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《智能控制》课程笔记
《智能控制》课程笔记第一章绪论1.1 智能控制的产生和发展智能控制是随着科技的发展而逐渐兴起的一个领域，它是自动控制理论的重要组成部分。
智能控制的概念最早可以追溯到20世纪60年代，当时人工智能、模式识别、系统辨识等领域的研究成果为智能控制的发展奠定了基础。
进入20世纪70年代，随着计算机技术的飞速发展，智能控制得到了迅速推广和应用。
20世纪80年代以来，智能控制已成为自动控制领域的研究热点，并在许多领域取得了显著成果。
智能控制的发展受到了许多领域的推动，如计算机科学、人工智能、自动控制、电子学、生物学等。
这些领域的研究成果为智能控制的理论和方法提供了丰富的素材。
目前，智能控制已在工业生产、交通运输、生物医学、能源等领域得到了广泛应用。
1.2 智能控制的定义和特点智能控制是指采用人工智能、模式识别、系统辨识等技术，对复杂系统进行建模、分析、设计和控制的方法。
智能控制的特点主要包括：1. 自适应性：智能控制系统能够根据环境和任务的变化，自动调整控制策略，实现最优控制。
2. 鲁棒性：智能控制系统具有较强的鲁棒性，能够在一定范围内适应不确定性和外部干扰。
3. 学习能力：智能控制系统能够通过学习，不断优化控制策略，提高控制性能。
4. 解释能力：智能控制系统能够对控制结果进行解释，为用户提供决策支持。
5. 实时性：智能控制系统能够在实时环境下运行，满足实时性要求。
1.3 智能控制的研究内容智能控制的研究内容主要包括以下几个方面：1. 智能控制理论：研究智能控制的基本原理和方法，包括人工智能、模式识别、系统辨识等。
2. 智能控制器设计：研究如何设计智能控制器，实现复杂系统的稳定、高效运行。
3. 智能控制应用：研究智能控制在各个领域的应用，如工业生产、交通运输、生物医学等。
4. 智能控制仿真与实验：利用计算机仿真和实验手段，验证智能控制理论和方法的有效性。
5. 智能控制与其他学科的交叉研究：探讨智能控制与生物学、心理学、经济学等学科的交叉研究，为智能控制的发展提供新的思路和方法。
智能控制技术概述
发展期
现在
智能控制思潮出现于60年代，智能控制的产生和发展经历了萌 芽、形成和发展三个阶段。
1）萌芽期（1960－1970）
1965年，加利福尼亚大学 的扎德(L.A. Zadeh)教授 提出了模糊集合理论；
1967年，利昂德斯（）和 门德尔首先使用“智能 控制”一词。这标志着智 能控制的思想已经萌芽
L.A. Zadeh
2）形成期（1970－1980）
20世纪70年代可以看做是智能控制的形成期： ➢1974年英国工程师曼德尼（）将模糊集合和模糊语言用于锅 炉和蒸汽机的控制，取得良好的结果。 ➢1977年，萨里迪斯(Saridis)提出智能控制三元结构定义。
3）发展期（1980－ ）
➢1985年，IEEE在纽约召开了第一届全球智能控制学术 讨论会，标志着智能控制作为一个学科分支正式被学术 界接受。 ➢1987年在费城举行的国际智能控制会议上，提出了智 能控制是自动控制，人工智能、运畴学相结合的说法。 此后，每年举行一次全球智能控制研讨会，形成了智能 控制的研究热潮。
目录
智能控制应用领域 智能控制的提出 智能控制的发展 智能控制的概念
一、智能控制应用领域
工业
航天航空 军事领域
智能医疗
智能 控制
智能交通
智能家电 智能家居
智能电网
智能控制代表着当今科学和技术发展的最新方向之一。目前，智能控制技术已经 日渐完善，并得到广泛应用，例如智能家电、智能家居、智能电网、智能交通， 航空航天、军事以及工业、医疗等领域。
智能控制的发展
智能控制理论
智能控制
进
自学习控制
展
方 向
自适应/鲁棒控制
随机控制 最优控制
现代控制理论
智能控制
智能控制的基本概念智能控制的定义一: 智能控制是由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类规定的任务的一种机器.定义二: K.J.奥斯托罗姆则认为,把人类具有的直觉推理和试凑法等智能加以形式化或机器模拟,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.定义三: 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.定义四: 智能控制实际只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。
对许多复杂的系统，难以建立有效的数学模型和用常规的控制理论去进行定量计算和分析，而必须采用定量方法与定性方法相结合的控制方式。
定量方法与定性方法相结合的目的是，要由机器用类似于人的智慧和经验来引导求解过程。
因此，在研究和设计智能系统时，主要注意力不放在数学公式的表达、计算和处理方面，而是放在对任务和现实模型的描述、符号和环境的识别以及知识库和推理机的开发上，即智能控制的关键问题不是设计常规控制器，而是研制智能机器的模型。
此外，智能控制的核心在高层控制，即组织控制。
高层控制是对实际环境或过程进行组织、决策和规划，以实现问题求解。
为了完成这些任务，需要采用符号信息处理、启发式程序设计、知识表示、自动推理和决策等有关技术。
这些问题求解过程与人脑的思维过程有一定的相似性，即具有一定程度的“智能”。
随着人工智能和计算机技术的发展，已经有可能把自动控制和人工智能以及系统科学中一些有关学科分支（如系统工程、系统学、运筹学、信息论）结合起来，建立一种适用于复杂系统的控制理论和技术。
智能控制正是在这种条件下产生的。
它是自动控制技术的最新发展阶段，也是用计算机模拟人类智能进行控制的研究领域。
第二章 智能控制技术概述
人工神经网络应用领域
（1）监督控制 逆动态控制系统。 （2）逆动态控制系统。 自适应神经网络控制系统。 （3）自适应神经网络控制系统。 由神经网络单独构成的控制系统。 （4）由神经网络单独构成的控制系统。
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人工神经网络控制系统的发展现状（2 人工神经网络控制系统的发展现状（2）
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专家控制系统的发展及现状（1 专家控制系统的发展及现状（1）
专家系统概念： 专家系统概念：
– 专家系统是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统，它应用人 专家系统是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统， 工智能技术和计箅机技术， 工智能技术和计箅机技术，根据某领域一个或多个专家提供的知识 和经验，进行推理和判断， 和经验，进行推理和判断，模拟人类专家解决领域问题的计算机程 序系统。 序系统。
只是根据实际操作经验，对模糊控制器的简单应用， 只是根据实际操作经验，对模糊控制器的简单应用，没有考虑数学 模型。 模型。
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模糊控制系统的发展现状（ 模糊控制系统的发展现状（3）
第二阶段，自组织模糊控制器应用阶段。 第二阶段，自组织模糊控制器应用阶段。
具有自调整功能的模糊控制器 ，即能够自动修改、完善和调整的 即能够自动修改、 模糊控制规则，使被控过程的控制效果不断提高， 模糊控制规则，使被控过程的控制效果不断提高，甚至达到预定 的理想效果。 的理想效果。 模糊控制特点： 模糊控制特点：
模糊控制的发展经历： 模糊控制的发展经历：
–1974年，英国人 E.H.Mamdani，首次将模糊理论应用到蒸汽机 年 ， 控制中； 控制中； –1980年，工程师L.P.Holmblad和Lstergard 在水泥窑炉上安装了 年 工程师 和 模糊控制器并获得成功。 模糊控制器并获得成功。
智能控制基本原理(精选)
智能控制的发展前景
智能控制作为一门新兴控制技术，目前还处于发展初期。 基于遗传算法的智能控制，基于Petri网理论的智能控制，遗 传算法、神经网络和模糊控制相结合的综合优化控制等新的智 能控制理论和方法在不断涌现和发展之中。
可以预见，随着系统论、人工智能理论和计算机技术的发 展，智能控制将会有更大的发展空间，并在实际中得到更加广 泛的应用。
（3）采用传统控制方法时，必须遵循一些苛刻的线性化 假设，否则难以达到预期控制目标的复杂系统的控制问题；
（4）采用传统控制方法时，控制成本高、可靠性差或控 制效果不理想的复杂系统的控制问题。
精品文档
智能控制的研究内容
根据智能控制基本研究对象的开放性、复杂性、多层次和 信息模式的多样性、模糊性、不确定性等特点，其研究内容主 要包括以下几个方面。 （1）智能控制基本机理的研究
智能控制的二元结构
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智能控制的基本概念
以上关于智能控制结构理论的不同见解中，存在着以下几 点共识：
（1）智能控制是由多种学科相互交叉而形成的一门新兴 学科；
（2）智能控制是自动控制发展到新阶段的产物，它以人 工智能和自动控制的相互结合为主要标志；
（3）智能控制在发展过程中不断地吸收着控制论、信息 论、系统论、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理 学、仿生学等学科的思想、方法以及新的研究成果，目前仍在 发展和完善之中。
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智能控制的基本概念
人工智能产生于20世纪50年代，它是控制论、信息论、系 统论、计算机科学、神经生理学、心理学、数学以及哲学等多 种学科相互渗透的结果，也是电子计算机出现并广泛应用的结 果。
智能控制的提出和发展历程，一直伴随着人工智能的发展 而发展，人工智能作为智能控制的基础和重要组成部分，它的 每一个研究成果都对智能控制的发展起到了积极的推动作用。
智能控制理论及应用PPT课件
1.4 智能控制的主要形式
基于规则的仿人智能控制 仿人智能控制的核心思想是在控制过程中，利用计算机模拟人的控制行为功 能，最大限度地识别和利用控制系统动态过程提供的特征信息，进行启发和 直觉推理，从而实现对缺乏精确模型的对象迸行有效的控制。其基本原理是 模仿人的启发式直觉推理逻辑，即通过特征辩识判断系统当前所处的特怔状 态，确定控制的策略，进行多模态控制。
模糊控制
神经网络控制
B
A
C
专家控制
智能控制 D
仿人智能控制 F E
各种方法的综合集成
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分级递阶 智能控制
1.4 智能控制的主要形式
基于信息论的分级递阶智能控制
三级分级递阶智能控制系统是由G．N．Saridis于1977年提出的。该
系统由组织级、协调级和执行级组成，遵循“精度递增伴随智能递减”
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1.5 智能控制的现状和发展趋 势
• 发展趋势
智能控制理论的进一步研究，尤其是智能控制系统稳定性分析的 理论研究。
结合神经生理学、心理学、认识科学、人工智能等学科的知识， 深入研究人类解决问题时的经验、策略，建立更多的智能控制体 系结构。
研究适合现有计算机资源条件的智能控制方法。
•控制对象由单输入单输出系统转变为多输人多输出系统； •系统信息的获得由借助传感器转变为借助状态模型； •研究方法由积分变换转向矩阵理论、几何方法，由频率方 法转向状态空间的研究； •由机理建模向统计建模转变，开始采用参数估计和系统辨 识理论 •适用大型、复杂、高维、非线性和不确定性严重的对象
•不依赖对象模型，适用于未知或不确定性严重的对象 •具有人类智能的特征 •能够表达定性的知识或具有自学习能力
智能控制基础总结-PPT
0.09 0.6 0.4 0.84 0.49
1.0
NS
ZE
3.3231
0.7
0.3
u
0
2
4
6
u=3.32
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人工神经网络
❖ 人工神经网络就是模拟人脑细胞的分布式工作特 点和自组织功能，且能实现并行处理、自学习和 非线性映射等能力的一种系统模型。
❖ 神经网络系统研究主要有三个方面的内容，即神 经元模型、神经网络结构和神经网络学习方法。
相等：对于所有的u∈U ，均有μA(u)＝μB(u)。记作A=B。 包含：对于所有的u∈U ，均有μA (u) ≤μB(u)。记作AB。 空集：对于所有的u∈U ，均有μA(u) ＝0 。记作：A＝ 。 全集：对于所有的u∈U ，均有μA(u) ＝1。
14
交、并、补
交集：对于所有的u∈U ，均有
μC(u)=μA∧μB=min{μA(u),μB(u)} 则称C为A与B的 交集，记为 C=A∩B 。
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人工神经元模型
❖ 神经元模型是生物神经元的抽象和模拟。可看 作多输入/单输出的非线性器件 。
xi 输入信号，j=1,2,…,n;
wij 表示从单元uj 到单元ui 的
连接权值;
i
si 外部输入信号；
ui 神经元的内部状态；
θi 阀值；
yi 神经元的输出信号；
Neti wij x j si i , ui f(Neti ), yi g(ui ) j ❖ 通常假设yi=f(Neti)，而f为激励函数。
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智能控制的三元结构
❖ AC：动态反馈控制。
❖ AI：一个知识处理系 统，具有记忆、学习、 信息处理、形式语言、 启发式推理等功能。
智能控制第1讲 智能控制概论
Data, Information, Knowledge, IntelligenceIntelligence Knowledge Information Data房间温度高 解决温度 高的办法温度高原因通风量不足增大通风量房间温度 32℃理想温度 23℃Data, Information, Knowledge, IntelligenceIntelligence KnowledgeInformation Data传统控制面临的挑战 实际系统由于存在复杂性、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。
应用传统控制理论进行控制必须提出并遵循 一些比较苛刻的线性化假设，而这些假设在应 用中往往与实际情况不相吻合。
传统控制面临的挑战 传统控制方法在解决大范围变工况、异常 工况等问题方面往往不尽人意。
环境和被控对象的未知和不确定性，导致无 法建立模型。
9 传统控制往往不能满足某些系统的性能要 求。
控制科学发展过程进展方向最优控制 确定性反馈控制 开环控制 智能控制 自学习控制自组织控制 自适应控制 鲁棒控制 随机控制对象的复杂性智能控制的发展¾ 1985 年 8月，IEEE在纽约召开第一届智能控制学术 研讨会，主题：智能控制原理和智能控制系统。
会议 决定在 IEEE CSS 下设 IEEE 智能控制专业委员会。
这 标志着智能控制这一新兴学科研究领域的正式诞生。
¾ 1987 年 1 月 ， 美 国 费 城 ， 第 一 次 智 能 控 制 国 际 会 议，IEEE CSS与CS两学会主办； ¾ 1987 年以来，一些国际学术组织，如 IEEE 、 IFAC 等定期或不定期举办各类有关智能控制的国际学术会 议或研讨会，一定程度上反映了智能控制发展的好势 头。
智能控制的发展¾ 1991年7月，中国人工智能学会成立。
¾ 1993年7月，成都，中国人工智能学会智能机器人专 业委员会成立大会暨首届学术会议。