智能控制基础 第一章 智能控制概述
《智能控制基础了解》课件
能化的控制方式，智能化程度高于传统 的控制方法。
智能控制可以分为模糊控制、神经网络
控制、遗传算法控制等多种形式，根据
具体应用场景选择合适的方法。
3
模糊控制
模糊控制利用模糊逻辑推理来处理不确
定性和模糊性，适用于复杂且非线性的
神经网络控制
4
控制系统。
神经网络控制利用神经网络模型来建立
动态系统的映射关系，适用于数据驱动
基于遗传算法控制的电力 系统
遗传算法控制可以优化电力系统 的发电和输电策略，实现能源的 高效利用和环境保护。
未来展望
1 智能控制发展趋势
智能控制将越来越融入各个领域，实现更智能、更自动化的控制系统。
2 智能控制在智能家居、智能制造等领域的应用
智能控制可以提升家居和制造业的智能化水平，提供更便捷和高效的生活和工作环境。
控制系统基础
控制系统的组成要素
控制系统由信号接收、处理、执行三个基本组 成要素构成，实现对被控物体的控制。
PID控制器
PID控制器是最常用的控制器之一，包括比例、 积分和微分三个部分，用于提高系统的稳定性 和响应速度。
智能控制基础
1
智能控制的概念
智能控制是指利用人工智能技术实现智
智能控制的分类
2
智能控制基础了解
本课程将介绍智能控制的基础知识，包括概述、控制系统基础、智能控制基 础、智能控制的应用举例、未来展望和总结。
概述
1 什么是智能控制？
智能控制是指利用现代科技，通过感知、推 理和决策等能力来实现高效、自动化的控制 系统。
2 智能控制的应用领域
智能控制广泛应用于工业控制、机器人、自 动化设备、智能交通等领域，提高生产效率 和生活质量。
智能控制理论及其应用-第一章概述
1.2 智能控制的产生及其发展
（3）智能控制的发展
国际智能自动化学会(International Society Of Intelligent Automation，简称ISIA) 筹委会主席是模糊数学与模糊系统 的创始人L．A．Zadeh教授。筹委会第一次会议已于1995 年10月在加拿大温哥华召开。她的成立将在世界范围内对于 推动智能自动化的研究起到促进作用。 我国也十分重视智能控制理论和应用的研究。1993年在 北京召开了“全球华人智能控制与智能自动化大会”，1994年 在北京和沈阳召开了智能控制两个学术会议，1995年中国智 能自动化学术会议暨智能自动化专业委员会成立大会在天津 召开。
1.2 智能控制的产生及其发展
（1）智能控制的孕育
1966年，Mendel进一步在空间飞行器的学习控制系统 中应用了人工智能技术，并提出了“人工智能控制”的概 念。 1967年，Leondes和Mendel首先正式使用“智能控制” 一词，并把记忆、目标分解等一些简单的人工智能技术用 于学习控制系统，提高了系统处理不确定性问题的能力。 这就标志着智能控制的思想已经萌芽。
1.3 传统控制与智能控制
智能控制的产生来源于被控系统的高度复杂性、高度不 确定性及人们要求越来越高的控制性能，可以概括为，智能 控制是“三高三性”的产物，它的创立和发展需要对当代多种 前沿学科、多种先进技术和多种科学方法，加以高度综合和 利用。 因此，智能控制无疑是控制理论发展的高级阶段。
1.4 智能控制理论的主要特征
1.2 智能控制的产生及其发展
（3）智能控制的发展
美国《IEEE控制系统》杂志1991、1993～1995年多次发 表《智能控制专辑》，英国《国际控制》杂志1992年也发表了 《智能控制专辑》，日文《计测与控制》杂志1994年发表了 《智能系统特集》，德文《电子学》杂志自1991年以来连续发 表多篇模糊逻辑控制和神经网络方面的论文；俄文《自动化与 遥控技术》杂志1994年也发表了自适应控制的人工智能基础及 神经网络方面的研究论文。 如果说智能控制在80年代的应用和研究主要是面向工业过 程控制，那么90年代，智能控制的应用已经扩大到面向军事、 高技术领域和日用家电产品等领域。今天，“智能性”已经成为 衡量“产品”和“技术”高低的标准。
哈工大机电系统智能控制 第一章 概述
1.3 智能控制的理论结构
智能控制的理论结构明显地具有多 学科交叉的特点，许多研究人员试图建 立起智能控制这一新学科，他们提出了 一些有关智能控制系统结构的思想。按 照（傅京孙）和Saridis提出的观点，可 以把智能控制看作是人工智能、自动控 制和运筹学三个主要学科相结合的产物。 称之为三元结构。
1.2 智能控制的特点
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过程,也往 往是那些含有复杂性、不完全性、 模糊性或不确定性以及不存在已知 算法的非数学过程，并以知识进行 推理，以启发引导求解过程; 智能控制的核心在高层控制，即组 织级;
1.2 智能控制的特点
智能控制器具有非线性特性; 智能控制具有变结构特点; 智能控制器具有总体自寻优特性; 智能控制系统应能满足多样性目标 的高性能要求; 智能控制是一门边缘交叉学科; 智能控制是一个新兴的研究领域.
1.7 智能控制的发展概述
Saridis在学习控制系统研究的基础上，提出 了分级递阶和智能控制结构，整个结构自上而下 分为组织级、协调级和执行级三个层次，其中执 行级是面向设备参数的基础自动化级，在这一级 不存在结构性的不确定性，可以用常规控制理论 的方法设计。协调级实际上是一个离散事件动态 系统，主要运用运筹学的方法研究。组织级涉及 感知环境和追求目标的高层决策等类似于人类智 能的功能，可以借鉴人工智能的方法来研究。因 此，Saridis将傅京孙关于智能控制是人工智能与 自动控制相结合的提法发展为:智能控制是人工智 能、运筹学和控制系统理论三者的结合。
1.1 智能控制的基本概念
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。
智能控制教学大纲2024
智能控制教学大纲2024智能控制教学大纲2024
一、教学大纲
1.智能控制概述
（1）什么是智能控制
（2）智能控制的技术原理
（3）智能控制能实现的功能
2.智能控制基础
（1）传感器和执行器基础
（2）控制方法
（3）控制原理
3.智能控制实践
（1）智能控制的应用
（2）智能控制系统的搭建及实现
（3）智能控制系统的调试
4.实验实践
（1）简单的智能控制实验
（2）更复杂的智能控制实验
（3）设计和控制实验
二、课程考核
本门课的考核方式为考前准备、实验报告、考试和作业等。
1.考前准备
考前准备分为智能控制的基础知识和实验过程的准备，学生在此阶段应该努力把握智能控制基础理论，并准备熟悉搭建和实现智能控制系统的技术要点。
2.实验报告
实验报告是考核学生控制系统实验结果以及实验的基本思想的重要环节，要求学生能够将所学知识结合实际的实验，按照一定的格式系统的总结出实验的分析报告。
3.考试
考试主要考察学生对课程知识的掌握程度，既考查基础理论知识，也考查实验知识，要求学生在规定的时间内完成考试，在考试过程中能够有效的将所学知识运用到实践中去。
4.作业。
智能控制基础-第1章 绪论
在实际应用方面，智能控制在现代工业体系的39个 工业大类中都有广泛应用，尤其是在一些高精端行 业中，智能控制应用极为广泛。
5
智能控制 基础
怎样才能学好智能控制？
智能控制作为一门新兴学科，发展极快，分支极多， 需要关注学科最新的发展动态；
对于某些复杂的和饱含不确定性的控制过程，根本无法 用传统数学模型来表示，即无法解决建模问题。
第一章 智能控制概述
28
智能控制 基础
5、智能控制的研究对象
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。
为了提高控制性能，传统控制系统可能变得很复杂，从 而增加了设备的投资，减低了系统的可靠性。
控制问题；
领域是控制界当前的研究热
点和今后的发展方向。
第一章 智能控制概述
24
智能控制 基础
4、智能控制与传统控制的关系
然而，智能控制和传统控制又是密不可分的，而不是互 相排斥的。
传统控制是智能控制的一个组成部分，在这个意义下， 两者可以统一在智能控制的框架下；
传统控制在某种程度上可以认为是智能控制发展中的低 级阶段，智能控制是对传统控制理论的发展。
第1章 智能控制概述
智能控制 基础
课程涵盖的内容
智能控制的基本概念、特点、类型、对象特点； 模糊控制器、模糊辨识、自适应模糊控制器； 神经网络控制； 专家系统； 遗传算法、蚁群算法、粒子群算法。
2
智能控制 基础
课程总目标
掌握智能控制的基本概念、特点、主要类型、对象特点； 掌握智能控制的基本理论框架，了解智能控制技术的主要
智能控制ppt课件
从经典控制理论到现代控制理论 ，再到智能控制理论，经历了数 十年的发展。
智能控制与传统控制的区别
01
02
03
控制目标
传统控制追求精确的数学 模型，而智能控制更注重 实际控制效果。
控制方法
传统控制主要采用基于模 型的控制方法，而智能控 制则采用基于知识、学习 和经验的方法。
适应性
传统控制对环境和模型变 化适应性较差，而智能控 制具有较强的自适应能力 。
仿真调试、实验调试
调试方法
优化策略
性能评估
05
CATALOGUE
智能控制在工业领域的应用
工业自动化概述
工业自动化的定义和 发展历程
工业自动化对现代工 业的影响和意义
工业自动化的主要技 术和应用领域
中的应用
02
智能传感器和执行器在工业自动化中的应用
模糊控制器设计
包括模糊化、模糊推理、去模糊化等步骤，实现输入 输出的非线性映射。
神经网络控制技术
神经元模型
模拟生物神经元结构和功 能，构建基本计算单元。
神经网络结构
通过神经元之间的连接和 层次结构，构建复杂的神 经网络系统。
学习算法
基于样本数据训练神经网 络，调整连接权重和阈值 ，实现特定功能的控制。
。
智能控制在智能家居中的应用
智能照明控制
通过智能控制器和传感器，实 现灯光的自动调节和远程控制 ，提高照明舒适度和节能效果
。
智能窗帘控制
通过智能控制器和电机，实现 窗帘的自动开关和远程控制， 提高居住便捷性和私密性。
智能空调控制
通过智能控制器和温度传感器 ，实现空调的自动调节和远程 控制，提高居住舒适度和节能 效果。
智能控制基础了解
智能控制基础了解智能控制基础了解1.介绍智能控制的概念智能控制是指利用先进的技术和算法，对系统进行实时的监测和调整，以提高系统的性能和效率。
智能控制可以应用于各种领域，如工业控制、智能家居、自动驾驶等。
2.智能控制的基本原理(1) 传感器和执行器传感器用于感知系统的状态和环境信息，执行器用于执行控制命令。
(2) 控制算法控制算法根据传感器信息进行决策，并相应的控制命令。
(3) 反馈机制反馈机制用于对系统的输出进行实时监测和反馈，以调整控制算法的参数。
(4) 优化算法优化算法用于优化控制算法的参数，以实现最优的控制效果。
3.智能控制的分类(1) 闭环控制和开环控制闭环控制通过反馈机制实时调整控制命令，以减小系统的误差，而开环控制没有反馈机制。
(2) 模糊控制模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制方法，适用于复杂、非线性的系统。
(3) 神经网络控制神经网络控制利用神经网络模型进行系统建模和控制决策，具有自学习和适应能力。
(4) 遗传算法控制遗传算法控制通过模拟自然界的进化过程，对控制算法的参数进行优化。
4.智能控制的应用领域(1) 工业控制智能控制在工业领域广泛应用，如生产线控制、控制等，提高生产效率和质量。
(2) 智能家居智能控制在智能家居领域可以实现灯光、空调、门窗等设备的自动控制和优化管理。
(3) 自动驾驶智能控制在自动驾驶领域可以实现车辆的自主导航和行为决策，提高驾驶安全性和舒适性。
本文档涉及附件：________附件1 ●智能控制系统示意图本文所涉及的法律名词及注释：________1.智能控制：________指利用先进的技术和算法，对系统进行实时的监测和调整的过程。
2.闭环控制：________通过反馈机制实时调整控制命令，以减小系统的误差。
3.开环控制：________没有反馈机制的控制方式。
4.模糊控制：________一种基于模糊逻辑的控制方法，适用于复杂、非线性的系统。
5.神经网络控制：________利用神经网络模型进行系统建模和控制决策的控制方式。
智能控制理论及其在机器人上的应用
智能控制理论及其在机器人上的应用第一章：智能控制理论概述智能控制是一种利用人工智能技术实现对系统控制的技术，其目的在于给机器进行指令，控制其运动。
智能控制技术综合了智能计算、模糊逻辑、神经网络等计算机科学中的前沿技术，使得机器可以像人一样对环境做出反应，完成人们的工作任务。
智能控制理论研究了机器在复杂的环境下做出决策的方法，通过对数据的收集、处理以及算法的设计和调整，让机器具有感知、理解和适应环境的能力。
智能控制理论的研究对于机器人、无人飞行器、自动驾驶汽车等自主化系统至关重要。
第二章：智能控制在机器人上的应用机器人是智能控制技术的典型应用之一。
智能控制可以使机器人从一个简单的动作执行者提升为一个拥有自主决策能力、可以接受人类指令、智能感知环境、适应环境的智能机器人。
1. 机器人的感知机器人的感知是指让机器人具有感知环境、收集信息的功能。
机器人的感知技术可以通过传感器实现。
智能控制可以让机器人利用传感器把环境信息收集到机器人的电脑里，对它进行分析，在这个基础上进行相应的决策。
传感器的种类非常多，例如红外线传感器、激光雷达传感器、声波传感器、视觉传感器等，不同的传感器通过不同的方式来感知环境，并生成不同的数据。
智能控制可以帮助机器人对从传感器中收集到的信息进行处理并指导其展开相应的行动。
2. 机器人的决策机器人的决策能力是指让机器人像人类一样生成合理的决策，并根据情况调整自己的决策。
基于智能控制的机器人可以利用数据和算法来进行计算、分析和预测。
例如，基于智能控制的机器人在执行一项任务时，可以根据所处的环境变化、任务目标的变化以及其他因素来生成相应的决策。
如果需要调整，机器人就可以根据新的数据情况重新生成新的决策。
3. 机器人的执行机器人的执行能力是指让机器人能够按照预设计划或者生成的决策来执行任务。
机器人的控制系统可以根据信息反馈不断的调整机器人的动作，使机器人能够适应不同环境、不同任务目标的要求。
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2. 《模糊控制·神经控制和智能控制论》，李士勇 编著，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1998， 第2版；
3. 《智能控制理论与技术》，孙增圻等编著，北 京：清华大学出版社，南宁：广西科学技术出 版社，1997，第1版。
网络资料： 中国期刊网
万方数据服务平台 /
➢ 无法解决建模问题 控制过程
➢ 传统控制系统可靠性低
为提高性能，使传统控制复杂 化，并增加了设备投资
传统控制： 模型论=不精确模型+固定控制算法 ➢ 缺乏灵活性和应变能力 ➢ 难控制复杂系统
智能控制： “控制论” = 控制理论 + 人工智能 ➢ 改变控制策略去适应对象的复杂性
和不确定性
1.2 智能控制的特性
索、推理决策、动作规划，最终产
动的决策并送至规划和控
生具体的控制作用，经常规控认制器 知 制部分
和执行机构作用于控制对象
感知信息处理 规划/控制
将传感器传递的分级的和不完
全的信息加各以处种理传，感并器在学习
过程中不断加以辨识、整理和 更新，以获得有用的信息
执行器
通常意义下的控制对 象和所处的外部环境
考核方式： 包括试卷成绩及平时成绩两大部分： 试卷成绩比例：70% 平时成绩：30% (考勤、课堂作业、提问)
考核方式：
注：一次考勤不到平时成绩扣5分；迟到
扣2分； 替考勤者和被替者平时成绩 记为0分；三次考勤不到者，平时成 绩记0分；课堂作业视完成程序给分； 提问视问题难度、回答情况加减一定 的分数；踊跃回答问题且回答正确者 有加分。
实时性 具有主动性和灵活性。在经历某种变化后，变化后的系统
智能控制器可在任务要性求能范应围优于变化前的系统性能。
内自行决策，主动采取行动。
人－机协作 学习能力
组织功系统能性能应对
环境干扰和不
系统具有友好的人 -机界面。
适应性
确定性因素不
敏感。
鲁棒性
容错性
系统应具有适应受控对象动力特性变化、 环境变化和运行条件变化的能力。
可看成是不依赖模型的自适应估计。
系统对各类故障应具有自诊断、 屏蔽和自恢复的功能。
1.2.3 智能控制系统的特征模型
➢ 特征模型：是对系统动态特性的 一种定性与定量相结合的描述。是 针对问题求解和控制指标的不同要 求，对系统动态信息空间的一种划 分。
智能控制系统的特征模型
fi
{e e 0
e e
Curiosity 蛟龙号
智能控制：是应用人工智能的理论 与技术和运筹学的优化方法，并将 其同控制理论方法与技术相结合， 在未知环境下，仿效人的智能，实 现对系统的控制。
Artificial Intelligence
Operation Research
IC=AI∩AC∩OR 一个知识处理系统，具有记忆、 一种定量优化方法，如线性规划、
1.1 智能控制的基本概念
1.1.1 什么是智能控制 1.1.2 智能控制的研究对象
1.1.1 什么是智能控制
智能：能有效地获取、传递、处理、 再生和利用信息，从而在任意给定的 环境下成功地达到预定目的的能力。
思考题：智能是什么？何种情况下需要智能？
研究智能理论与技术的目的，是要 设计制造出具有高度智能水平的人 工系统(智能系统)，以便在那些必 要的场合能够用人工系统替代人去 执行各种任务。
• 授课时间 • 教材 • 参考文献一、三上午3、4节 13-20周每单周周五上午3、4节 10:10-12:00am
教材： 《智能控制技术》，易继锴、 侯媛彬编著，北京：北京工业 大学出版社，1999，第1版。
参考文献：
1. 《智能控制》，刘金锟编著，北京：电子工业 出版社，2009，第2版；
学习、信息处理、形式语言、
网络规划、调度、管理、优化决
启发式推理等功能。
策和多目标优化方法等。
人工智能AI
Intelligent control 智能控制IC
运筹学OR
Automatic Control
描述系统的动力学特性， 是一种动态反馈。
自动控制AC
智能控制是一类无需(或仅需尽可能少的) 人的干预就能够独立地驱动智能机器实 现其目标的自动控制。
1.2.1 智能控制系统的一般结构 1.2.2 智能控制系统的主要功能 1.2.3 智能控制系统的特征模型
1.2.1
智能控制系统的一般结构 包 括 ： 不 完 全 任 务 描 述 、 任务协调、混合知识表示。
系统的核心，根据给定任务的要求、
接受和储存知识、经验和
反馈信息及经验知识，进行自动搜
数据，分析推理，做出行
e
1
e
2}
上述特征表明，系统正处于受扰动的作用， 以较大的速度偏离目标值的状态。其中参 数为阈值。
智能控制系统的特征模型
➢ 特征记忆：是指智能控制器对一 些特征信息的记忆。反映控制前期 决策与控制的效果。
如：误差出现的极值、误差极值之间的 时间间隔、误差的过零速度等。
智能控制系统的特征模型
纪律
智能控制基础
• 第一章 智能控制概述 • 第二章 知识的表示 • 第三章 分级递阶控制 • 第四章 遗传算法 • 第五章 神经网络控制 • 第六章 模糊控制 • 第七章 专家控制 • 第八章 仿人控制
第一章 智能控制概述
1.1 智能控制的基本概念 1.2 智能控制的特性 1.3 智能控制系统的类型 1.4 智能控制的发展概况
智能控制是智能机器自主地实现目标的过 程。
智能控制是研究与模拟人类智能活动信 息传递与处理的规律。
从工程控制角度看：
智能信息∩智能反馈∩智能决策 智能控制
1.1.2 智能控制的研究对象 实际系统的复杂性、非线性、 时变性等
➢ 无精确数学模型 假设与实际不吻合
➢ 不满足苛刻的线性化假设
对复杂的和包 含不确定性的
广义对象
1.12..22.智2 能智控能制控系制统系的统主的要主功能要特功征能 系响统 应应能具力有。相当的对具在于有线复自实杂 组时任 织务 和和 协分 调散 功的 能系 行 的传 ，统 识 经感使对 别 验信系一 、 进息统一个 记步未忆改知、善环学自境习身提，性供并能的利的信用能息积力进累。