智能控制課程考試試題B參考答案

1、智能控制課程考試試題 B參考答案一、填空題(1)高級(jí)機(jī)器人(2)智能規(guī)劃與調(diào)度(3)自動(dòng)制造系統(tǒng)(4)故障檢測(cè)與診斷(5)小深(Deep Junior)(6)卡斯帕洛夫(Kasparov) (7)硬件(8)軟件(9)智能(10)智能化(11)選擇模糊控制器的結(jié)構(gòu)(12)選取模糊控制規(guī)則(13)確定模糊化的解模糊策略，制定控制表(14)確定模糊控制器的參數(shù)(15)傅京孫(16)薩里迪斯(17)蔡自興(18)生物的進(jìn)化機(jī)制(19)進(jìn)化計(jì)算(20)反饋機(jī)制二、選擇題1、C 2、A 3、A 4、C 5、D6、 D 7、 B 8、 C 9、 A 10、 C三、I可答題1、答:在研究了智能控制的二元、三元

2、結(jié)構(gòu)理論、知識(shí)、信息和智能的定義以及各相關(guān)學(xué)科的關(guān)系之后。蔡自興教授提出了四元智能控制結(jié)構(gòu)，把智能控制看作是自動(dòng)控制、人工智能、信息論和運(yùn)籌學(xué)四個(gè)學(xué)科的交集，如圖1所示，其關(guān)系可用下式來(lái)描述。ic = ai n ct n it n or TOC o 1-5 h z 把信息論作為智能控制結(jié)構(gòu)的一個(gè)子集是基于下列理由的：(1)信息論是解釋知識(shí)和智能的一種手段；(2)控制論、系統(tǒng)論和信息論是緊密相互作用的；(3)信息論已成為控制智能機(jī)器的工具；(4)信息婿成為智能控制的測(cè)度；(5)信息論參與智能控制的全過(guò)程，并對(duì)執(zhí)行級(jí)起到核心作用。2、答:傳統(tǒng)控制理論在應(yīng)用中面臨的難題包括：(1)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3、與分析是建立在精確的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的，而實(shí)際系統(tǒng)由于存在復(fù)雜性、非線性、時(shí)變性、不確定性和不完全性等，一般無(wú)法獲得精確的數(shù)學(xué)模型。(2)研究這類系統(tǒng)時(shí)，必須提出并遵循一些比較苛刻的假設(shè)，而這些假設(shè)在應(yīng)用中往往與實(shí)際不相吻合。(3)對(duì)于某些復(fù)雜的和包含不確定性的對(duì)象，根本無(wú)法以傳統(tǒng)數(shù)學(xué)模型來(lái)表示，即無(wú)法解決建模問(wèn)題。(4)為了提高性能，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)可能變得很復(fù)雜，從而增加了設(shè)備的初投資和維修費(fèi)用，降低系統(tǒng)的可靠性。傳統(tǒng)控制理論在應(yīng)用中面臨的難題的解決，不僅需要發(fā)展控制理論與方法，而且需要開(kāi)發(fā)與應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程的最新成果。人工智能的產(chǎn)生和發(fā)展正在為自動(dòng)控制系統(tǒng)的智能化提供有力支持。人工智能

4、影響 了許多具有不同背景的學(xué)科，它的發(fā)展已促進(jìn)自動(dòng)控制向著更高的水平一智能控制發(fā)展。智能控制具有下列特點(diǎn)：(1)同時(shí)具有以知識(shí)表示的非數(shù)學(xué)廣義模型和以數(shù)學(xué)模型(含計(jì)算智能模型與算法)表示的混合控制過(guò)程也往往是那些含有復(fù)雜性、不完全性、模糊性或不確定性以及不存在已知算法的過(guò)程，并以知識(shí)進(jìn)行推理以啟發(fā)式策略和智能算法來(lái)引導(dǎo)求解過(guò)程。(2)智能控制的核心在高層控制，即組織級(jí)。高層控制的任務(wù)在于對(duì)實(shí)際環(huán)境或過(guò)程進(jìn)行組織，即決策和規(guī)劃,實(shí)現(xiàn)廣義問(wèn)題求解。(3)智能控制是一門邊緣交叉學(xué)科。實(shí)際上，智能控制涉及更多的相關(guān)學(xué)科。智能控制的發(fā)展需要各相關(guān)學(xué)科的配合與支援，同時(shí)也要求智能控制工程師是個(gè)知識(shí)工程師。

5、(4)智能控制是一個(gè)新興的研究領(lǐng)域。無(wú)論在理論上或?qū)嵺`上它都還很不成熟、很不完善，需要進(jìn)一步探索與開(kāi)發(fā)。3、答:傳統(tǒng)控制理論在應(yīng)用中面臨的難題包括：(1)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析是建立在精確的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的，而實(shí)際系統(tǒng)由于存在復(fù)雜性、非線性、時(shí)變性、不確定性和不完全性等，一般無(wú)法獲得精確的數(shù)學(xué)模型。(2)研究這類系統(tǒng)時(shí)，必須提出并遵循一些比較苛刻的假設(shè) ，而這些假設(shè)在應(yīng)用中往往與實(shí)際不相吻合。(3)對(duì)于某些復(fù)雜的和包含不確定性的對(duì)象，根本無(wú)法以傳統(tǒng)數(shù)學(xué)模型來(lái)表示，即無(wú)法解決建模問(wèn)題。(4)為了提高性能，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)可能變得很復(fù)雜，從而增加了設(shè)備的初投資和維修費(fèi)用，降低系統(tǒng)的可靠性。傳統(tǒng)控

6、制理論在應(yīng)用中面臨的難題的解決，不僅需要發(fā)展控制理論與方法，而且需要開(kāi)發(fā)與應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程的最新成果。人工智能的產(chǎn)生和發(fā)展正在為自動(dòng)控制系統(tǒng)的智能化提供有力支持。人工智能影響 了許多具有不同背景的學(xué)科，它的發(fā)展已促進(jìn)自動(dòng)控制向著更高的水平一智能控制發(fā)展。智能控制具有下列特點(diǎn)：(1)同時(shí)具有以知識(shí)表示的非數(shù)學(xué)廣義模型和以數(shù)學(xué)模型(含計(jì)算智能模型與算法)表示的混合控制過(guò)程也往往是那些含有復(fù)雜性、不完全性、模糊性或不確定性以及不存在已知算法的過(guò)程，并以知識(shí)進(jìn)行推理以啟發(fā)式策略和智能算法來(lái)引導(dǎo)求解過(guò)程。(2)智能控制的核心在高層控制，即組織級(jí)。高層控制的任務(wù)在于對(duì)實(shí)際環(huán)境或過(guò)程進(jìn)行組織，即決策和規(guī)

7、劃,實(shí)現(xiàn)廣義問(wèn)題求解。(3)智能控制是一門邊緣交叉學(xué)科。實(shí)際上，智能控制涉及更多的相關(guān)學(xué)科。智能控制的發(fā)展需要各相關(guān)學(xué)科的配合與支援，同時(shí)也要求智能控制工程師是個(gè)知識(shí)工程師。(4)智能控制是一個(gè)新興的研究領(lǐng)域。無(wú)論在理論上或?qū)嵺`上它都還很不成熟、很不完善，需要進(jìn)一步探索與開(kāi)發(fā)。3、答:模糊控制器值得研究的特性有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性。對(duì)于靜態(tài)特性，包括模糊控制規(guī)則的完整性、相容性和交互性，以及模糊控制器的魯棒性。對(duì)于動(dòng)態(tài)特性，包括模糊控制器的穩(wěn)定性、靈敏性、可控性、收斂性、重復(fù)性(再現(xiàn)性)、精確性(精度)和映射特性等。圖2為一自組織模糊控制器的結(jié)構(gòu)圖圖2自組織模糊控制器的結(jié)構(gòu)它由基本層和自組織層兩級(jí)構(gòu)

8、成 ；前者為一常規(guī)模糊語(yǔ)義控制器 ，后者對(duì)每一輸入/輸出響應(yīng)的采樣進(jìn)行 評(píng)價(jià),并對(duì)控制器產(chǎn)生一個(gè)修正。該結(jié)構(gòu)能夠自動(dòng)獲得模糊控制器的規(guī)則庫(kù)。當(dāng)用 FLC控制又象（裝置）至期 望響應(yīng)時(shí)，新條件一旦出現(xiàn)，規(guī)則就被產(chǎn)生和修正。該控制器的主要部分有性能評(píng)價(jià)、對(duì)象建模、規(guī)則庫(kù)更新和FLC保持等。性能評(píng)價(jià)單元用于分析精確裝置有關(guān)性能目標(biāo)的狀態(tài)矢量（位置誤差PE,誤差變化CE）,并對(duì)已辨識(shí)過(guò)的規(guī)則進(jìn)行修正，以補(bǔ)償任何惡劣性能的影響。修正是通過(guò)標(biāo)量來(lái)調(diào)整規(guī)則結(jié)論的。采用可接受和不可接受兩種 階躍響應(yīng)相平面軌跡作為性能目標(biāo)。裝置（對(duì)象）模型用于考慮裝置規(guī)則修正時(shí)的輸入 -輸出極性、規(guī)則庫(kù)更新單元用于檢查哪條或哪

9、幾條規(guī)則 可對(duì)當(dāng)前的惡劣性能產(chǎn)生響應(yīng)，并進(jìn)行修正。自組織模糊控制器在學(xué)習(xí)試驗(yàn)過(guò)程中的連續(xù)采樣時(shí)間內(nèi)，不斷（迭代）地改善規(guī)則庫(kù)。4、答:遞階控制理論可被假定為尋求某個(gè)系統(tǒng)正確的決策與控制序列的數(shù)學(xué)問(wèn)題，該系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上遵循精度隨智能降低而提高（IPDI）的原理，而所求得的序列能夠使系統(tǒng)的總婿為最小。遞階智能機(jī)器的一般結(jié)構(gòu)是由 三個(gè)控制層級(jí)，即組織級(jí)、協(xié)調(diào)級(jí)和執(zhí)行級(jí)構(gòu)成的。這三個(gè)控制層級(jí)的功能和結(jié)構(gòu)如下 ：（1）組織級(jí)組織級(jí)代表控制系統(tǒng)的主導(dǎo)思想，并由人工智能起控制作用。組織器作為推理機(jī)的規(guī)則發(fā)生器，處理高層信 息用于機(jī)器推理、規(guī)劃、決策、學(xué)習(xí)（反饋）和記憶操作，如圖1所示。圖3組織級(jí)的結(jié)構(gòu)框圖(2

10、)協(xié)調(diào)級(jí)協(xié)調(diào)級(jí)是上(組織)級(jí)和下(執(zhí)行)級(jí)之間的接口，承上啟下，并由人工智能和運(yùn)籌學(xué)共同作用。協(xié)調(diào)級(jí)由一定 數(shù)量的具有固定結(jié)木的協(xié)調(diào)器組成，每個(gè)協(xié)調(diào)器執(zhí)行某些指定的作用。各協(xié)調(diào)器間的通訊由分配器來(lái)完成 而分配器的可變結(jié)構(gòu)是由組織器控制的。(3)執(zhí)行級(jí)執(zhí)行級(jí)是遞階智能控制的底層，要求具有較高的精度但較低的智能；它按控制論進(jìn)行控制，對(duì)相關(guān)過(guò)程執(zhí)行 適當(dāng)?shù)目刂谱饔谩?zhí)行級(jí)的性能可由嫡來(lái)表示，因而統(tǒng)一了智能機(jī)器的功用。5、答:人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的下列特性對(duì)控制是至關(guān)重要的：(1)并行分布處理。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有高度的并行結(jié)構(gòu)和并行實(shí)現(xiàn)能力，因而能夠有較好的耐故障能力和較快的總體處理能力。這特別適于實(shí)時(shí)控制和動(dòng)態(tài)控

11、制。(2)非線性映射。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有固有的非線性特性，這源于其近似任意非線性映射 (變換)能力。這一特性給非線性控制問(wèn)題帶來(lái)新的希望。(3)通過(guò)訓(xùn)練進(jìn)行學(xué)習(xí)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)所研究系統(tǒng)過(guò)去的數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行訓(xùn)練的。一個(gè)經(jīng)過(guò)適當(dāng)訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有歸納全部數(shù)據(jù)的能力。因此，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠解決那些由數(shù)學(xué)模型或描述規(guī)則難以處理的控制過(guò)程問(wèn)題。(4)適應(yīng)與集成。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠適應(yīng)在線運(yùn)行，并能同時(shí)進(jìn)行定量和定性操作。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)適應(yīng)和信息熔合能力使得網(wǎng)絡(luò)過(guò)程可以同時(shí)輸入大量不同的控制信號(hào)，解決輸入信息間的互補(bǔ)和冗余問(wèn)題，并實(shí)現(xiàn)信息集成和熔合處理。這些特性特別適于復(fù)雜、大規(guī)模和多變量系統(tǒng)的控制。(5)硬件實(shí)現(xiàn)。神經(jīng)網(wǎng)

12、絡(luò)不僅能夠通過(guò)軟件而且可借助軟件實(shí)現(xiàn)并行處理。近年來(lái)，一些超大規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)硬件已經(jīng)問(wèn)世，而且可從市場(chǎng)上購(gòu)到。這使得神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有快速和大規(guī)模處理能力的實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。十分顯然，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由于其學(xué)習(xí)和適應(yīng)、自組織、函數(shù)逼近和大規(guī)模并行處理等能力，因而具有用于智能控 制系統(tǒng)的潛力。6、答:薩里迪斯(Saridis)于1977年提出了一種智能控制結(jié)構(gòu)，它把傅京孫的智能控制二元結(jié)構(gòu)擴(kuò)展為三元結(jié) 構(gòu)，即把智能控制看作為人工智能、自動(dòng)控制和運(yùn)籌學(xué)的交接。薩里迪斯認(rèn)為構(gòu)成二元交集結(jié)構(gòu)的兩元互相支配，無(wú)助于智能控制的有效和成功應(yīng)用。必須把遠(yuǎn)籌學(xué)的概念引入智能控制，使它成為三元交集中的一個(gè)子 集。這種三元結(jié)構(gòu)后來(lái)成為

13、 IEEE第一次智能控制研討會(huì)(1985年8月，紐約)的主題之一。在提出三元結(jié)構(gòu)的同時(shí)，薩里迪斯還提出基于三個(gè)控制層次和精度隨智能降低而提高(I PD I )原理的三級(jí)遞階智能控制系統(tǒng)，見(jiàn)圖4,它主要由3個(gè)智能(感知)級(jí)組成:組織級(jí)、協(xié)調(diào)級(jí)和執(zhí)行級(jí)。圖4分級(jí)智能控制系統(tǒng)7、答：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)。圖5給出了一種工業(yè)專家控制器（EC）的結(jié)構(gòu)，其組成和各部分的作用如下：（1）知識(shí)庫(kù)（KB）:KB 存放工業(yè)過(guò)程控制的領(lǐng)域知識(shí)，由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)（DB）和學(xué)習(xí)與適應(yīng)裝置（LA）組成。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)主要存儲(chǔ)經(jīng)驗(yàn)和事實(shí)。學(xué)習(xí)與適應(yīng)裝置的功能就是根據(jù)在線獲取的信息，補(bǔ)充或修改知識(shí)庫(kù)內(nèi)容，改進(jìn)系統(tǒng)性能，以便提高問(wèn)題求解能力。（2）控制規(guī)