智能控制基本原理

智能控制基本原理第1頁/共14頁內(nèi)容簡介1，智能控制系統(tǒng)的基本概念2，智能控制的發(fā)展前景3，智能控制的應(yīng)用場合4，智能控制的研究內(nèi)容5，智能控制的主要功能特點(diǎn)第2頁/共14頁3智能控制的基本概念

智能控制（IC：IntelligentControl）是一門新興的交叉學(xué)科，具有非常廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。智能控制這一術(shù)語于1967年由Leondes和Mendel首先使用，1971年著名美籍華人科學(xué)家傅京孫（K.S.Fu）教授從發(fā)展學(xué)習(xí)控制的角度首次正式提出智能控制概念與建立智能控制學(xué)科的構(gòu)思。

傅京孫把智能控制概括為自動(dòng)控制（AC：AutomaticControl）和人工智能（AI：ArtificialIntelligence）的交集，即

這種交叉關(guān)系可用右圖形象地表示，它主要強(qiáng)調(diào)人工智能中“智能”的概念與自動(dòng)控制的結(jié)合。自動(dòng)控制AC人工智能AI智能控制IC智能控制的二元結(jié)構(gòu)第3頁/共14頁4

以上關(guān)于智能控制結(jié)構(gòu)理論的不同見解中，存在著以下幾點(diǎn)共識(shí)：

（1）智能控制是由多種學(xué)科相互交叉而形成的一門新興學(xué)科；

（2）智能控制是自動(dòng)控制發(fā)展到新階段的產(chǎn)物，它以人工智能和自動(dòng)控制的相互結(jié)合為主要標(biāo)志；

（3）智能控制在發(fā)展過程中不斷地吸收著控制論、信息論、系統(tǒng)論、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)、仿生學(xué)等學(xué)科的思想、方法以及新的研究成果，目前仍在發(fā)展和完善之中。智能控制的基本概念第4頁/共14頁

由于智能控制是一門新興學(xué)科且正處于發(fā)展階段，所以至今尚無統(tǒng)一的定義，故有多種描述形式。

從三元交集論的角度定義智能控制：它是一種應(yīng)用人工智能的理論和技術(shù)以及運(yùn)籌學(xué)的優(yōu)化方法，并和控制理論中的方法與技術(shù)相結(jié)合，在不確定的環(huán)境中，仿效人的智能（學(xué)習(xí)、推理等），實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)控制的理論與方法。

從系統(tǒng)一般行為特性出發(fā)，J.S.Albus認(rèn)為：智能控制是有知識(shí)的“行為舵手”，它把知識(shí)和反饋結(jié)合起來，形成感知–交互式、以目標(biāo)為導(dǎo)向的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以進(jìn)行規(guī)劃，產(chǎn)生有效的、有目的的行為，并能在不確定的環(huán)境中，達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。智能控制的基本概念第5頁/共14頁6

從認(rèn)知過程出發(fā)：智能控制是一種推理計(jì)算，它能在非完整的性能指標(biāo)下，通過一些基本的操作，如歸納(Generalization)和組合搜索(CombinatorialSearch)等，把表達(dá)不完善、不確定的復(fù)雜系統(tǒng)引向規(guī)定的目標(biāo)。

從控制論的角度出發(fā)：智能控制是驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器自主地實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的過程?；蛘哒f，智能控制是一類無需人的干預(yù)就能獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的自動(dòng)控制方法。

以上各種描述說明：智能控制具有認(rèn)知和仿人的功能；能適應(yīng)不確定性的環(huán)境；能自主處理信息以減少不確定性；能可靠地進(jìn)行規(guī)劃，產(chǎn)生和執(zhí)行有目的的行為，以獲取最優(yōu)的控制效果。智能控制的基本概念第6頁/共14頁7

人工智能產(chǎn)生于20世紀(jì)50年代，它是控制論、信息論、系統(tǒng)論、計(jì)算機(jī)科學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、心理學(xué)、數(shù)學(xué)以及哲學(xué)等多種學(xué)科相互滲透的結(jié)果，也是電子計(jì)算機(jī)出現(xiàn)并廣泛應(yīng)用的結(jié)果。

智能控制的提出和發(fā)展歷程，一直伴隨著人工智能的發(fā)展而發(fā)展，人工智能作為智能控制的基礎(chǔ)和重要組成部分，它的每一個(gè)研究成果都對智能控制的發(fā)展起到了積極的推動(dòng)作用。智能控制的基本概念第7頁/共14頁8

可以預(yù)見，隨著系統(tǒng)論、人工智能理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，智能控制將會(huì)有更大的發(fā)展空間，并在實(shí)際中得到更加廣泛的應(yīng)用。

智能控制作為一門新興控制技術(shù)，目前還處于發(fā)展初期。基于遺傳算法的智能控制，基于Petri網(wǎng)理論的智能控制，遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制相結(jié)合的綜合優(yōu)化控制等新的智能控制理論和方法在不斷涌現(xiàn)和發(fā)展之中。智能控制的發(fā)展前景第8頁/共14頁

智能控制是自動(dòng)控制的最新發(fā)展階段，主要用于解決傳統(tǒng)控制技術(shù)與方法難以解決的控制問題。主要應(yīng)用場合有：

（1）具有高度非線性、時(shí)變性、不確定性和不完全性等特征，一般無法獲得精確數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題；

（2）需要對環(huán)境和任務(wù)的變化具有快速應(yīng)變能力并需要運(yùn)用知識(shí)進(jìn)行控制的復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題；

（3）采用傳統(tǒng)控制方法時(shí)，必須遵循一些苛刻的線性化假設(shè)，否則難以達(dá)到預(yù)期控制目標(biāo)的復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題；

（4）采用傳統(tǒng)控制方法時(shí)，控制成本高、可靠性差或控制效果不理想的復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題。智能控制的應(yīng)用場合第9頁/共14頁

根據(jù)智能控制基本研究對象的開放性、復(fù)雜性、多層次和信息模式的多樣性、模糊性、不確定性等特點(diǎn)，其研究內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面。（1）智能控制基本機(jī)理的研究（2）智能控制基本理論和方法的研究①離散事件和連續(xù)時(shí)間混雜系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)；②基于故障診斷的系統(tǒng)組態(tài)理論和容錯(cuò)控制方法；③基于實(shí)時(shí)信息學(xué)習(xí)的規(guī)則自動(dòng)生成與修改方法；

主要對智能控制認(rèn)識(shí)論和方法論進(jìn)行研究，探索人類的感知、判斷、推理和決策等活動(dòng)的機(jī)理。主要有以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：智能控制的研究內(nèi)容第10頁/共14頁11

智能控制系統(tǒng)有學(xué)習(xí)功能、適應(yīng)功能、組織功能三大主要功能特點(diǎn)。（1）學(xué)習(xí)功能

智能控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)功能指的是對一個(gè)過程或其環(huán)境的未知特征所固有的信息進(jìn)行學(xué)習(xí)，并將得到的經(jīng)驗(yàn)用于進(jìn)一步的估計(jì)、分類、決策和控制，從而使系統(tǒng)的性能得到改善。

智能控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)能力有高低之分，低層次的學(xué)習(xí)主要指對控制對象參數(shù)的學(xué)習(xí)，高層次的學(xué)習(xí)則主要指對知識(shí)的更新。（2）適應(yīng)功能

智能控制系統(tǒng)的適應(yīng)功能指的是當(dāng)智能控制系統(tǒng)的輸入不是已經(jīng)學(xué)習(xí)過的樣本時(shí)，照樣可給出合適的輸出。甚至當(dāng)系統(tǒng)中某些部分出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)仍能正常工作。智能控制系統(tǒng)的主要功能特點(diǎn)第11頁/共14頁12（3）組織功能

智能控制系統(tǒng)的組織功能指的是對于復(fù)雜的控制任務(wù)和分散的傳感器信息，智能控制系統(tǒng)具有自行組織和協(xié)調(diào)的功能。智能控制器可以在任務(wù)要求范圍內(nèi)自行決策、主動(dòng)地采取行動(dòng)；當(dāng)出現(xiàn)多目標(biāo)沖突時(shí)，在一定條件下，控制器有權(quán)自行裁決和處理。

一個(gè)理想的智能控制系統(tǒng)，除了以上三大主要功能之外，往往還應(yīng)該具有其它一些功能：如對各類故障進(jìn)行自診斷、屏蔽和自恢復(fù)的容錯(cuò)功能；對環(huán)境干擾