第9章南邮智能控制基础.pptVIP

第9章 智能控制基础 南京邮电大学 电气信息工程系 OUTLINE 9.1 绪论 9.2 基于模糊推理的智能控制 9.3 人工神经网络控制 9.4 本章小结 习题 9.1 绪 论 智能控制是人工智能与控制理论交叉的产物，是传统控制理论发展的高级阶段 智能控制理论的创立和发展是对计算机科学、人工智能、知识工程、模式识别、系统论、信息论、控制论、模糊集合论、人工神经网络、进化论等多种前沿学科、先进技术和科学方法的高度综合集成 9.1.1 智能控制的基本概念 1.智能控制概述 术语“智能控制”由Leondes等人在1967年提出 1971年，傅京生(King-Sun Fu)通过对含有拟人控制器的控制系统和自主机器人诸方面的研究，以“智能控制”这个词概念性地强调系统的问题求解和决策能力，提出二元交集模型 智能控制(IC)＝为自动控制(AC)和人工智能(A1)的交集 G.N.Saridis等人从机器智能的角度出发，提出三元交集模型 ⒉智能控制的应用对象 智能控制是控制理论发展的高级阶段，主要用来解决那些用传统方法难以解决的复杂系统的控制问题 例如 智能机器人系统 计算机集成制造系统 复杂的工业过程控制系统 航天航空控制系统 社会经济管理系统 交通运输系统 环保及能源系统等 智能控制的应用对象具备以下一些特点 ⑴不确定性的模型 ： 模型不确定性包含两层意思：一是模型未知或知之甚少；二是模型的结构和参数可能在很大范围内变化 ⑵高度的非线性 ： 对于具有高度非线性的控制对象，非线性控制理论还很不成熟，而且方法比较复杂 ⑶复杂的任务要求 9.1.2 智能控制系统 所谓智能系统是指具备一定智能行为的系统 具体地说，若对于一个问题的激励输入，系统具备一定的智能行为，它能够产生合适的求解问题的响应，这样的系统便称为智能系统 智能控制系统是实现某种控制任务的一种智能系统 智能行为也是一种从输入到输出的映射关系 这种映射关系并不能用数学的方法精确地加以描述，因此它可看成是一种不依赖于模型的自适应估计 1、智能控制系统的结构 广义对象：包括通常意义下的控制对象和所处的外部环境 传感器：包括关节位置的传感器、力传感器，还可能包括触觉传感器、视觉传感器等 感知信息处理：将传感器得到的原始信息加以处理 认知部分：主要接收和储存知识、经验和数据，并对它们进行分析、推理，作出行动的决策，送至规划和控制部分 通讯接口：除建立人机之间的联系外，也建立系统中各模块之间的联系 规划和控制：整个系统的核心，根据给定的任务要求、反馈信息及经验知识，进行自动有哪些信誉好的足球投注网站、推理决策、动作规划 2、智能控制系统的主要功能与特点 智能控制与传统控制的比较 研究的主要目标 传统控制：被控对象 智能控制：控制器本身 控制器模型 传统控制：解析型数学模型 智能控制：数学模型和知识系统相结合的广义模型 智能控制常具有以下一种或几种基本特点 ⑴ 分层递阶的组织结构 智能控制系统的组织结构体现了“智能递增、精度递减”的原理。其协调层次越高，所体现的智能也越高 ⑵多模态控制 常采用具有开环、闭环控制结合，定性决策与定量控制结合，数学模型和非数学广义模型结合的多模态控制 ⑶自学习能力 一个系统，如果能对一个过程或其环境的未知特征所固有的信息进行学习，并将得到的经验用于进一步的估计、分类、决策或控制，从而使系统的性能得到改善，那么就称该系统为学习控制系统 学习控制系统是智能控制系统的一种，智能控制系统的学习功能可能有低有高 低层次的学习功能主要包括对控制对象参数的学习，高层次的学习功能则包括知识的更新和遗忘 ⑷自适应能力 智能行为实质上是一种从输入到输出之间的映射关系，可看成是不依赖模型的自适应估计，因此有很好的适应性能 系统具有插补功能，对于未建模实例，可给出合适的输出，甚至某些部分出现故障时，系统也能够正常的工作 如果系统具有更高程度的智能，还能自动找出故障甚至具备自修复的功能，从而体现了更强的适应性 ⑸自组织能力 具有自组织能力的智能控制系统对于复杂的任务和分散的传感信息具有自行组织和协调的功能 该组织功能也表现为系统具有相应的主动性和灵活性，即智能控制器可以在任务要求的范围内自行决策，主动地采取行动。而当出现多目标冲突时，在一定的限制下，控制器可自行裁决 9.2 基于模糊推理的智能控制 模糊控制：一种基于规则的智能控制，是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的一种计算机智能控制 1956年美国著名控制论学者L . A . Zadeh首次提出一种完全不同于传统数学与控制理论的模糊集合理论 1974年英国马丹尼首先设计了模糊控制器，并用于锅炉和蒸汽机的控制，取得了成功 1986年世界上第一块基于模糊逻辑的人工智能芯片在贝尔实验室研制成功 日本研制第一台模糊控制洗衣