理，了解任務(wù)級(jí)機(jī)器人規(guī)劃三要素。5.3.1 專家控制系統(tǒng)的類型1 .系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及規(guī)劃?rùn)C(jī)理基于規(guī)劃的機(jī)器人規(guī)劃專家系統(tǒng)由5 個(gè)部分組成:(1) 知識(shí)庫。用于存儲(chǔ)某些特定領(lǐng)域的專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),包括機(jī)器人工作環(huán)境的世界模型、初始狀態(tài)、物體描述等事實(shí)和可行操作或規(guī)則等。(2) 控制策略。它包含綜合機(jī)理,確定系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)應(yīng)用什么規(guī)則以及采取什么方式去尋找該規(guī)則。(3) 推理機(jī)。用于記憶

23、所采用的規(guī)則和控制策略及推理策略。(4) 知識(shí)獲取。首先獲取某特定域的專家知識(shí)。然后用程序設(shè)計(jì)語言(如PROLOG 和 LISP等 ) 把這些知識(shí)變換為計(jì)算機(jī)程序。最后把它們存入知識(shí)庫待用。(5) 解釋與說明。通過用戶接口,在專家系統(tǒng)與用戶之間進(jìn)行交互作用(對(duì)話),從而使用戶能夠輸入數(shù)據(jù)、提出問題、知道推理結(jié)果以及了解推理過程等。此外,要建立專家系統(tǒng),還需要有一定的工具,包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)和程序設(shè)計(jì)語言以及其它支援軟件和硬件。提問 機(jī)器人規(guī)劃專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有哪些2 .任務(wù)級(jí)機(jī)器人規(guī)劃三要素任務(wù)規(guī)劃是機(jī)器人高層規(guī)劃最重要的一個(gè)方面,它包含下列3 個(gè)要素 :(1) 建立模型。建立機(jī)器人

24、工作環(huán)境的世界模型。此外,還必須為每個(gè)新任務(wù)提供其它物體的幾何、運(yùn)動(dòng)和物理模型。(2) 任務(wù)說明。由機(jī)器人工作環(huán)境內(nèi)各物體的相對(duì)位置來定義模型狀態(tài),并由狀態(tài)的變換次序來規(guī)定任務(wù)。(3) 程序綜合。任務(wù)級(jí)機(jī)器人規(guī)劃的最后一步是綜合機(jī)械手的程序5.4 實(shí)時(shí)專家控制系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的定義、設(shè)計(jì)特點(diǎn)與要求。教學(xué)重點(diǎn)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)與要求。教學(xué)難點(diǎn)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)與要求。教學(xué)方法課堂教學(xué)為主,結(jié)合例子來說明抽象概念 ,設(shè)計(jì)方法。教學(xué)要求掌握實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的定義、設(shè)計(jì)特點(diǎn)與要求。5.4.1 實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)與要求定義 5.3 如果一個(gè)控制系統(tǒng):(1) 對(duì)受控過程表現(xiàn)出預(yù)定的足夠快的實(shí)時(shí)行為;(2) 具有嚴(yán)格的響應(yīng)時(shí)間限制而與所用算法無關(guān);那么這種