控制工程基礎(chǔ)論文

控制工程基礎(chǔ)論文智能控制(intelligentcontrols)在無人干預(yù)的情況下能自主地驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)的自動(dòng)控制技術(shù)。對許多復(fù)雜的系統(tǒng)，難以建立有效的數(shù)學(xué)模型和用常規(guī)的控制理論去進(jìn)行定量計(jì)算和分析，而必須采用定量方法與定性方法相結(jié)合的控制方式。定量方法與定性方法相結(jié)合的目的是，要由機(jī)器用類似于人的智慧和經(jīng)驗(yàn)來引導(dǎo)求解過程。因此，在研究和設(shè)計(jì)智能系統(tǒng)時(shí)，主要注意力不放在數(shù)學(xué)公式的表達(dá)、計(jì)算和處理方面，而是放在對任務(wù)和現(xiàn)實(shí)模型的描述、符號和環(huán)境的識別以及知識庫和推理機(jī)的開發(fā)上，即智能控制的關(guān)鍵問題不是設(shè)計(jì)常規(guī)控制器，而是研制智能機(jī)器的模型。此外，智能控制的核心在高層控制，即組織控制。高層控制是對實(shí)際環(huán)境或過程進(jìn)行組織、決策和規(guī)劃，以實(shí)現(xiàn)問題求解。為了完成這些任務(wù)，需要采用符號信息處理、啟發(fā)式程序設(shè)計(jì)、知識表示、自動(dòng)推理和決策等有關(guān)技術(shù)。這些問題求解過程與人腦的思維過程有一定的相似性，即具有一定程度的智能”智能控制的主要技術(shù)方法及其特點(diǎn)：專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)是利用專家知識對專門的或困難的問題進(jìn)行描述.用專家系統(tǒng)所構(gòu)成的專家控制，無論是專家控制系統(tǒng)還是專家控制器，其相對工程費(fèi)用較高,而且還涉及自動(dòng)地獲取知識困難、無自學(xué)能力、知識面太窄等問題.盡管專家系統(tǒng)在解決復(fù)雜的高級推理中獲得較為成功的應(yīng)用，但是專家控制的實(shí)際應(yīng)用相對還是比較少。模糊邏輯模糊邏輯用模糊語言描述系統(tǒng)，既可以描述應(yīng)用系統(tǒng)的定量模型也可以描述其定性模型模糊邏輯可適用于任意復(fù)雜的對象控制但在實(shí)際應(yīng)用中模糊邏輯實(shí)現(xiàn)簡單的應(yīng)用控制比較容易簡單控制是指單輸入單輸出系統(tǒng)(SISO)或多輸入單輸出系統(tǒng)(MISO)的控制.因?yàn)殡S著輸入輸出變量的增加,模糊邏輯的推理將變得非常復(fù)雜。遺傳算法遺傳算法作為一種非確定的擬自然隨機(jī)優(yōu)化工具，具有并行計(jì)算、快速尋找全局最優(yōu)解等特點(diǎn)，它可以和其他技術(shù)混合使用，用于智能控制的參數(shù)、結(jié)構(gòu)或環(huán)境的最優(yōu)控制。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是利用大量的神經(jīng)元按一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)調(diào)整方法.它能表示出豐富的特性：并行計(jì)算、分布存儲(chǔ)、可變結(jié)構(gòu)、高度容錯(cuò)、非線性運(yùn)算、自我組織、學(xué)習(xí)或自學(xué)習(xí)等這些特性是人們長期追求和期望的系統(tǒng)特性.它在智能控制的參數(shù)、結(jié)構(gòu)或環(huán)境的自適應(yīng)、自組織、自學(xué)習(xí)等控制方面具有獨(dú)特的能力神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以和模糊邏輯一樣適用于任意復(fù)雜對象的控制,但它與模糊邏輯不同的是擅長單輸入多輸出系統(tǒng)和多輸入多輸出系統(tǒng)的多變量控制.在模糊邏輯表示的SIMO系統(tǒng)和MIM0系統(tǒng)中，其模糊推理、解模糊過程以及學(xué)習(xí)控制等功能常用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn).模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和神經(jīng)模糊邏輯技術(shù)：模糊邏輯和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為智能控制的主要技術(shù)已被廣泛應(yīng)用兩者既有相同性又有不同性其相同性為：兩者都可作為萬能逼近器解決非線性問題，并且兩者都可以應(yīng)用到控制器設(shè)計(jì)中.不同的是：模糊邏輯可以利用語言信息描述系統(tǒng)，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)則不行；模糊邏輯應(yīng)用到控制器設(shè)計(jì)中，其參數(shù)定義有明確的物理意義，因而可提出有效的初始參數(shù)選擇方法；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的初始參數(shù)（如權(quán)值等）只能隨機(jī)選擇但在學(xué)習(xí)方式下，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過各種訓(xùn)練,其參數(shù)設(shè)置可以達(dá)到滿足控制所需的行為模糊邏輯和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)都是模仿人類大腦的運(yùn)行機(jī)制，可以認(rèn)為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)模仿人類大腦的硬件，模糊邏輯技術(shù)模仿人類大腦的軟件根據(jù)模糊邏輯和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的各自特點(diǎn)，所結(jié)合的技術(shù)即為模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和神經(jīng)模糊邏輯技術(shù)模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和它們混合技術(shù)適用于各種學(xué)習(xí)方式智能控制的相關(guān)技術(shù)與控制方式結(jié)合或綜合交叉結(jié)合，構(gòu)成風(fēng)格和功能各異的智能控制系統(tǒng)和智能控制器是智能控制技術(shù)方法的一個(gè)主要特點(diǎn)。智能控制的發(fā)展前景：隨著智能控制應(yīng)用方法的日益成熟，智能控制的研究領(lǐng)域必將進(jìn)一步擴(kuò)大。除了高級機(jī)器人、過程智能控制和智能故障診斷外，下列領(lǐng)域?qū)⒊蔀樾碌膽?yīng)用領(lǐng)域：交通控制（如高速列車、汽車運(yùn)輸、飛機(jī)飛行控制等），用于CADCAMCIMS和CIPS的自動(dòng)加工控制，醫(yī)療過程控制、商業(yè)、農(nóng)業(yè)、文化教育和娛樂等。當(dāng)代最高意義上的智能自動(dòng)化要算機(jī)器人學(xué)的進(jìn)步和應(yīng)用。機(jī)器人從爬行到直立行走，現(xiàn)在已能用手使用工具，能看、聽、用多種語言說話，并能可靠的去干最臟最累最危險(xiǎn)的活。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前世界上有將近100萬個(gè)機(jī)器人在各生產(chǎn)線上工作，美國和日本在核反應(yīng)堆中使用機(jī)器人，印度科學(xué)家在2002年8月27日也宣稱，他們已經(jīng)建造成一種6條腿的機(jī)器人用于核電站工作。據(jù)估計(jì)到2010年，智能機(jī)器人可能進(jìn)入家庭，許多家政勞動(dòng)將由機(jī)器人來代替。智能型機(jī)器人進(jìn)入社會(huì)服務(wù)業(yè)，可以當(dāng)出租車司機(jī)、醫(yī)院護(hù)士、家庭保姆和銀行出納等。因此，智能機(jī)器人將逐漸代替人類的復(fù)雜勞動(dòng)，解放人類的身體，提高未來休閑時(shí)代的生活質(zhì)量。按照我國規(guī)劃，到2010年，70%以上的家庭具備互聯(lián)網(wǎng)接入條件，大中城市中60%的住宅實(shí)現(xiàn)智能化。至U時(shí)候，新興的語音識別技術(shù)，會(huì)在智能家居中運(yùn)用“生物特征智能識別技術(shù)”，對我們臉部、角膜、指紋等特征進(jìn)行技術(shù)識別，方便我們的生活。遠(yuǎn)程醫(yī)療和健康監(jiān)護(hù)等自動(dòng)化技術(shù)，也將問津?qū)こＨ思业娜粘Ｉ?。在手術(shù)過程中的麻醉深度智能控制系統(tǒng)，已證明其控制質(zhì)量超過了人工控制。交通事故死亡率成為人類和平時(shí)期非正常死亡概率的第一因素，引入智能交通系統(tǒng)，可以大大緩解這一狀況。智能交通系統(tǒng)是信息自動(dòng)化處理的系統(tǒng)，包括收集最基本的道路信息，建立多種交通模型，需求最優(yōu)的交通誘導(dǎo)，給出行者提供充分的信息。智能交通系統(tǒng)在美國的一些城市已經(jīng)實(shí)施，它可以減小10%的廢棄材料，20%的交通延遲，30%的停車次數(shù)。有關(guān)資料表明：2010年智能交通將會(huì)在世界性大城市普及，2020年，智能交通將成為生活中的一部分。我國科技部已經(jīng)正式確定上海、廣州、深圳、青島、重慶等9個(gè)城市為首批全國智能交通系統(tǒng)應(yīng)用和示范工程試點(diǎn)城市。全世界約有6萬種語言，智能化電腦同步翻譯機(jī)的出現(xiàn)，將真正實(shí)現(xiàn)人類語言達(dá)到溝通無障礙的“全球通”狀。目前我國科學(xué)家已經(jīng)成功試制出中國和韓國間的同聲翻譯，以及中日間掌上電腦的同步翻譯。預(yù)計(jì)十多年后，會(huì)有大量的語音翻譯產(chǎn)品問世，30年后將出現(xiàn)沒有領(lǐng)域限制的翻譯系統(tǒng)，全球?qū)⒒緦?shí)現(xiàn)無語言障礙交流。決策系統(tǒng)、專家控制系統(tǒng)、學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)、模糊控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、智能規(guī)劃和故障診斷等智能控制的一些研究成果，也已被應(yīng)用于各類工業(yè)（電力、化工、冶金、造紙等）生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)和智能化生產(chǎn)（制造）系統(tǒng)，如：飛行器制造，汽車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)