智能控制神经网络控制课件
智能控制
1、智能控制: 即设计一个控制器（或系统），使之具有学习、抽象、推理、决策等功能，并能根据环境（包括被控对象或被控过程）信息的变化做出适应性反应，可以有各种人工智能的水平，从而实现由人来完成的任务。
2、智能控制由哪几部分组成？各自的特点是什么？①模糊控制（通过模拟人脑的思维方法设计控制器，可实现复杂系统的控制）②神经网络控制（从机理上对人脑生理系统进行简单结构的模拟，具有并行机制、模式识别、记忆和自学习能力的特点，能充分逼近任意复杂的非线性系统，能够学习与适应不确定系统的动态特性，有很强的鲁棒性和容错性）③遗传算法（可用于模糊控制规则的优化及神经网络参数及权值的学习）3、比较智能控制和传统控制的特点传统控制和智能控制的主要区别：①传统控制方法在处理复杂化和不确定性问题方面能力很低；智能控制在处理复杂性、不确定性方面能力较高。
智能控制系统的核心任务是控制具有复杂性和不确定性的系统，而控制的最有效途径就是采用仿人智能控制决策。
②传统控制是基于被控对象精确模型的控制方式；智能控制的核心是基于知识进行智能决策，采用灵活机动的决策方式迫使控制朝着期望的目标逼近。
传统控制和智能控制的统一：智能控制擅长解决非线性、时变等复杂控制问题，而传统控制适于解决线性、时不变等相对简单的控制问题。
智能控制的许多解决方案是在传统控制方案基础上的改进，因此，智能控制是对传统控制的扩充和发展，传统控制是智能控制的一个组成部分。
在这个意义上，传统控制和智能控制可以统一在智能控制的框架下，而不是被智能控制所取代。
智能控制研究对象的特点：(1)不确定性的模型 (2)高度的非线性 (3)复杂的任务要求智能控制的特点：(1)分层递阶的组织结构 (2)自学习能力 (3)自适应能力 (4)自组织能力(5)优化能力4、专家系统：是一类包含着知识和推理的智能计算机程序，其内部含有大量的某个领域的专家水平的知识和经验，具有解决专门问题的能力。
专家控制：是将专家系统的理论和技术同控制理论、方法与技术相结合，在未知环境下，仿效专家的经验，实现对系统的控制。
第六章 人工智能及其应用 课件(共16张PPT).ppt
人工智能 Artificial Intelligence
人工智能是计算机科学的一个分支， 是研究计算机模拟人的某些感知能力、 思维过程和智能行为的学科。人工智能 是引领未来的战略性技术，将深刻改变 人类生产生活方式。人们要保持对人工 智能的控制能力，防范人工智能失控的 风险和对人类社会未来发展的潜在威胁。
揭阳市揭东区第二中学 许家乐 原创课件
《数据与计算》
初识人工智能
第六章导学课
6.1
认识人工智能
6.2
人工智能的应用
揭阳市揭东区第二中学 许家乐 原创课件
PEPORT ON WORK
01
人工智能
什么是人工智能？ 人工智能的诞生和发展历程是怎样的？
揭阳市揭东区第二中学 许家乐 原创课件
揭阳市揭东区第二中学 许家乐 原创课件
1997年“深蓝”战胜卡斯帕罗夫 2006年深度学习的开始研究 2010年大数据时代到来 2016年3月AlphaGo以4比1战胜 世界围棋冠军李世石
揭阳市揭东区第二中学 许家乐 原创课件
人工智能的研究领域
图像识别
看
人脸识别
做 机器人 自动驾驶
语音识别 听
机器学习 学习
理解
机器翻译
思考
人机对弈
专家系统
在教育领域，人工智能成
为教师和学生的得力助手。
比如智能导师：主要通过 自然语言处理和语音识别技术，
Hi
由计算机模拟教师教学的经验
和方法，对学生实施一对一的
教学，并向具有不同需求和特
征的学习者传递知识。
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4、智能交通 智能交通系统是通信、信息和控
制技术在交通系统中集成应用的产物， 它借助现代科技手段和设备，将各核 心交通元素联通，实现信息互通与共 享，建立安全、高效、便捷和低碳的 交通运输管理系统。
智能控制技术
遗传算法在优化问题中应用
遗传算法原理
遗传算法是一种模拟生物进化过程的智能优化算法，通过选择、交叉、变异等操作，寻找问题的最优解或近似最 优解。
应用案例
遗传算法在函数优化、生产调度、路径规划等领域有广泛应用，如路径规划问题中，通过遗传算法寻找最短路径 或最优路径，提高运输效率。
04
智能控制器设计与实现
THANKS
感谢观看
强化学习在自适应控制中应用
1 2
探索与利用
强化学习通过试错的方式探索最优控制策略，同 时利用已有经验进行优化，实现自适应控制。
延迟奖励处理
强化学习算法能够处理具有延迟奖励的控制问题 ，通过长期规划实现目标的最优控制。
3
稳定性与收敛性
强化学习算法在自适应控制中能够保证系统的稳 定性和收敛性，为实际应用提供可靠保障。
智能控制系统的基本结构
01
介绍智能控制系统的基本组成，包括传感器、执行器、控制器
以及被控对象等。
智能控制系统的设计原则
02
阐述设计智能控制系统时应遵循的原则，如可靠性、实时性、
可扩展性等。
智能控制系统的实现方法
03
探讨实现智能控制系统的具体方法，包括硬件选型、软件编程
、系统调试等，并介绍一些典型的智能控制系统案例。
02
智能控制基础理论
自动控制原理简介
01
自动控制的基本概念
介绍自动控制的定义、目的以及实现方式等。
02
系统建模与分析
阐述如何对控制系统进行建模，包括传递函数、状态空间等，并分析系
统的稳定性、频率响应等特性。
03
控制策略与设计
介绍经典控制理论和现代控制理论中的常用控制策略，如PID控制、最
神经网络专题ppt课件
(4)Connections Science
(5)Neurocomputing
(6)Neural Computation
(7)International Journal of Neural Systems
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3.2 神经元与网络结构
人脑大约由1012个神经元组成，而其中的每个神经元又与约102～ 104个其他神经元相连接，如此构成一个庞大而复杂的神经元网络。 神经元是大脑处理信息的基本单元，它的结构如图所示。它是以细胞 体为主体，由许多向周围延伸的不规则树枝状纤维构成的神经细胞， 其形状很像一棵枯树的枝干。它主要由细胞体、树突、轴突和突触 (Synapse，又称神经键)组成。
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4.互连网络
互连网络有局部互连和全互连 两种。 全互连网络中的每个神经元都 与其他神经元相连。 局部互连是指互连只是局部的， 有些神经元之间没有连接关系。 Hopfield 网 络 和 Boltzmann 机 属于互连网络的类型。
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人工神经网络的学习
学习方法就是网络连接权的调整方法。 人工神经网络连接权的确定通常有两种方法：
4
5. 20世纪70年代 代表人物有Amari, Anderson, Fukushima, Grossberg, Kohonen
经过一段时间的沉寂后，研究继续进行
▪ 1972年，芬兰的T．Kohonen提出了一个与感知机等神经 网络不同的自组织映射理论(SOM)。 ▪ 1975年，福岛提出了一个自组织识别神经网络模型。 ▪ 1976年C．V．Malsburg et al发表了“地形图”的自形成
6
关于神经网络的国际交流
第一届神经网络国际会议于1987年6月21至24日在美国加州圣地亚哥 召开，标志着神经网络研究在世界范围内已形成了新的热点。
神经网络控制
神经网络控制随着先进的计算技术的发展和大量的计算资源的获得，神经网络控制已经成为一种重要的控制方法。
神经网络控制通过建立神经网络模型对系统进行建模和控制，可以适用于不确定性较大、非线性程度较高的系统。
本文将从以下几个方面进行讨论。
1. 神经网络的基本原理神经网络是一个由大量神经元相互连接的关系网络。
神经元是生物神经系统中的基本单位，它接收神经元的输入，对输入进行处理，并将处理结果输出到其他神经元。
神经网络通过对神经元之间的连接强度进行学习，从而实现对输入和输出之间的映射。
神经网络的结构包含输入层、隐层和输出层。
输入层接收外部输入，隐层进行处理，最终的输出由输出层输出。
各层之间的连接权重是从样本学习中学得的。
在训练过程中，神经网络通过误差反向传播算法进行训练，从而得到最小误差的权值。
2. 神经网络控制的研究现状神经网络控制已经成为控制领域的一个热门研究方向。
在国内外均有大量的研究成果和应用案例。
神经网络控制在机器人控制、无人驾驶汽车控制、空间飞行器控制等领域中被广泛应用。
3. 神经网络控制在机器人控制中的应用机器人控制是神经网络控制的一个重要应用领域。
神经网络控制可以解决机器人控制中的多方面问题，如动力学建模、逆运动学、轨迹规划、控制等。
神经网络控制在机器人控制中的应用有：（1）运动控制神经网络控制可以对机器人的运动进行控制。
在机器人运动控制中，神经网络控制可以通过监督学习，对机器人的动力学进行建模，解决运动控制中的逆运动学问题。
同时，神经网络控制可以实现机器人的运动轨迹控制，保证机器人运动的平稳性和精度性。
（2）感知控制神经网络控制可以对机器人的感知进行控制。
机器人的传感器可以观测到周围环境的信息，神经网络控制可以对这些信息进行处理，并通过控制机器人的动作，使机器人具有基本的感知能力，如避障、跟踪等。
（3）智能控制在机器人控制中，神经网络控制可以实现机器人的智能控制。
神经网络控制可以对机器人进行学习和适应性，根据环境的变化，实现机器人的自适应控制，从而使机器人具有较强的智能性和自主性。
模糊神经网络—智能控制
综述
对于给定的输入，只有在输入点附近的那些语言变量 才有较大的隶属度值，远离输入点的语言变量值的隶 属度很小（可近似为0）或为0，因此只有少量结点输 出非0，这点类似于局部逼近网络
第三层的每个结点代表一 条模糊规则，用于匹配模 糊规则的前件，计算出每
条规则的适用度
结点数与第三层 相同，实现适用 度的归一化计算
将两者结合起来，在处理大规模的模糊应用问题 方面将表现出优良的效果。
2、模糊神经网络（FNN）
模糊神经网络（Fuzzy Neural Network，简称 FNN）将模糊系统和神经网络相结合，充分考虑了 二者的互补性，集逻辑推理、语言计算、非线性动 力学于一体，具有学习、联想、识别、自适应和模 糊信息处理能力等功能。
3.1 模糊系统的标准模型
模糊系统的规则集和隶属度函数等设计参数只能 靠设计经验来选择，利用神经网络的学习方法， 根据输入输出的学习样本自动设计和调整模糊系 统的设计参数，实现模糊系统的自学习和自适应 功能。
结构上像神经网络，功能上是模糊系统，这是目 前研究和应用最多的一类模糊神经网络。
基于标准模型的模糊系统原理结构
输出量的表达式为 其中
对于给定输入x对 于规则适用度的归
一化
3.2 模糊神经网络的结构
由模糊模型可设计出如下模糊神经网络的结构
第一层为输入层，为 精确值。节点个数为 输入变量的个数。
第二层每个节点代表一 个语言变量值。用于计 算各输入分量属于各语 言变量值模糊集合的隶 属度函数
n是输入变量的维数，mi是 xi的模糊分割数（规则数）
的前件
输入层，第0个结点 的输入值是1，用于 提供模糊规则后件
中的常数项
每个结点代表一条 规则，用于计算每
基于神经网络的智能控制方法
基于神经网络的智能控制方法智能控制是近年来兴起的一种控制方法，它借助于神经网络的强大计算能力，能够对复杂的系统进行智能化的控制与决策。
本文将介绍基于神经网络的智能控制方法，并探讨其在实际应用中的潜力和优势。
一、神经网络简介神经网络是一种模拟人脑神经系统的计算模型，它由大量的神经元通过连接构成，能够对海量的信息进行高效的处理和学习。
神经网络具有自适应性、容错性和并行处理能力等特点，被广泛应用于图像识别、语音处理、自动驾驶等领域。
二、智能控制方法的基本原理基于神经网络的智能控制方法主要包括感知、决策和执行三个阶段。
感知阶段通过传感器采集系统的输入信号，并将其转化为神经网络可以处理的形式。
决策阶段利用训练好的神经网络对输入信号进行学习和判断，生成相应的控制策略。
执行阶段将控制策略转化为实际控制信号，通过执行器对系统进行控制。
三、基于神经网络的智能控制方法的优势1. 强大的学习能力：神经网络具有良好的自适应性和学习能力，能够通过大量的训练样本不断优化模型的参数，使之具备更好的控制性能。
2. 复杂系统的控制：神经网络可以对具有较高维度和非线性特性的复杂系统进行控制，能够应对更加复杂的实际场景和问题。
3. 实时性和适应性：神经网络能够在实时性要求较高的情况下对输入信号进行快速处理和决策，具备较强的适应性和反应能力。
4. 容错性和鲁棒性：神经网络在面对部分信息丢失或者噪声干扰时，仍能够保持较好的控制性能，具备较强的容错性和鲁棒性。
四、基于神经网络的智能控制方法的应用1. 智能交通系统：利用基于神经网络的智能控制方法，可以对交通流量进行实时监测和调度，达到优化交通流的效果，提高道路的通行能力和交通效率。
2. 工业自动化：神经网络可以应用于工业自动化领域中的生产线控制、设备故障预测等任务，提高生产效率和产品质量。
3. 智能机器人：通过神经网络实现智能机器人的导航、目标识别和路径规划等功能，使其具备更强的自主决策和执行能力。
人工智能控制技术课件：强化学习
关于控制的问题，即对当前策略不断优化，直到找到一个足够好
的策略能够最大化未来的回报。
马尔可夫决策过程
马尔可夫决策过程概述
马尔可夫决策过程（Markov Decision Process，MDP）是数
学规划的一个分支，起源于随机优化控制，20世纪50年代
马尔科夫链示例
状态转移矩阵
马尔可夫决策过程
马尔可夫决策过程是在状态空间的基础上引入了“动作”
的马尔可夫链，即马尔可夫链的转移概率不仅与当前状态
有关，也与当前动作有关。马尔可夫决策过程包含一组交
互对象，即智能体和环境，并定义了5个模型要素：状态、
动作、策略、奖励和回报，其中策略是状态到动作的映射，
马尔可夫链
马尔可夫链是指具有马尔可夫性且存在于离散的指数集
和状态空间内的随机过程。适用于连续指数集的马尔可
夫链称为马尔可夫过程，但有时也被视为马尔可夫链的
子集，即连续时间马尔可夫链。马尔可夫链可通过转移
矩阵和转移图定义，除马尔可夫性外，马尔可夫链还可
能具有不可约性、常返性、周期性和遍历性。
马尔可夫链
一些短期的奖励来获得环境的理解，从而学习到更好的策略，或
者本身就存在短期好的奖励长期并不一定好的情况，需要权衡探
索和利用。
强化学习中的重点概念
下面通过例子说明探索和利用。以选择餐馆为例，利用是指直接
去最喜欢的餐馆，因为这个餐馆已经去过很多次，知道这里的菜
都非常可口。探索是指不知道要去哪个餐馆，通过手机搜索或直
棋(或其他棋牌头游戏）一无所知的神经网络开始，将该神经
网络和一个强力搜索算法结合，自我对弈。在对弈过程中神