控制理論產(chǎn)生及發(fā)展概要

1、0.1控制理論產(chǎn)生及發(fā)展18世紀(jì)中葉英國第一次工業(yè)革命1765年瓦特發(fā)明蒸汽機一調(diào)速問題一穩(wěn)定性問題1868年調(diào)節(jié)器一文發(fā)表1872年勞斯和1890年赫爾威茨一代數(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)表控制論一或關(guān)于在動物和機器中控制和通訊的科學(xué)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(jì) 40-6060-7080-至今對象單入單出線性定常系統(tǒng)多入多出非線性時變系統(tǒng)難以建

2、模的非線性復(fù)雜系統(tǒng)工具傳遞函數(shù)；狀態(tài)方程；狀模糊邏輯系統(tǒng)(FLS)，神經(jīng)網(wǎng)頻率特性；根軌跡等頻率域內(nèi)求解態(tài)空間法；動 態(tài)規(guī)劃；極大 值原理；時間 域內(nèi)求解絡(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，LeondesMendel0.3智能控制的產(chǎn)生及發(fā)展20世紀(jì)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(xué)習(xí)控制1976年 Mendel提出人工智能概念一智能控制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)構(gòu)1974年 馬丹尼提

3、出世界上第一模糊控制器(fuzzy logic controller)20世紀(jì)80年代初 建立了多種專家系統(tǒng)20世紀(jì)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?？刂破鳎褐悄苄畔⒎答仜Q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智能控制論圖0.1反饋控制系統(tǒng)的原理框圖控制三要素：信息一反饋一控制智能控制智能，、信息，、反饋，

4、、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(fù)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(fù)，正，開環(huán)多模變結(jié)構(gòu)變參數(shù)自適應(yīng)自學(xué)習(xí)等0.6思維科學(xué)與智能模擬什么是思維科學(xué)研究思維規(guī)律和方法的科學(xué)。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(rèn)識過程的高級階段。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(xué)生的算數(shù)。（2）形象思維（直覺思維）：既看形又看象的思維。憑借形象思維（例如用

5、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。類比一根據(jù)兩個不同對象比較的方法進(jìn)行推理；聯(lián)想一將兩個不同領(lǐng)域的若干各對象聯(lián)系加以思考的方法；想象一對頭腦中已有表象進(jìn)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。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)律的科學(xué)。基本規(guī)律包括同一律，矛盾律，排中律。同一律：思

6、維確定性表現(xiàn)為概念判斷的自身統(tǒng)，即思想統(tǒng)一性；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；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、判斷和推理概念：對客觀事物本質(zhì)屬性加以反映的思維形式判斷：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

7、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)邏輯的類型形式邏輯一從抽象同一性出發(fā)研究的思維形式(相對穩(wěn)定)。辯證邏輯一從具體同一性出發(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)理邏輯一又稱符號邏輯，源于形式邏輯，用數(shù)學(xué)方法研究推理證明等數(shù)學(xué) 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。模糊邏輯一將二值邏輯0,1擴展到0,1?？赏剡壿嬕粚⑥q證邏輯與形式邏輯相結(jié)合，即將0,1推廣到-8，8 。智能模

8、擬的基礎(chǔ)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：大腦左半球一同抽象思維、象征性關(guān)系和對象細(xì)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。大腦右半球一與直覺、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?？茖W(xué)基礎(chǔ)：神經(jīng)生理學(xué)、思維科學(xué)、控制論、計算機科學(xué)等發(fā)展為揭示 人腦奧秘創(chuàng)造條件。哲學(xué)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) 的運動模擬腦的功能。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

9、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(xì)胞復(fù)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(fù)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(fù)雜系統(tǒng)，如生 命、社會、經(jīng)濟(jì)等系統(tǒng)