第1章 智能控制简介

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1、第1章智能控制简介1课程说明教材《智能控制基础》，韦巍、何衍编著，清华大学出版社优点：内容体系较完整。授课方式以教材中的知识结构为轮廓主线，根据需要安排讲授内容，包括选择、增加、删除相应的细节内容。2对智能控制的每一部分，尽量结合感性例子解释基本概念、并引出相应的理论。智能控制组成部分较多，重点讲授智能控制每个部分解决问题的基本思路和方法，以便最终能对本课程有个全局上的把握。说明共3.5学分总成绩100分：闭卷考试70分，平时成绩30分。31.1控制理论的发展发展方向智能控制智能控制自学习控制自适应控制鲁棒控制现代控制随机控制最优控制确定性反

2、馈控制经典控制开环控制对象的复杂性41.2智能控制问题的提出智能控制：针对控制对象及其环境、控制目标和任务的不确定性和复杂性提出，其发展得益于•人工智能学科的出现和不断发展。•实现大规模复杂系统控制的需要。•也是计算机技术和微电子学的高速发展带来的革命性变化。51.3智能控制的历史发展1971年，著名学者K.S.Fu（傅京逊）从发展学习控制的角度首次提出智能控制这一新兴学科。1977年，Saridis论述了从通常的反馈控制到最优控制、随机控制，再到自适应控制、自学习控制、自组织控制，并最终向智能控制发展的过程。1985年8月，IEEE在美国纽

3、约召开了第一届智能控制学术讨论会。1986年，K.J.Astrom将专家系统技术引入控制系统，组成了智能控制中的专家系统控制。61987年1月，在美国费城由IEEE控制系统学会和计算机学会联合召开了首次智能控制国际会议，标志着智能控制作为一门独立学科正式在国际上形成。20世纪90年代以来，智能控制发展的高潮期，每年都有各种大型智能控制专题国际学术会议召开，各种智能控制杂志或专刊不断涌现，各国政府和企业的专项科研经费不断增加。20世纪80年代的研究和应用主要面向工业过程控制；90年代以来，扩展至面向军事、高技术和日用家电产品等领域。71.4智

4、能控制的含义至今为止还没有一个统一的定义。几个典型定义：定义1(Saridis)：智能控制就是由一台智能机器自主地实现其目标的过程。而智能机器则定义为，在结构化或非结构化的、熟悉的或陌生的环境中，自主地或与人交互地执行人的任务。定义2(Astrom)：把人类具有的直觉推理和试凑法等智能加以形式化或用机器模拟，并用于控制系统的分析与设计中，以期在一定程度上实现控制系统的智能化，这就是智能控制。他还认为，自调节控制、自适应控制就是智能控制的低级体现。8定义3(蔡自兴)：智能控制是一类无需人的干预就能自主地驱动智能机器实现其目标的自动控制过程。定义4(涂

5、序彦)：智能控制是研究与模拟人类智能活动及其控制与信息传递过程的规律，研制具有仿人智能的工程控制与信息处理系统的一个新兴分支学科。9智能控制的概念：智能控制是自动控制与人工智能的结合，它可以自动测量被控对象的被控制量，并求出与期望值的偏差，同时采集输入环境信息，进而根据采集的输入信息和已有的知识进行“推理思考”，得到对被控对象的输出控制量，使偏差尽可能减小或消除。给定值r误差e控制值u对象输出y智能控制器被控对象+-对象状态反馈智能控制系统结构示意图10智能控制的多元结构理论：傅京逊的二元结构：AI：人工智能AC：自动控制Saridis的三元结

6、构：OR：运筹学11蔡自兴教授于1989年提出四元结构：IT：信息论121.5智能控制与传统控制的关系传统控制方法研究的主要目标是被控对象，而智能控制研究的主要目标是控制器本身。智能控制的研究重点不在控制对象的数学模型分析，而在于智能控制器模型的建立，包括知识的获取、表示和存储，智能推理方式的设计等。其控制对象和控制性能也与传统控制有很大不同。智能控制技术的发展还远未完善，和传统的控制技术相比，控制系统的设计还没有形成系统的方法和严谨的定量分析。所以对结构模型清晰的控制对象，智能控制并不如传统的控制技术。它不是对传统控制技术的替代，而是补充和

7、发展。在很多复杂的环境下，二者的结合可以取得更好的控制效果。131.6智能控制的特点1.6.1智能控制技术的基本特点无需建立被控对象的数学模型，特别适合非线性对象、时变对象和复杂不确定的控制对象。可以具有分层递阶的控制组织结构，体现了“智能递增，精度递减”的原理，便于处理大量的信息和储存的知识，并进行推理。控制效果具有自适应能力，鲁棒性好。可以具有学习能力，控制能力可以不断增强。141.6.2智能控制应用对象的特点模型的不确定性①模型未知或知之甚少；②模型的结构和参数可能在很大范围内变化。高度的非线性复杂的任务要求151.6.3智能控

8、制系统的典型结构人类知识和控制经验；机器学习获取的知识核心智根据当时的输入信息和有限的知识推理得能机器学习知识库出最佳控制