人工智能基础09智能控制.ppt

1/19目录o 第一章第一章绪论绪论o 第二章第二章知识表示知识表示 o 第三章搜索技术第三章搜索技术o 第四章推理技术第四章推理技术o 第五章机器学习第五章机器学习 o 第六章专家系统第六章专家系统 o 第七章自动规划系统第七章自动规划系统o 第八章第八章 自然语言理解自然语言理解o 第九章第九章 智能控制智能控制o 第十章第十章 人工智能程序设计人工智能程序设计2/199.1 智能控制概述传统控制面临的难题：传统控制面临的难题： （1）实际系统存在复杂性、非线性、时变性、不确定性）实际系统存在复杂性、非线性、时变性、不确定性和不完全性等，一般无法获得精确的数学模型。和不完全性等，一般无法获得精确的数学模型。 （2）为研究这类系统提出并遵循的一些假设在应用中与）为研究这类系统提出并遵循的一些假设在应用中与实际不符。实际不符。 （3）对于某种复杂的和包含不确定性的对象，无法以传）对于某种复杂的和包含不确定性的对象，无法以传统数学模型来表示。统数学模型来表示。 （4）为了提高性能，传统控制系统可能变得很复杂，从）为了提高性能，传统控制系统可能变得很复杂，从而增加了设备的初始投资和维修费用，降低系统的可靠性。而增加了设备的初始投资和维修费用，降低系统的可靠性。3/199.1 智能控制概述9.1.1 智能控制的产生和发展智能控制的产生和发展 4/199.1 智能控制概述9.1.1 智能控制的产生和发展智能控制的产生和发展 1965年年 著名的美藉华裔科学家傅京孙著名的美藉华裔科学家傅京孙(King Sun Fu)首先首先提出把人工智能的启发式推理规则用于学习控制系统，并于提出把人工智能的启发式推理规则用于学习控制系统，并于1971年论述了人工智能与自动控制的交接关系。年论述了人工智能与自动控制的交接关系。 1965年，年，Zadeh建立模糊集，为模糊控制打下基础。建立模糊集，为模糊控制打下基础。 1967年，年，Leondes等人正式使用等人正式使用“智能控制智能控制”一词一词 Saridis 对智能控制系统分类做出贡献。对智能控制系统分类做出贡献。 Albus 开发分层控制理论。开发分层控制理论。 Astrom 专家控制专家控制 1985年年8月，月，IEEE在美国纽约召开了第一届智能控制学术在美国纽约召开了第一届智能控制学术讨论会。讨论会。1987年年1月，在美国费城由月，在美国费城由IEEE控制系统学会与计算控制系统学会与计算机学会联合召开了智能控制国际会议，这是有关智能控制的机学会联合召开了智能控制国际会议，这是有关智能控制的第一次国际会议第一次国际会议 。5/199.1 智能控制概述9.1.2 智能控制的定义智能控制的定义定义定义9.1 自动控制自动控制自动控制是能按规定程序对机器或装置进行自动操作或自动控制是能按规定程序对机器或装置进行自动操作或控制的过程。简单地说，不需要人工干预的控制就是自动控控制的过程。简单地说，不需要人工干预的控制就是自动控制。制。定义定义9.2 智能控制智能控制智能控制是驱动智能机器自主地实现其目标的过程智能控制是驱动智能机器自主地实现其目标的过程定义定义9.3 智能控制系统智能控制系统用于驱动自主智能机器以实现其目标而无需操作人员干用于驱动自主智能机器以实现其目标而无需操作人员干预的系统叫智能控制系统预的系统叫智能控制系统。6/199.2 智能控制的研究领域 1. 智能机器人规划与控制智能机器人规划与控制 2. 生产过程的智能监控生产过程的智能监控 3. 智能故障检测与诊断智能故障检测与诊断 4. 自动加工系统的智能控制自动加工系统的智能控制 5. 飞行器的智能控制飞行器的智能控制 6. 医疗过程智能控制医疗过程智能控制 7. 智能仪器智能控制智能仪器智能控制7/199.3 智能控制的学科结构理论 IC智能控制（智能控制（Intelligent Control) AI人工智能（人工智能（Artificial Intelligent） AC自动控制（自动控制（Automatic Control） CT控制论（控制论（Control Theory, or Cybernetics） OR运筹学（运筹学（Operation Research） IT信息论（信息论（Information Theory, or Informatics） 跨学科（多元）结构跨学科（多元）结构 8/199.3 智能控制的学科结构理论 9.3.1 二元结构理论二元结构理论 傅京孙指出智能控制系统描述自动控制系统与人工智能傅京孙指出智能控制系统描述自动控制系统与人工智能交接的作用，即二元交集结构。交接的作用，即二元交集结构。 AIICAC9/199.3 智能控制的学科结构理论 9.3.2 三元结构理论三元结构理论 萨里迪斯萨里迪斯(Saridis)于于1977年提出另一种智能控制结构，它年提出另一种智能控制结构，它把傅京孙的智能控制扩展为三元结构，即把智能控制看作为把傅京孙的智能控制扩展为三元结构，即把智能控制看作为人工智能、自动控制和运筹学的交接。人工智能、自动控制和运筹学的交接。 AIICACOR10/199.3 智能控制的学科结构理论 9.3.3 四元结构理论四元结构理论 在研究了前述各种智能控制的结构理论和各相关学科的在研究了前述各种智能控制的结构理论和各相关学科的关系之后，蔡自兴提出四元智能控制结构，把信息论作为智关系之后，蔡自兴提出四元智能控制结构，把信息论作为智能控制结构的一个子集。能控制结构的一个子集。 AIICACORIT11/199.4 智能控制的特点与系统一般结构9.4.1 智能控制的特点智能控制的特点 （1）同时具有以知识表示的非数学广义模型和以数学模型）同时具有以知识表示的非数学广义模型和以数学模型表示的混合控制过程。智能控制系统的设计重点不在常规控制表示的混合控制过程。智能控制系统的设计重点不在常规控制器上，而在智能机模型上。器上，而在智能机模型上。（2）智能控制的核心在高层控制，即组织级，具有一定）智能控制的核心在高层控制，即组织级，具有一定的智能。的智能。（3）智能控制是一门边缘交叉学科。）智能控制是一门边缘交叉学科。（4）智能控制是一个新兴的研究领域。无论在理论上或）智能控制是一个新兴的研究领域。无论在理论上或实践上它都还很不成熟、很不完善，需要进一步探索与开发。实践上它都还很不成熟、很不完善，需要进一步探索与开发。 12/199.4 智能控制的特点与系统一般结构9.4.2 智能控制系统的一般结构智能控制系统的一般结构 （1）具有以微积分）具有以微积分(DIC)表示和以技术应用语言表示和以技术应用语言(LTA)表示的混合系统方法。表示的混合系统方法。 （2）采用不精确的和不完全的装置分层）采用不精确的和不完全的装置分层(级级)模型模型 。（3）含有由多传感器递送的分级和不完全的外系统知）含有由多传感器递送的分级和不完全的外系统知识，并在学习过程中不断加以辨识、整理和更新识，并在学习过程中不断加以辨识、整理和更新 。（4）把任务协商作为控制系统以及控制过程的一部分）把任务协商作为控制系统以及控制过程的一部分来考虑来考虑 。 13/199.4 智能控制的特点与系统一般结构用户用户接口接口任务描述任务描述与环境建模与环境建模知识表示知识表示信号优化信号优化信号预处理信号预处理信号识别信号识别传感器传感器过程与环境过程与环境规划与推理规划与推理决策与协调决策与协调传统控制传统控制驱动器驱动器123事件事件动作动作1智能控制系统智能控制系统2多层控制器多层控制器3多传感系统多传感系统14/199.5 智能控制系统9.5.1 递阶智能控制系统递阶智能控制系统 由由Saridis提出的分级递阶智能控制方法作为一种认知和提出的分级递阶智能控制方法作为一种认知和控制系统的统一方法论，其控制智能是根据分级管理系统中控制系统的统一方法论，其控制智能是根据分级管理系统中十分重要的十分重要的“精度随智能提高而降低精度随智能提高而降低”的原理而分级分配的的原理而分级分配的。这种分级递阶智能控制系统是由组织级、协调级和执行级。这种分级递阶智能控制系统是由组织级、协调级和执行级三级组成的。三级组成的。 15/199.5 智能控制系统9.5.2 专家控制系统专家控制系统 专家控制的主要形式有二，即专家控制系统和专家式控专家控制的主要形式有二，即专家控制系统和专家式控制器。前者系统结构复杂，研制代价高，目前应用较少。后制器。前者系统结构复杂，研制代价高，目前应用较少。后者结构简单，研制代价明显低于前者，性能又能满足工业过者结构简单，研制代价明显低于前者，性能又能满足工业过程控制的一般要求，因而获得日益广泛的应用。程控制的一般要求，因而获得日益广泛的应用。 16/199.5 智能控制系统9.5.3 模糊控制系统模糊控制系统 模糊控制是一类应用模糊集合理论的控制方法。一方面模糊控制是一类应用模糊集合理论的控制方法。一方面，模糊控制提供一种实现基于知识（规则）的甚至语言描述，模糊控制提供一种实现基于知识（规则）的甚至语言描述的控制规律的新机理。另一方面，模糊控制为非线性控制器的控制规律的新机理。另一方面，模糊控制为非线性控制器提出一个比较容易的设计方法。提出一个比较容易的设计方法。 17/199.5 智能控制系统9.5.4 学习控制系统学习控制系统 学习控制系统是一个能在其运行过程中逐步获得受控学习控制系统是一个能在其运行过程中逐步获得受控过程及环境的非预知信息，积累控制经验，并在一定的评价过程及环境的非预知信息，积累控制经验，并在一定的评价标准下进行估值、分类、决策和不断改善系统品质的自动控标准下进行估值、分类、决策和不断改善系统品质的自动控制系统。制系统。 18/199.5 智能控制系统9.5.5 神经控制系统神经控制系统 基于人工神经网络的控制基于人工神经网络的控制(ANNbased control)，简称，简称神经控制神经控制(neurolcontrol)，是智能控制的一个崭新研究方向，是智能控制的一个崭新研究方向，可能成为智能控制的可能成为智能控制的“后起之秀后起之秀”。 19/199.6 其他控制系统o 进化控制：建立在进化计算（尤其是遗传算法）和进化控制：建立在进化计算（尤其是遗传算法）和反馈机制的基础上。反馈机制的基础上。o 免疫控制：是智能控制论、人工免疫系统、生物信免疫控制：是智能控制论、人工免疫系统、生物信息学和智能决策系统四个子学科交集。息学和智能决策系统四个子学科交集。o 基于基于Web的控制：以的控制：以Web为控制媒介，用户对受控为控制媒介，用户对受控对象的控制、监控和管理，必须借助对象的控制、监控和管理，必须借助Internet及其相关及其相关浏览器、服务器来实现。浏览器、服务器来实现。