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1、第26卷第1期河南科技大学学报(自然科学版)Vol.26No.12005年2月JournalofHenanUniversityofScienceandTechnology(NaturalScience)Feb.2005文章编号:1672-6871(2005)01-0035-05智能控制及其在机器人领域的应用1,2112李航,孙厚芳,袁光明,林青松(1.北京理工大学机械与车辆工程学院,北京100081;2.河南科技大学河南省高等学校先进制造技术重点学科开放实验室,河南洛阳471003)摘要:从认识论和方法
2、论的角度、学科交叉、控制对象、系统设计、知识获取等方面分析了智能控制与传统控制的区别。指出智能控制的优势是具有开放的、分级的、分布式的结构,有较强的综合信息处理能力,善于处理模型具有不确定性、高度非线性、复杂的控制任务。它的不足是理论基础还处在发展阶段,控制精度不高,实时性较差。提出了智能控制今后的发展应当是多种智能控制方法集成和智能控制与传统控制结合的思想。关键词:控制论;机器人;模糊控制论中图分类号:TP18文献标识码:A0前言控制理论创立至今已经历了三个阶段:一是20世纪初开始形成并于50年代趋于
3、成熟的以反馈和传递函数为基础的古典控制理论;二是20世纪50~60年代发展起来的以状态空间分析为基础的现代控制理论;三是20世纪60年代中期以后,在发展过程中综合了人工智能、自动控制、运筹学、信息论等[1,2]多学科成果形成的智能控制理论。古典控制和现代控制理论(以下称传统控制)在实际应用中存在以下几方面缺陷:(1)传统控制理论都要求建立精确的数学模型。而实际的被控系统常常存在不确定性、不完全性、模糊性、时变性、非线性等因素,因而多数时候很难得到精确的数学模型;(2)传统控制系统都具有控制任务单一的特点
4、;(3)传统控制理论没有很好的解决非线性系统的控制问题;(4)为提高控制性能,只有使控制系统变得更为复[1,2]杂,这不仅增加了设备的投资,也降低了系统的可靠性。智能控制理论正是针对传统控制理论的缺陷面向复杂多样的控制任务和目的发展起来的。本文主要介绍智能控制的发展、主要理论与技术及其在机器人领域的应用,分析智能控制的优势和不足,对智能控制今后的发展提出自己的看法。1智能控制理论的发展及其特点傅京逊在1971年提出智能控制是人工智能与自动控制交叉的/二元论0思想,并列举了三种智能控制系统:(1)人作为控
5、制器的控制系统;(2)人-机结合作为控制器的控制系统;(3)无人参与的智能控制系统。文献[2]提出智能控制是人工智能、运筹学、自动控制相结合的/三元论0思想和分级递阶智能控制系统的结构形式。文献[3,4]在Saridis的/三元论0思想的基础上提出了智能控制的四元结构理论,即认为智能控制是自动控制、人工智能、运筹学和信息论四个学科的交集,并提出信息论是智能控制的交集结构中重要的、不可缺少的一个子集。/四元论0思想进一步完善了智能控制的结构理论。智能控制系统是控制理论发展的高级阶段的产物,它是通过驱动自主
6、智能机来实现其目标而无需操作人员参与的系统。智能控制理论与系统和传统控制理论与系统差异主要表现在以下几方面:(1)从认识论和方法论的角度看,传统控制理论到智能控制理论的发展实现了在认识论和方法论上的全面转变。智能控制系统具有开放的、分级的、分布式的结构,有较强的综合信息处理能力。智能控制不是追求系统的高度自治为最终目的,而是追求系统的全局优化。基金项目:河南省科技攻关资助项目(0424220152);河南科技大学科研基金资助项目(2004ZY001)作者简介:李航(1962-),男,安徽蚌埠人,副教授.
7、收稿日期:2004-09-2036河南科技大学学报(自然科学版)2005年(2)智能控制是多学科交叉的学科。从傅京逊的/二元论0,到Saridis的/三元论0,再到蔡自兴的/四元论0,智能控制理论的基础是人工智能、自动控制理论、运筹学、信息论的交叉。(3)智能控制的主要对象和任务具有模型的不确定性、高度的非线性和复杂的任务要求。传统控制方法一般只适用于具有精确的数学模型、线性的(或可以线性化的)和单一任务的对象。(4)智能控制系统设计的重点放在对数学模型的描述、符号和环境的识别、知识库和推理机的设计上,
8、它有别于传统控制常用的通过运动学方程、动力学方程、传递函数等数学模型来描述系统的方法。(5)传统控制是通过各种定理、定律来获取知识,而智能控制是通过学习和专家经验来获取知识。智能控制也有较明显的缺陷主要表现在以下几方面:¹智能控制的主要理论基础之一的人工智能理论与技术起步较晚,许多方面都不成熟;º智能控制需要知识库或规则库的支持,当库中的知识或规则少影响控制精度,反之则控制系统响应较慢;»智能控制系统一般需要支持多任务的计算机操作系统(如W
