智能控制的产生与发展(PPT51页)
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51单片机介绍ppt课件(2024)
2024/1/29
28
其他常用外部设备接口技术
键盘接口
显示接口
通过扫描键盘矩阵或采用专用键盘接口芯 片实现键盘输入。
采用LED数码管、LCD液晶显示屏等显示设 备，通过单片机的I/O端口或专用显示驱动 芯片实现数据显示。
打印机接口
传感器接口
通过并行或串行接口与打印机连接，实现 数据的打印输出。
2024/1/29
片内资源丰富，包括RAM、ROM、定时器/计数器、串行通信接口等。
5
主要特点及应用领域
可扩展性强，可通过外部扩展芯片实现更多功能。
功耗低，适用于便携式设备。
应用领域
2024/1/29
6
主要特点及应用领域
工业控制
仪器仪表
通信设备
汽车电子
如电机控制、温度控制 等。
2024/1/29
如智能仪表、测量仪器 等。
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并行I/O口扩展方法
2024/1/29
简单I/O口扩展
利用单片机的空闲I/O端口，通过数据总线和控制总线与 扩展芯片连接，实现并行I/O口的扩展。
可编程I/O口扩展
使用可编程并行I/O接口芯片，如8255、8155等，通过编 程设置芯片的工作方式，实现灵活的I/O口扩展。
总线式I/O口扩展
采用总线式结构，将多个I/O接口芯片挂在总线上，通过 总线仲裁和地址译码电路实现I/O口的扩展。
26
串行通信接口技术
1
RS-232C接口
采用负逻辑电平，通过MAX232等电平转换芯片 与单片机的串行口连接，实现串行通信。
2
RS-485接口
采用差分信号传输方式，具有高抗干扰能力和远 距离传输能力，通过专用芯片与单片机的串行口 连接。
控制理论的产生与发展讲义(PPT 34张)
1.五十年代后期，贝尔曼（Bellman）等人提出了状态分析法； 在1957年提出了动态规划。
2.1959年卡尔曼（Kalman）和布西创 建了卡尔曼滤波理论；1960年在控制 系统的研究中成功地应用了状态空间 法，并提出了可控性和可观测性的新 概念。 卡尔曼
3. 1961年庞特里亚金（俄国人）提出 了极小（大）值原理。
庞特里亚金 L.S.Pontryagin 4. 罗森布洛克（H.H.Rosenbrock）、欧文斯（D.H.Owens） 和麦克法轮（G.J.MacFarlane）研究了使用于计算机辅助控制 系统设计的现代频域法理论，将经典控制理论传递函数的概念 推广到多变量系统，并探讨了传递函数矩阵与状态方程之间的 等价转换关系，为进一步建立统一的线性系统理论奠定了基础
最优估计理论
自适应控制理论
系统辨识理论
智能控制理论
现代控制理论与经典控制理论的差异
经典控制理论 研究对象 单输入单输出系统(SISO) 高阶微分方程 研究方法 研究工具 传递函数法(外部描述) 拉普拉斯变换 现代控制理论 多输入多输出系统(MIMO) : 一阶微分方程 状态空间法(内部描述) 线性代数矩阵
分析方法
设计方法 其他
频域(复域),频率响应和根轨迹法
PID控制和校正网络
复域、实域，可控和可观测
状态反馈和输出反馈
频率法的物理意义直观、实用， 易于实现实时控制和最优控制 难于实现最优控制
现代控制理论的应用
比起经典控制理论, 现代控制理论考虑问题更全 面、更复杂,主要表现在考虑系统内部之间的耦合, 系统外部的干扰,但符合从简单到复杂的规律。现代 控制理论已经应用在工业、农业、交通运输及国防 建设等各个领域。
控制论之父——韦纳
PLC的认识
Start
R
5）、随着PLC技术的发展，大型、高档的PLC具有很强的运算与数据处理等 功能，为方便用户编程，增加程序的可植性，许多高档PLC都配备了BASIC、C等高级编
程语言。
第三十四页，共51页。
七、PLC的工作原理
o 一、工作方式：周期循环扫描 o 二、工作过程：内部处理与自诊断、
通信服务、输入采样、程序执行、输出刷 新几个外阶段。
硬件触点数量有限， 一般4～8对
软继电器组成。实质上是存储器中的一
个位Bit，可以置“0”或置“1”，触
头无磨损。
各软继电器处于周期循环扫描工作 状态，属于“串行”工作方式
PLC梯形图中软继电器的触点数量无 限，在编程时可无限次使用。
4．控制电路实
施方式不同
依靠硬线接线来实施控制， 需要改变功能时须从新接 线。
第三十八页，共51页。
任务二、PLC的I/O接线
面板认识
三菱FX2N系列PLC的面板
Ⅰ-----型号
Ⅱ-----状态指示灯
Ⅲ-----模式转换开关与通讯接口 Ⅳ -----PLC的电源端子与输入端子 Ⅴ-----输入指示灯 Ⅵ-----输出指示灯 Ⅶ-----输出端子
第三十九页，共51页。
1．型号
o(1)开关量逻辑控制：这是PLC最基本的应用，即用PLC取代传统的继电器控制系
统，实现逻辑控制和顺序控制。
o(2)模拟量过程控制：除了数字量之外，PLC还能控制连续变化的模拟量，如
温度、压力、速度、流量、液位、电压和电流等模拟量。
o(3)运动控制：大多数PLC都有拖动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置
采用软件编程来实现控制，可做在线修 改。
第三十七页，共51页。
智能控制导论 蔡志兴版 教学课件1
14
（2）人—机结合作为控制器的控制系统：机器完 成需要连续进行的并需快速计算的常规控制任务，
人则完成任务分配、决策、监控等任务；
（3）无人参与的自主控制系统：为多层的智能控
制系统，需要完成问题求解和规划、环境建模、
传感器信息分析和低层的反馈控制任务。如自主 机器人。
15
萨里迪斯对智能控制系统的分类做出贡献。 他把智能控制理论分成三级递阶结构，即组织 级、协调级和执行级。这些思想成为递阶控制 的基础。 阿尔布斯等开发了一个分层控制理论，能够 表示学习，并能提供复杂情况下学习的反射影 响。此外，他还提出求解和规划功能。
三元交集结构理论
分级智能控制系统
组织器
组织级
它代表系统的主导思 想， 并由人工智能起控制 作用 是上（第一级）下 （第三级） 级间的接口，由人工 智能和运筹学起控制 作用
分配器
协调器1
…
协调器N
协调级
硬件控制器1
…
…
硬件控制器N
执行级 是智能控制系统的最 低层级，要求具有很 高的精度，并由控制 理论进行控制
7
1.2
智能控制的发展和学科的建立
智能控制是人工智能和自动控制的重要部分 和研究领域，被认为是通向自主机器递阶道路
上的自动控制的顶层。
自动控制发展的最新阶段，主要用于解决传
统控制难以解决的复杂系统的控制问题。控制
科学的发展过程如图所示。
8
（3）针对实际系统往往需要进行一些比较苛刻
的线性化假设，而这些假设往往与实际系统不符
23
智能控制的基本概念
智能控制是一类 无需人的干预就 能够自主地驱动 智能机器实现其 目标的自动控制， 也是用计算机模 拟人类智能的一 个重要领域。
智能控制的产生与发展
理 论 难 以达 到 的效 果 。
图 １ 自动控制的发展过程
（） ３ 遗传算法 与模糊逻辑。模糊 系统可以 比较严密地表示
收稿 日期 ．０ ８ ０ — ６ ２０—８２ 作者简介： 丁群燕（ ７ － ） 湖北黄冈人， １ ５ ， ９ 女， 工程硕士， 高级技师 ， 高校讲师， 研究方 向： 电系统控制 。 机
充分利用两者的优点 。 两者的结合包括多种形式。 一是将遗传
科学发展的最新进程 。已经被广泛应用于社会众多领域 ， 解决
了大量 的传统控制无法解决 的实际控制应用问题 ，呈现 出强
算 法用于神经 网络 中，利用遗传算法的寻优能力来对神经 网 络的连接权值进行优化学习 ， 以获得最佳权 值。 将遗传算法用
与神经 网络系统相结合 ， 形成一个优势互补系统。 神经 网络从
结构上模仿人脑 ， 形成“ 硬件” 拓扑结构 ； 模糊逻辑从功能上模 仿人 的大脑 ， 形成“ 软件 ” 模拟。将这两 种对人脑 “ 硬件” “ 和 软
件” 的模拟 进行有机地结 合 ， 可相互 取长补短 ， 使得 系统控制 性能得到 明显 提高 ，将 会获得传统控制方法和其它现代控制
信息论 、 人工 智能 、 生学 、 仿 神经生理学 及计算机科学发展 的
基础上逐渐形成 的一类高级信息与控制技术 。智能控制突破
了传统控制理论 中必须基 于数学模型 的框架 ，又继承了人类
思维的非线性特性。 某些智能控制方法还具有在线辨识 、 策 决
术讨论会 。这次会议之后不久 ， Ｉ Ｅ 在 Ｅ Ｅ控制 系统学会 内成立 了 ＩＥ Ｅ Ｅ智能控制专业委员会 ， 该专业委员会组织 了对智能控 制定义 和研究生课程教学大纲的讨论。１ ８ ９ ７年 １ ， ＩＥ 月 由 ＥＥ 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 ，
图 １ 自动控制的发展过程
（） ３ 遗传算法 与模糊逻辑。模糊 系统可以 比较严密地表示
收稿 日期 ．０ ８ ０ — ６ ２０—８２ 作者简介： 丁群燕（ ７ － ） 湖北黄冈人， １ ５ ， ９ 女， 工程硕士， 高级技师 ， 高校讲师， 研究方 向： 电系统控制 。 机
充分利用两者的优点 。 两者的结合包括多种形式。 一是将遗传
科学发展的最新进程 。已经被广泛应用于社会众多领域 ， 解决
了大量 的传统控制无法解决 的实际控制应用问题 ，呈现 出强
算 法用于神经 网络 中，利用遗传算法的寻优能力来对神经 网 络的连接权值进行优化学习 ， 以获得最佳权 值。 将遗传算法用
与神经 网络系统相结合 ， 形成一个优势互补系统。 神经 网络从
结构上模仿人脑 ， 形成“ 硬件” 拓扑结构 ； 模糊逻辑从功能上模 仿人 的大脑 ， 形成“ 软件 ” 模拟。将这两 种对人脑 “ 硬件” “ 和 软
件” 的模拟 进行有机地结 合 ， 可相互 取长补短 ， 使得 系统控制 性能得到 明显 提高 ，将 会获得传统控制方法和其它现代控制
信息论 、 人工 智能 、 生学 、 仿 神经生理学 及计算机科学发展 的
基础上逐渐形成 的一类高级信息与控制技术 。智能控制突破
了传统控制理论 中必须基 于数学模型 的框架 ，又继承了人类
思维的非线性特性。 某些智能控制方法还具有在线辨识 、 策 决
术讨论会 。这次会议之后不久 ， Ｉ Ｅ 在 Ｅ Ｅ控制 系统学会 内成立 了 ＩＥ Ｅ Ｅ智能控制专业委员会 ， 该专业委员会组织 了对智能控 制定义 和研究生课程教学大纲的讨论。１ ８ ９ ７年 １ ， ＩＥ 月 由 ＥＥ 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 ，
人工智能培训课件(ppt 51页)
• 定义5 人工智能是那些与人的思维、决策、问题求解 和学习等有关活动的自动化（Bellman,1978）。
• 定义6 人工智能是用计算模型研究智力行为 （Charniak和McDermott,1985）。
• 定义7 人工智能是研究那些使理解、推理和行为成为 可能的计算（Winston,1992）。
– 专家系统
– 知识工程
– 知识工程席卷全球
– 各国发展计划：
• 美国星球大战计划
• 英国ALVEY计划
• 法国UNIKA 计划
• 例子2：能够进行深海探测的潜水机器人。
• 例子3：在星际探险中的移动机器人，如美国研制的
火星探测车。
9
1.1.1 人工智能的定义
• 定义2 人工智能(学科) 人工智能(学科)是计算机科学中涉及研究、设计
和应用智能机器的一个分支。它的近期主要目标在于 研究用机器来模仿和执行人脑的某些智力功能，并开 发相关理论和技术。 • 定义3 人工智能(能力)
Artificial Intelligence 人计工算智机科能学与应用专业
计算机科学与技术专业
1
课程简介
1. 本课程较系统地介绍人工智能的基本概念、原理和 方法，为学生研究或应用人工智能技术打下基础。
2. 掌握人工智能基本原理，包括人工智能的两大支柱： 搜索技术（盲目搜索、启发式搜索）和知识表示 （知识表示和推理方法：一阶谓词逻辑，即命题演 算和谓词演算）及其计算机实现。
人工智能(能力)是智能机器所执行的通常与人类 智能有关的智能行为，如判断、推理、证明、识别、 感知、理解、通信、设计、思考、规划、学习和问题 求解等思维活动。
10
其它几种关于人工智能的定义
• 定义4 人工智能是一种使计算机能够思维，使机器具 有智力的激动人心的新尝试（Haugeland,1985）。
• 定义6 人工智能是用计算模型研究智力行为 （Charniak和McDermott,1985）。
• 定义7 人工智能是研究那些使理解、推理和行为成为 可能的计算（Winston,1992）。
– 专家系统
– 知识工程
– 知识工程席卷全球
– 各国发展计划：
• 美国星球大战计划
• 英国ALVEY计划
• 法国UNIKA 计划
• 例子2：能够进行深海探测的潜水机器人。
• 例子3：在星际探险中的移动机器人，如美国研制的
火星探测车。
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1.1.1 人工智能的定义
• 定义2 人工智能(学科) 人工智能(学科)是计算机科学中涉及研究、设计
和应用智能机器的一个分支。它的近期主要目标在于 研究用机器来模仿和执行人脑的某些智力功能，并开 发相关理论和技术。 • 定义3 人工智能(能力)
Artificial Intelligence 人计工算智机科能学与应用专业
计算机科学与技术专业
1
课程简介
1. 本课程较系统地介绍人工智能的基本概念、原理和 方法，为学生研究或应用人工智能技术打下基础。
2. 掌握人工智能基本原理，包括人工智能的两大支柱： 搜索技术（盲目搜索、启发式搜索）和知识表示 （知识表示和推理方法：一阶谓词逻辑，即命题演 算和谓词演算）及其计算机实现。
人工智能(能力)是智能机器所执行的通常与人类 智能有关的智能行为，如判断、推理、证明、识别、 感知、理解、通信、设计、思考、规划、学习和问题 求解等思维活动。
10
其它几种关于人工智能的定义
• 定义4 人工智能是一种使计算机能够思维，使机器具 有智力的激动人心的新尝试（Haugeland,1985）。
人工智能智能控制PPT
AI IC AC
智能控制的二元结构
三元结构
萨里迪斯(Saridis)认为，二
元交集的两元互相支配无助于智
能控制的有效和成功应用，必须 把远筹学的概念引入智能控制，
AI
使它成为三元交集中的一个子集。
对这一问题的争论，在IEEE第
一次智能控制国际讨论会上达到
高潮。
OR IC
CT
萨里迪斯还提出分级智能控 制系统，由3个智能(感知)级组 成：组织级、协调级、执行级。
（4）把任务协商作为控制系统以及控制过程的一 部分来考虑。
在上述讨论的基础上，我们能够给出智能控 制器的一般结构，如下图 所示。
不完全任务描述
任务协商
混合知识表示
多传感器 感知系统
各种传感器
高层规划/控制 常规控制过程
各种驱动器
世界（环境）
智能控制器的一般结构
3. 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 和以数学模型表示的混合控制过程。
智能控制的三元结构
知识组织器
协调器1 硬件控制器1
协调器n 硬件控制器n
组织级 协调级 执行级
过程1
过程n
分级智能控制系统
四元结构 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， 把智能控制看做人工智能、 自动控制、运筹学和信息 论四个学科的交集。
AI
1967年，Leondes和Mendel首先正式使用 “智能控制”一词。
智能控制的产生和发展
1985年，在美国首次召开了智能控制学 术讨论会。
1987年又在美国召开了智能控制的首届 国际学术会议，标志着智能控制作为一个 新的学科分支得到承认。
智能控制理论及应用PPT课件
20世纪50年代至70年代是神经网络研究的萧条期，但仍有 不少学者致力于神经网络模型的研究；
Albus在1975年提出的CMAC神经网络模型，利用人脑记 忆模型提出了一种分布式的联想查表系统；
Grossberg在1976年提出的自谐振理论（ART）解决了无 导师指导下的模式分类；
到了80年代，人工神经网络进入了发展期：
1985年8月，IEEE在美国纽约召开了第一届智能控制学术 研讨会，会上集中讨论了智能控制的原理和系统结构等问题。 这次会议之后不久，IEEE控制系统学会成立了智能控制专业委 员会。1987年1月，IEEE控制系统学会和计算机学会在美国费 城联合召开了智能控制的第一次国际会议，来自美、欧、日、 中以及其他国家的150余位代表出席了这次学术盛会。
从控制论的角度出发：智能控制是驱动智能机器自主地实 现其目标的过程。或者说，智能控制是一类无需人的干预就能 独立地驱动智能机器实现其目标的自动控制方法。
以上各种描述说明：智能控制具有认知和仿人的功能；能 适应不确定性的环境；能自主处理信息以减少不确定性；能可 靠地进行规划，产生和执行有目的的行为，以获取最优的控制 效果。
1968年扎德首次公开发表其“模糊控制算法”；
1973年他又发表了语言与模糊逻辑相结合的系统建立方法； 1974年伦敦大学Mamdani博士首次尝试利用模糊逻辑，成 功地开发了世界上第一台模糊控制的蒸汽引擎；
1979年T.J.Procky和E.H.Mamdani共同提出了自学习概念， 使系统性能大为改善；
11
18.07.2020
北京科技大学自动化学院控制科学与工程系
1.2 智能控制的发展概况
1.2.1 智能控制的产生 人们将智能控制的产生归结为二大主因，一是自动控制理
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18
智能控制的定义、特点
❖ 智能控制的定义 智能机器
▪ 能够在定形或不定形，熟悉或不熟悉的环境中自 主地或与操作人员交互作用以执行各种拟人任务 的机器叫做智能机器。
❖ 源自物理学与数学的自动控制理论(在当时称为自动 调节原理，简称调节原理)开始逐步形成。
❖ 1892年，俄国李亚普诺夫(Lyapunov)的博士论文-“论运动稳定性的一般问题”，提出了李亚普诺夫 (Lyapunov)稳定理论。
❖ 1922年，美国N.Minorsky 研制出用于船舶驾驶的伺 服结构，提出了PID控制律。
▪ 此 外 ， 奥 斯 特 洛 姆 (ÅstrÖm) 、 迪 席 尔 瓦 (de Silva)、周其鉴、蔡自兴、霍门迪梅洛(Homen de Mello)和桑德森(Sanderson)等于80年代分别提出 和发展了专家控制、基于知识的控制、仿人控制、 专家规划和分级规划等。
15
智能控制的产生和发展
开环控制
控制复杂性 8
智能控制的产生和发展
❖ 控制理论发展的三个阶段
▪ 第一阶段：经典控制理论（形成于20世纪40到60 年代）。
▪ 第二阶段：现代控制理论（形成于20世纪60到70 年代）
▪ 第三阶段：智能控制理论（20世纪70年代至今）
9
智能控制的产生和发展
传递函数
经
典
根轨迹图
控
制
波特图
理
奈奎斯特图
▪ 苛刻的系统假设在应用中往往与实际不相吻合； ▪ 复杂、不确定性的对象,以传统方法无法解决建模
问题； ▪ 为了提高性能,传统控制系统可能变得很复杂,从
而增加了设备的初投资和维修费用,降低系统的可 靠性； ▪ 应用要求进行创新，提出新的控制思想，进行新 的集成开发，解决未知环境中复杂系统的控制问 题。
▪ 1967年,利昂兹(Leondes)等人首次正式使用“智 能控制”一词。这一术语的出现要比“人工智能” 晚11年,比“机器人”晚47年。
14
智能控制的产生和发展
▪ 萨里迪斯(Saridis)对智能控制系统的分类作出贡 献。他把智能控制发展道路上的最远点标记为人 工智能。他认为,人工智能能够提供最高层的控制 结构,进行最高层的决策。
▪ 《模式识别与人工智能》、《智能系统学报》等 学术刊物
▪ 标志着智能控制作为一门独立的新学科在我国已 经建立起来了
17
智能控制的产生和发展
❖ 智能控制作为一门新学科的科学意义 ▪ 为解决传统控制无法解决的问题找到了一 条新途径； ▪ 促进自动控制向着更高水平发展； ▪ 激发学术界的思想解放，推动科技创新； ▪ 为实现脑力劳动和体力劳动的自动化做出 贡献； ▪ 为多种学派合作树立了典范
论
❖主 要 代 表 人 物 ： Bode, Evans, Nyquist ， Routh，……
10
智能控制的产生和发展
状态空间法
现
代
卡尔曼滤波
控 制
最优控制
理
能控性和能观性
论
❖ 主要代表人物：卡尔曼(Kalman), 庞特里亚金 (Pontryagin),贝尔曼(Bellman),奥斯特隆姆 (Astrom)，……
❖两次学术会议
▪ 1985年8月美国纽约，IEEE召开了第一 届智能控制学术讨论会，成立IEEE智 能控制专业委员会。
▪ 1987年1月美国费城，第一次智能控制 国际会议。标志着智能控制作为一门 独立学科，正式在国际上建立。
16
智能控制的产生和发展
❖ 国内发展状况
▪ 成立中国人工智能学会智能控制与智能管理专业 委员会及智能机器人专业委员会，中国自动化学 会智能自动化专业委员会等学术团体。
智能控制初步介绍
——产生与发展
主要内容
❖智能控制的产生和发展 ❖智能控制的定义、特点 ❖智能控制的主要分支 ❖智能控制的结构理论体系
2
智能控制的产生和发展
瓦特蒸汽机
瓦特 3
智能控制的产生和发展
瓦特的离心调速器 4
智能控制的产生和发展
❖在公元1788年前后，瓦特采用离心调速器， 改进了蒸气机，促进了工业大生产的进程。 这种采用机械式调节原理实现的动力机速度 自动控制是自动化发展中的第一个里程碑。
❖ 传统控制理论：经典反馈控制、现代控制、 大系统理论等，在应用中遇到不少难题。多 年来，自动控制一直在寻找新的出路。现在 看来，出路之一就是实现控制系统的智能化， 以期解决面临的难题。
7
智能控制的产生和发展
自动控制的发展过程
进展方向
智能控制
自学习控制
自适应、鲁棒控制
随机控制
最优控制
确定性反馈控制
11
智能控制的产生和发展
模糊控制
智
能
神经网络
控
制
进化计算
理
论
……
❖主 要 代 表 人 物 ： Zadeh ， Hopfield ， J.Holland，……
12
智能控制的产生和发展
❖ 传统控制理论面临的难题
▪ 精确数学模型和复杂性、非线性、时变性、不确 定性、不完全性之间的矛盾，导致无法获得精确 的数学模型；
❖离心调速器开启了近代自动化控制的先河， 实现了自动化控制，标志着近代自动化控制 技术的诞生，对工业革命的影响巨大而深远。 离心调速器结构简单，性能可靠，至今仍在 大范围1868年，以离心式调速器为背景，物理学家麦克斯韦 尔(Maxwell)研究了反馈系统的稳定性问题，发表了 目 前 公 认 的 控 制 理 论 最 早 的 理 论 论 文 --“ 论 调 速 器 (On Governors)”。
❖ 1942年尼克尔斯 Nichols提出了回路整定技术(PID整 定表和设计用的尼可尔斯图 )。
6
智能控制的产生和发展
❖长期以来，自动控制科学已对整个科学技术 的理论和实践作出了重要贡献，并为人类社 会带来了巨大利益。然而，现代科学技术的 迅速发展和重大进步，对控制和系统科学提 出了更新更高要求，自动控制理论和工程正 面临新的发展机遇和严峻挑战。
13
智能控制的产生和发展
❖ 智能控制的发展
▪ 1965年,著名的美籍华裔科学家傅京孙(K.S.Fu)教 授首先把人工智能的启发式推理规则用于学习控 制系统；然后,他又于1971年论述了人工智能与自 动控制的交接关系。由于傅先生的重要贡献,他已 成为国际公认的智能控制的先行者和奠基人。
▪ 模糊控制是智能控制的又一活跃研究领域。扎德 (Zadeh)于1965年发表了他的著名论文 “模糊集 合”(fuzzy sets),开辟了模糊控制的新领域。
智能控制的定义、特点
❖ 智能控制的定义 智能机器
▪ 能够在定形或不定形，熟悉或不熟悉的环境中自 主地或与操作人员交互作用以执行各种拟人任务 的机器叫做智能机器。
❖ 源自物理学与数学的自动控制理论(在当时称为自动 调节原理，简称调节原理)开始逐步形成。
❖ 1892年，俄国李亚普诺夫(Lyapunov)的博士论文-“论运动稳定性的一般问题”，提出了李亚普诺夫 (Lyapunov)稳定理论。
❖ 1922年，美国N.Minorsky 研制出用于船舶驾驶的伺 服结构，提出了PID控制律。
▪ 此 外 ， 奥 斯 特 洛 姆 (ÅstrÖm) 、 迪 席 尔 瓦 (de Silva)、周其鉴、蔡自兴、霍门迪梅洛(Homen de Mello)和桑德森(Sanderson)等于80年代分别提出 和发展了专家控制、基于知识的控制、仿人控制、 专家规划和分级规划等。
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智能控制的产生和发展
开环控制
控制复杂性 8
智能控制的产生和发展
❖ 控制理论发展的三个阶段
▪ 第一阶段：经典控制理论（形成于20世纪40到60 年代）。
▪ 第二阶段：现代控制理论（形成于20世纪60到70 年代）
▪ 第三阶段：智能控制理论（20世纪70年代至今）
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智能控制的产生和发展
传递函数
经
典
根轨迹图
控
制
波特图
理
奈奎斯特图
▪ 苛刻的系统假设在应用中往往与实际不相吻合； ▪ 复杂、不确定性的对象,以传统方法无法解决建模
问题； ▪ 为了提高性能,传统控制系统可能变得很复杂,从
而增加了设备的初投资和维修费用,降低系统的可 靠性； ▪ 应用要求进行创新，提出新的控制思想，进行新 的集成开发，解决未知环境中复杂系统的控制问 题。
▪ 1967年,利昂兹(Leondes)等人首次正式使用“智 能控制”一词。这一术语的出现要比“人工智能” 晚11年,比“机器人”晚47年。
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智能控制的产生和发展
▪ 萨里迪斯(Saridis)对智能控制系统的分类作出贡 献。他把智能控制发展道路上的最远点标记为人 工智能。他认为,人工智能能够提供最高层的控制 结构,进行最高层的决策。
▪ 《模式识别与人工智能》、《智能系统学报》等 学术刊物
▪ 标志着智能控制作为一门独立的新学科在我国已 经建立起来了
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智能控制的产生和发展
❖ 智能控制作为一门新学科的科学意义 ▪ 为解决传统控制无法解决的问题找到了一 条新途径； ▪ 促进自动控制向着更高水平发展； ▪ 激发学术界的思想解放，推动科技创新； ▪ 为实现脑力劳动和体力劳动的自动化做出 贡献； ▪ 为多种学派合作树立了典范
论
❖主 要 代 表 人 物 ： Bode, Evans, Nyquist ， Routh，……
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智能控制的产生和发展
状态空间法
现
代
卡尔曼滤波
控 制
最优控制
理
能控性和能观性
论
❖ 主要代表人物：卡尔曼(Kalman), 庞特里亚金 (Pontryagin),贝尔曼(Bellman),奥斯特隆姆 (Astrom)，……
❖两次学术会议
▪ 1985年8月美国纽约，IEEE召开了第一 届智能控制学术讨论会，成立IEEE智 能控制专业委员会。
▪ 1987年1月美国费城，第一次智能控制 国际会议。标志着智能控制作为一门 独立学科，正式在国际上建立。
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智能控制的产生和发展
❖ 国内发展状况
▪ 成立中国人工智能学会智能控制与智能管理专业 委员会及智能机器人专业委员会，中国自动化学 会智能自动化专业委员会等学术团体。
智能控制初步介绍
——产生与发展
主要内容
❖智能控制的产生和发展 ❖智能控制的定义、特点 ❖智能控制的主要分支 ❖智能控制的结构理论体系
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智能控制的产生和发展
瓦特蒸汽机
瓦特 3
智能控制的产生和发展
瓦特的离心调速器 4
智能控制的产生和发展
❖在公元1788年前后，瓦特采用离心调速器， 改进了蒸气机，促进了工业大生产的进程。 这种采用机械式调节原理实现的动力机速度 自动控制是自动化发展中的第一个里程碑。
❖ 传统控制理论：经典反馈控制、现代控制、 大系统理论等，在应用中遇到不少难题。多 年来，自动控制一直在寻找新的出路。现在 看来，出路之一就是实现控制系统的智能化， 以期解决面临的难题。
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智能控制的产生和发展
自动控制的发展过程
进展方向
智能控制
自学习控制
自适应、鲁棒控制
随机控制
最优控制
确定性反馈控制
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智能控制的产生和发展
模糊控制
智
能
神经网络
控
制
进化计算
理
论
……
❖主 要 代 表 人 物 ： Zadeh ， Hopfield ， J.Holland，……
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智能控制的产生和发展
❖ 传统控制理论面临的难题
▪ 精确数学模型和复杂性、非线性、时变性、不确 定性、不完全性之间的矛盾，导致无法获得精确 的数学模型；
❖离心调速器开启了近代自动化控制的先河， 实现了自动化控制，标志着近代自动化控制 技术的诞生，对工业革命的影响巨大而深远。 离心调速器结构简单，性能可靠，至今仍在 大范围1868年，以离心式调速器为背景，物理学家麦克斯韦 尔(Maxwell)研究了反馈系统的稳定性问题，发表了 目 前 公 认 的 控 制 理 论 最 早 的 理 论 论 文 --“ 论 调 速 器 (On Governors)”。
❖ 1942年尼克尔斯 Nichols提出了回路整定技术(PID整 定表和设计用的尼可尔斯图 )。
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智能控制的产生和发展
❖长期以来，自动控制科学已对整个科学技术 的理论和实践作出了重要贡献，并为人类社 会带来了巨大利益。然而，现代科学技术的 迅速发展和重大进步，对控制和系统科学提 出了更新更高要求，自动控制理论和工程正 面临新的发展机遇和严峻挑战。
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智能控制的产生和发展
❖ 智能控制的发展
▪ 1965年,著名的美籍华裔科学家傅京孙(K.S.Fu)教 授首先把人工智能的启发式推理规则用于学习控 制系统；然后,他又于1971年论述了人工智能与自 动控制的交接关系。由于傅先生的重要贡献,他已 成为国际公认的智能控制的先行者和奠基人。
▪ 模糊控制是智能控制的又一活跃研究领域。扎德 (Zadeh)于1965年发表了他的著名论文 “模糊集 合”(fuzzy sets),开辟了模糊控制的新领域。