智能控制 第4章 专家控制-仿人智能控制课件.ppt

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1、第4章专家控制－仿人智能控制智能控制基础4.4.1仿人智能控制的引入4.4.2仿人智能控制的基本概念4.4.3仿人智能控制的实现4.4.4仿人智能控制的应用举例4.4仿人智能控制24.4.1仿人智能控制的引入我国重庆大学智能控制研究室周其鉴、李祖枢等人在1980年前后提出。现有的人工智能理论只能模拟智能的某个侧面，并不能反映人类智能的全貌。而另一方面，人类对于自身信息处理的宏观过程却已有了较为一致的认识，可以作为普适的结构。因此，从控制问题的实际需求出发，将宏观结构的模拟和行为功能的模拟相结合是现阶段实现仿人智能控制较为合适的选择。3宏观结构4基本问题特

2、征识别基于误差e、误差导数和误差的二阶导数多模态控制54.4.1仿人智能控制的引入4.4.2仿人智能控制的基本概念4.4.3仿人智能控制的实现4.4.4仿人智能控制的应用举例4.4仿人智能控制64.4.2仿人智能控制的基本概念特征基元、特征状态和特征模型特征辨识和特征记忆控制（决策）模态和多模态控制7特征基元特征元素构成可以构成描述动态系统运行状态举例描述系统输出与期望值的接近程度描述系统误差变化的趋势描述系统动态过程中误差的变化区域描述动态系统振荡的收敛性8误差相平面9误差时平面10特征状态特征基元的特定组合，可以将误差信息空间划分为一些区域，每一个

3、区域代表了一种系统运行特征的状态，称为特征状态。11特征模型利用特征状态对误差信息空间的划分，是所有特征状态i的集合。12关系矩阵特征模型和特征基元集Q之间的关系，也可由关系矩阵P来描述：=P⊙Q13举例特征状态1对应的关系向量在中可表示为：在中可表示为：14特征辨识对控制系统输出的信息进行在线的辨识，确定当前系统所处的特征状态，这一过程称作特征辨识。15特征记忆被控制器记忆的特征量被称为特征记忆包括反映前期决策和控制效果的特征量和反映控制任务要求及被控对象性质的特征量。例如：1：emi误差的第i次极值2：uH前期控制输出量的保持值3：误

4、差第i次过零的速度4：tem误差极值的间隔时间16控制（决策）模态定量i：定性17模态基元基本的控制环节举例m1：比例控制m2：微分控制m3：积分控制m4：输出保持控制m5：峰值误差记忆和控制m6：磅－磅控制m7：输出预补偿控制18关系矩阵控制模态也可以用关系矩阵表示。根据了lij的不同，就可以构成一系列的复合控制模态，例如：1：比例＋微分＋保持5：PID控制194.4.1仿人智能控制的引入4.4.2仿人智能控制的基本概念4.4.3仿人智能控制的实现4.4.4仿人智能控制的应用举例4.4仿人智能控制204.4.3仿人智能控制的实现目标轨迹

5、的确定特征模型的设计控制模态集的设计直觉推理的实现21误差相平面的目标轨迹22误差时平面的目标轨迹23相平面的特征模型定义特征基元集合得到特征模型24时平面的特征模型定义特征基元集合得到特征模型25控制模态集的设计对于特征模型1的7个特征状态，可以有如下控制模态：误差很大时，对应于区域①，可采用磅－磅模态控制激发误差的变化率。误差减小的过程中，若误差变化速度低于或等于预定的速度，则对应于区域②，可采取比例模态控制，提高或保持误差变化率。若误差减小的过程中，误差变化速度高于预定的速度，则对应于区域③和⑤，需在比例模态的基础上引入微分模态，形成PD模态控制

6、，压低误差变化率。如果引入微分模态仍不能减小误差变化的速度至预设的范围，则进入区域④，此时应引入正反馈抑制误差变化速度。若误差和误差的变化率都很小，已满足要求，则对应于区域⑥，可采用保持模态控制，使之自行衰减达到平衡。如果出现误差增大的失控现象，对应于区域⑦，此时，为了使误差尽快回头，可采用PD模态控制。26控制模态集11：磅－磅控制模态12：PD控制模态13：保持控制模态27直觉推理的实现28第一阶段：特征模型到控制模态的映射，即例如11：12：13：29第二阶段误差信息E和特征记忆信息到控制器输出U的映射，即对应模态i所包含的映射关系

7、。定义控制器的输入为则模态控制映射关系表示为：304.4.1仿人智能控制的引入4.4.2仿人智能控制的基本概念4.4.3仿人智能控制的实现4.4.4仿人智能控制的应用举例4.4仿人智能控制314.4.4仿人智能控制的应用举例力矩受限单摆控制32数学模型t：时间(s)；θ：摆的角度(rad)；l：重心的转动半径(m)；T：加振力矩(N.m)；Tfr：库仑摩擦力矩(N.m)；C：粘性衰减系数(N.m.s)；g：重力加速度(m.s-2)；I：转动惯量(Kg.m2)；τ：无量纲时间；ζ：粘性衰减比；α：无量纲加振力矩；αfr：无量纲库仑摩擦力矩。33特征模型和控

8、制策略特征模型Φ为：多模态控制策略为推理规则的集合34参数设计相关阈值和控制