第二章专家控制系统.
专家系统
特征识别与信息处理(FR＆IP)部分的作用是实现 对信息的提取与加工，为控制决策和学习适应提供依 据。它主要包括抽取动态过程的特征信息，识别系统 的特征状态，并对特征信息作必要的加工。
设U为专家控制器的输出集， E为专家控制器的输入集， I为推理机构的输出集，K为经验知识集：
E = (R, e, Y, U)，e = R – Y
式中，Ｒ为参考控制输入，ｅ为误差信号，Ｙ为受控输出， Ｕ为控制器的输出集。专家控制器的模型表示为
U = f (E,K,I)
智能算子f为几个算子的复合运算：f=g·h·p，其中： g:E→S；h:S×K→I；p:I→U
专家系统所要解决的问题一般没有算法解，并 且经常要在不完全、不精确或不确定的信息基础 上做出结论。
第一代专家系统只能利用人类专家的启发式知 识，即只能利用浅层表达方式和推理方法。
但遇到新问题时，还必须利用掌握的深入表示 事物的结构、行为和功能等方面的基本模型等深 层知识，得出新的启发式浅层知识。
智能程序：旨在模拟人类专家的智能程序应当 兼备浅层和深层两类知识。即不但采用基于规则 的方法，还必须采用基于模型的原理构成新一代 专家系统。
知识工程是指由知识工程师从人类专家那里抽 取他们求解问题的过程、策略和经验规则，然后 把这些知识建造在专家系统之中。
目前，专家系统在各个领域中已经得到广 泛应用，如医疗诊断、语音识别、图像处理、 金融决策、地质勘探、是有化工、军事、计 算机设计等。
专家系统具有启发性，能够运用人类专 家的经验和知识进行启发式搜索、试探性 推理、不精确推理或不完全推理
课程设计专家PID控制系统simulink仿真
课程设计题目：专家PID控制系统仿真专家PID控制系统仿真摘要简单介绍了常规PID控制的优缺点和专家控制的基本原理，介绍了专家PID控制的系统结构，针对传递函数数学模型设计控制器。
基于MATLAB的simulink仿真软件进行应用实现，仿真和应用实现结果均表明，专家PID控制具有比常规PID更好的控制效果，且具有实现简单和专家规则容易获取的优点。
论文主要研究专家PID控制器的设计及应用，完成了以下工作：（1）介绍了专家PID控制和一般PID控制的原理。
（2）针对任务书给出的受控对象传递函数G(s)=523500/(s3+87.35s2+10470s) ，并且运用MATLAB实现了对两种PID控制器的设计及simulink仿真，且对两种PID控制器进行了比较。
（3）结果分析，总结。
仿真结果表明，专家PID控制采用多分段控制，其控制精度更好，且具有优越的抗扰性能。
关键词：专家PID，专家系统，MATLAB，simulink仿真Expert PID control system simulationAbstractThe advantages and disadvantages of conventional PID control and the basic principle of expert control are briefly introduced, and the structure of expert PID control system is introduced. Simulink simulation software based on MATLAB is implemented. The simulation and application results show that the expert PID control has better control effect than the conventional PID, and has the advantages of simple and easy to get.This paper mainly studies the design and application of the expert PID controller:(1) the principle of PID control and PID control is introduced in this paper.(2) the controlled object transfer function G (s) =523500/ (s3+87.35s2+10470s), and the use of MATLAB to achieve the design and Simulink simulation of two kinds of PID controller, and the comparison of two kinds of PID controller.(3) result analysis, summary.The simulation results show that the control accuracy of the expert PID control is better than that of the control.Key words:Expert PID , MA TLAB, expert system, Simulink, simulation目录摘要 (I)Abstract ..................................................................................................................................... I II 第一章引言 . (2)1.1 研究目的和意义 (2)1.2国内外研究现状和发展趋势 (3)第二章PID控制器综述 (3)2.1常规PID控制器概述 (3)2.2专家PID控制器 (4)第三章专家PID控制在MATLAB上的实现 (5)3.1简介 (5)3.2设计专家PID 控制器的实现方法 (5)3.3.专家PID控制器的S函数的M文件实现 (7)3.4专家PID控制器的simulink设计 (8)3.5专家PID控制和传统PID比较 (13)第四章结论 (14)4.1专家PID控制系统的优缺点及解决方案 (14)4.2最终陈述 (14)第一章引言近十几年，国内外对智能控制的理论研究和应用研究十分活跃，智能控制技术发展迅速，如专家控制、自适应控制、模糊控制等，现已成为工业过程控制的重要组成部分。
智能控制技术复习考试题课后答案
一、填空题1．智能控制是一门新兴的学科，它具有非常广泛的应用领域，例如、、和。
1、交叉学科在机器人控制中的应用在过程控制中的应用飞行器控制2．传统控制包括和。
2、经典反馈控制现代理论控制3．一个理想的智能控制系统应具备的基本功能是、、和。
3 、学习功能适应功能自组织功能优化能力4．智能控制中的三元论指的是：、和。
4、运筹学，人工智能，自动控制5．近年来，进化论、、和等各门学科的发展给智能控制注入了巨大的活力，并由此产生了各种智能控制方法。
5、神经网络模糊数学专家系统6．智能控制方法比传统的控制方法更能适应对象的、和。
6、时变性非线性不确定性7．傅京逊首次提出智能控制的概念，并归纳出的3种类型智能控制系统是、和。
7、人作为控制器的控制系统、人机结合作为控制器的控制系统、无人参与的自主控制系统8、智能控制主要解决传统控制难以解决的复杂系统的控制问题，其研究的对象具备的3个特点为、和。
8、不确定性、高度的非线性、复杂的任务要求9．智能控制系统的主要类型有、、、、和。
9、分级递阶控制系统，专家控制系统，神经控制系统，模糊控制系统，学习控制系统，集成或者（复合）混合控制系统10．智能控制的不确定性的模型包括两类：(1) ；(2) 。
10、(1)模型未知或知之甚少；(2)模型的结构和参数可能在很大范围内变化。
11．控制论的三要素是：信息、反馈和控制。
12．建立一个实用的专家系统的步骤包括三个方面的设计，它们分别是、和。
知识库的设计推理机的设计人机接口的设计13．专家系统的核心组成部分为和。
知识库、推理机14．专家系统中的知识库包括了3类知识，它们分别为、、和。
判断性规则控制性规则数据15．专家系统的推理机可采用的3种推理方式为推理、和推理。
15、正向推理、反向推理和双向推理16．根据专家控制器在控制系统中的功能，其可分为和。
16、直接型专家控制器、间接型专家控制器17．普通集合可用 函数表示,模糊集合可用 函数表示。
第二章 专家系统分析
第二章 专家系统
所以，准确一点讲，专家系统就应该是：应用于 某一专门领域，拥有该领域相当数量的专家级知识， 能模拟专家的思维，能达到专家级水平，能像专家一 样解决困难和复杂的实际问题的计算机(软件)系统。
第二章 专家系统
2.1.4 专家系统的特点
同一般的计算机应用系统（如数值计算、数据处 理系统等）相比，专家系统具有下列特点： (1) 从处理的问题性质看，专家系统善于解决那些 不确定性的、非结构化的、没有算法解或虽有算法解
第二章 专家系统
第二章 专家系统
上海电机学院
陈国初
chengc@
第二章 专家系统
第二章 专家系统
2.1 专家系统的概念 2.2 专家系统的结构 2.3 知识获取与推理机介绍 2.4 专家系统的应用与实例 2.5 专家系统设计与实现 2.6 专家系统开发工具与环境 2.7 新一代专家系统研究
第二章 专家系统
透明性：
专家系统能够解释本身的推理过程并回答用户提出的问题，以
使用户能够了解推理过程 ,提高对专家系统的信赖感。例如，一个 医疗诊断专家系统诊断某个病人患有肺炎，而且必须用某种抗生
素治疗，那么，这一专家系统将会向病人解释为什么他患有肺炎，
而且必须用某种抗生素治疗，就像一位医疗专家对病人详细解释 病情和治疗方案一样。
良好，自控领域的学者将其引入控制系统。
第二章 专家系统
2.1.2 专家控制的发展
20世纪60年代初，出现了运用逻辑学和模拟心理活动的 一些通用问题求解程序，它们可以证明定理和进行逻辑推理。
但是这些通用方法无法解决大的实际问题，很难把实际问题
改造成适合于计算机解决的形式，并且对于解题所需的巨大 的搜索空间也难于处理。（萌芽期） 专家系统方面： 1965年，费根鲍姆等人在总结通用问题求解系统的成功
智能控制技术复习题课后答案-图文
智能控制技术复习题课后答案-图文一、填空题1．智能控制是一门新兴的学科，它具有非常广泛的应用领域，例如、、和1、交叉学科在机器人控制中的应用在过程控制中的应用飞行器控制2．传统控制包括和2、经典反馈控制现代理论控制3．一个理想的智能控制系统应具备的基本功能是、、和3、学习功能适应功能自组织功能优化能力4．智能控制中的三元论指的是：、和4、运筹学，人工智能，自动控制5．近年来，进化论、、和等各门学科的发展给智能控制注入了巨大的活力，并由此产生了各种智能控制方法。
5、神经网络模糊数学专家系统6．智能控制方法比传统的控制方法更能适应对象的、和6、时变性非线性不确定性7．傅京逊首次提出智能控制的概念，并归纳出的3种类型智能控制系统是、和7、人作为控制器的控制系统、人机结合作为控制器的控制系统、无人参与的自主控制系统8、智能控制主要解决传统控制难以解决的复杂系统的控制问题，其研究的对象具备的3个特点为、和8、不确定性、高度的非线性、复杂的任务要求9．智能控制系统的主要类型有、、、、和9、分级递阶控制系统，专家控制系统，神经控制系统，模糊控制系统，学习控制系统，集成或者（复合）混合控制系统10．智能控制的不确定性的模型包括两类：(1)；(2)10、(1)模型未知或知之甚少；(2)模型的结构和参数可能在很大范围内变化。
11．控制论的三要素是：信息、反馈和控制12．建立一个实用的专家系统的步骤包括三个方面的设计，它们分别是、和知识库的设计推理机的设计人机接口的设计13．专家系统的核心组成部分为和知识库、推理机14．专家系统中的知识库包括了3类知识，它们分别为、、和判断性规则控制性规则数据15．专家系统的推理机可采用的3种推理方式为推理、和推理。
15、正向推理、反向推理和双向推理16．根据专家控制器在控制系统中的功能，其可分为和16、直接型专家控制器、间接型专家控制器17．普通集合可用函数表示,模糊集合可用函数表示。
第3章专家系统控制(3.4专家控制系统)
知识源 —是与控制问题子任务有关的一些独立知识模块。
推理规则——采用“IF—THEN”产生式规则， 条件部分是全局数据库（黑板）或是局部数据 库中的状态描述，动作或结论部分是对黑板信 息或局部数据库内容的修改或添加。 局部数据库——存放与子任务相关的中间结果， 用框架表示，其中各槽的值即为这些中间结果。 操作原语——一类是对全局或局部数据库内容 的增添、删除和修改操作，另一类是对本知识 源或其他知识源的控制操作，包括激活、中止 和固定时间间隔等待或条件等待。
5
1. 专家 控制系 统的工 作原理
知识基子系统位于系统上层，对数值算法进行 决策、协调和组织，包含有定性的启发式知识， 进行符号推理，按专家系统的设计规范编码， 通过数值算法库与受控过程间接相连，连接的 信箱中有读或写信息的队列。
6
内部过程 的通信功 能如下：
① 出口信箱 将控制配置命令、控制算法的参数 变更值以及信息发送请求从知识基系统送往数值 算法部分。 ② 入口信箱 将算法执行结果、检测预报信号、 对于信息发送请求的答案、用户命令以及定时中 断信号分别从数值算法库、人一机接口及定时操 作部分送往知识基系统。
9
2. 知识基系统的内部组织和推理机制 （1）控制的知识表示
专家控制把系统视为基于知识的系统，系统包 含的知识信息可以表示如下：
10
数据库包括：
事实——已知的静态数据。例如传感器测量误 差、运行阈值、报警阈值、操作序列的约束条 件、受控过程的单元组态等。 证据——测量到的动态数据。例如传感器的输 出值、仪器仪表的测试结果等。 假设——由事实和证据推导提到的中间结果， 作为当前事实集合的补充。例如，通过各种参 数估计算法推得的状态估计等。 目标——系统的性能指标。例如对稳定性的要 求，对静态工作点的寻优，对现有控制规律是 否需要改进的判断等。
专家控制系统
第三章 专家控制系统3.1 专家系统概述1.专家及专家系统的定义专家指的是那些对解决专门问题非常熟悉的人们，他们的这种专门技术通常源于丰富的经验以及他们处理问题的详细专业知识。
定义 3.1专家系统主要指的是一个智能计算机程序系统，其内部含有大量的某个领域专家水平的知识与经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的经验方法来处理该领域的高水平难题。
也就是说，专家系统是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统，它应用人工智能技术和计算机技术，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，模拟人类专家的决策过程，以便解决那些需要人类专家才能处理好的复杂问题。
简而言之，专家系统是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。
专家系统的基本功能取决于它所含有的知识，因此，有时也把专家系统称为基于知识的系统（knowledge-based system）。
3.1.1 专家系统的特点及优点1.专家系统的特点与常规的计算机程序系统比较，专家系统具有下列特点：（1）启发性 专家系统要解决的问题，其结构往往是不合理的，其问题求解（problem-solving）知识不仅包括理论知识和常识，而且包括专家本人的启发知识。
（2）透明性 专家系统能够解释本身的推理过程和回答用户提出的问题，以便让用户了解推理过程，增大对专家系统的信任感。
（3） 灵活性 专家系统的灵活性是指它的扩展和丰富知识库的能力，以及改善非编程状态下的系统性能，即自学习能力。
（4）符号操作。
与常规程序进行数据处理和数字计算不同，专家系统强调符号处理和符号操作（运算），使用符号表示知识，用符号集合表示问题的概念。
一个符号是一串程序设计，并可用于表示现实世界中的概念。
（5）不确定性推理。
领域专家求解问题的方法大多数是经验性的；经验知识一般用于表示不精确性并存在一定概率的问题。
此外，所提供的有关问题的信息往往是不确定的。
专家系统能够综合应用模糊和不确定的信息与知识，进行推理。
第二章控制系统的数学模型.
2.2.1传递函数的定义和性质
⑴ 定义 线性定常系统的传递函数,定义为初始条件为零时,输出 量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比,记为G(S),即:
C ( s) G( s) R( s)
(2-4)
注：所有初始条件为零，指的是原系统处于静止状态. 设线性定常系统的n阶线性常微分方程为
dn d n 1 d a0 n c(t ) a1 n 1 c(t ) an 1 c(t ) an c(t ) dt dt dt dm d m1 d b0 m r (t ) b1 m 1 r (t ) bm1 r (t ) bm r (t ) dt dt dt
F(t)
K
F(t) F2(t)
m
f
m
x(t)
F1(t) b)
x(t)
根据牛顿第二运动定律有：
d 2 x (t ) F (t ) F1 (t ) F2 (t ) m dt2
a)
图2-2 机械位移系统
（2-2） 7
式中:
F1 (t ) ——阻尼器阻力。其大小与运动速度成正比，方向 与运动方向相反，阻尼系数为f，即： dx (t ) F1 (t ) f dt F2 (t ) ——弹簧力。设为线性弹簧，根据虎克定律有：
F2 (t ) Kx(t )
K——弹簧刚度 联立以上三式并整理得：
d 2 x (t ) dx(t ) m f Kx (t ) F (t ) 2 dt dt
（2-3） 8
综上所述,列写元件微分方程的步骤可归纳如下: ① 根据元件的工作原理及其在控制系统中的作用,确定其 输入量和输出量; ② 分析元件工作中所遵循的物理规律或化学规律,列写相 应的微分方程; ③ 消去中间变量,得到输出量与输入量之间关系的微分方 程,便是元件时域的数学模型. 9
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3.专家系统的组成
•综合数据库（全局数据库）
又称为“黑板”或“数据库”。它是用于存放推理的 初始证据、中间结果以及最终结果等的工作存储器 （Working Memory）。 •解释接口 又称人-机界面，它把用户输人的信息转换成系统内规 范化的表示形式，然后交给相应模块去处理，把系统 输出的信息转换成用户易于理解的外部表示形式显示 给用户，回答用户提出的“为什么？”“结论是如何 得出的？”等问题。
专家系统的基本特征
•具有专家水平的专门知识 •能进行有效的推理
•专家系统的透明性和灵活性
•具有一定的复杂性与难度
12
4. 专家系统的特征及类型
专家系统的类型
•诊断型专家系统
•解释型专家系统
•预测型专家系统 •设计型专家系统 •决策型专家系统 •控制专家系统
13
5.专家系统的知识表示
知识表示就是知识的形式化，就是研究用机 器表示知识的可行的、有效的、通用的原则 和方法。 目前常用的知识表示方法有：逻辑表示法、 语义网络法、产生式规则、特性表示法、框 架表示法、与或图法、过程表示法、黑板结 构、Petri网络法、神经网络等。
4、根据问题求解的推理过程中特殊和一般的 关系，知识推理方法可分为演绎推理、归纳 推理两类。
5、根据问题求解的推理过程中推理的方向， 知识推理方法可分为正向推理、反向推理和 正反向混合推理三类。
19
推理方式的分类
专家系统中把领域知识表示成必然的因果关系、逻辑关 系，推理的结论是肯定的，这种推理称为精确推理。除 此以外，更重要的是以专家的经验知识对不确定的事实， 根据不充分的证据和不完全的知识进行推理，这种推理 称为不精确推理。应该指出，所谓不精确推理不是要使 推理变得不精确，而是提供一种在采用目前已有的精确 推理方式无法进行推理的情况下的推理方式，以便得到 更加精确的推理结论。不精确推理又称非精确性推理， 其核心问题是处理在推理过程中专家知识的不精确性和 推理证据的不精确性，并给出这些不精确性在推理过程 中的传播规则。
（2）用于推理、问题求解的控制性规则；
（ 3 ）用于说明问题的状态、事实和概念以及当前条 件的数据。
8
3.专家系统的组成
知识库包含多种功能模块，主要有知识查询、检索、
增删、修改和扩充等。知识库通过人机接口与领域专
家相沟通，实现知识的获取。
•推理机
推理机是专家系统的“思维”机构，实际上是求解问 题的计算机软件系统。 推理机的运行可以有不同的控制策略。
17
推理方法的分类
1、根据知识表示的特点，知识推理方法可分 为图搜索方法和逻辑论证方法两类。
2、根据问题求解的推理过程中是否运用启发 性知识，知识推理方法可分为启发推理和非 启发推理两类。 3、根据问题求解的推理过程中结论是否精确， 知识推理方法可分为精确推理和不精确推理 两类。
18
推理方式的分类
10
3.专家系统的组成
•知识获取
知识获取是指通过人工方法或机器学习的方法， 将某个领域内的事实性知识和领域专家所特有 的经验性知识转化为计算机程序的过程。 对知识库的修改和扩充也是在系统的调试和验 证中进行的，是一件很困难的工作。知识获取 被认为是专家系统中的一个“瓶颈”问题。
11
4. 专家系统的特征及类型
专家系统可以解决的问题一般包括解释、预测、 诊断、设计、规划、监视、修理、指导和控制 等。
2
专家系统和传统的计算机“应用程序” 最本质的不同之处在于，专家系统所 要解决的问题一般没有算法解，并且 经常要在不完全、不精确或不确定的 信息基础上做出结论。
3
2、专家系统发展历史
分为三个时期： (1) 初创期（1965-1971年） 第一代专家系统 DENLDRA 和 MACSMA 的出现，标志
5
2、专家系统发展历史
（3）发展期（1978-现在）
在此期间，专家系统走向应用领域，专家系统的数量
增加，仅1987年研制成功的专家系统就有1000种。 1、蔬菜栽培农业专家系统开发框架； 2、农业专家系统知识库与数据库规范与系统实现；
6
3.专家系统的组成
专家系统的基本组成
问题描述
推 理 机
知识库
第2章 专家控制
专家控制（Expert Control）是智能控制 的一个重要分支，又称专家智能控制。
它在将人工智能中专家系统的理论和技 术同自动控制的理论、方法和技术有机 结合的基础上，在未知环境下模仿专家 的智能，实现对系统的有效控制。
1
§2.1专家系统
1、什么是专家系统
从本质上讲，专家系统是一类包含着知识和推 理的智能计算机程序 。 现在习惯于把每一个利用了大量领域知识的大 而复杂的人工智能系统都统称为专家系统。
综合数据库
解 释 接 口
用
解答、建议 或解释
户
知识获取
领域专家
7
3.专家系统的组成
•知识库 知识库是知识的存储器，用于存储领域专家的经验性 知识以及有关的事实、一般常识等。知识库中的知识 来源于知识获取机构，同时它又为推理机提供求解问 题所需的知识。 知识库包含三类知识： （1）基于专家经验的判断性规则；
14
产生式规则表示法
产生式规则表示法
控制器
匹配、冲突解决
匹配
规则库
检索
数据库
15
产生式规则表示法
规则库：存放了若干规则，每条产生式规则是一个 以“如果满足这个条件，就应当采取这个操作”形式 表示的语句。 数据库：是产生式规则注意的中心，每个产生式规 则的左半部分表示在启用这一规则之前数据库内必须 准备好的条件。 控制器 ：是说明下一步应该选用什么规则，也就是 如何运用规则。通常从选择规则到执行规则分成三步： 匹配、冲突解决和操作。
着专家系统的诞生。
DENLDRA 为 推 断 化 学 分 子 结 构 的 专 家 系 统 ， 由 Stanford大学研制。MACSMA为数学专家系统，由麻省理 工学院完成。
4
2、专家系统发展历史
（2）成熟期（1972-1977年）：
在此期间斯坦福大学研究开发了最著名的专家系统-血
液感染病诊断专家系统，标志专家系统从理论走向应用。 另一个著名的专家系统-语音识别专家系统的出现，标 志着专家系统的理论走向成熟。
16
6.专家系统的推理机制
推理是指依据一定的原则从已有的事实推出结 论的过程，这个原则就是推理的核心。专家系统 中的自动推理是知识推理。而知识推理是指在计 算机或智能机器中，在知识表达的基础上，进行 机器思维，求解问题的知识的 特点来选择知识表示的方法，而知识推理技术同 知识表示方法有密切关系。