智能控制基礎(chǔ)教師：雷菊陽電話：67791178-mail：leijuyang@sina.

上海工程技術(shù)大學(xué)

機(jī)械工程學(xué)院2022/12/151上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械學(xué)院智能控制第1章緒論共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!《智能控制基礎(chǔ)》課程說明1、課程性質(zhì)現(xiàn)代裝備與控制工程專業(yè)特色課之一。2、課程特點(diǎn)

.新

.雜

.基礎(chǔ)薄

.重基礎(chǔ)2021/10/10星期日2智能控制第1章緒論共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!3、參考書和閱讀期刊蔡自興，《智能控制原理與應(yīng)用》，清華大學(xué)出版社蔡自興，《人工智能及其應(yīng)用》，清華大學(xué)出版社韋巍，《智能控制技術(shù)》，機(jī)械工業(yè)出版社諸靜，《模糊控制原理與應(yīng)用》，機(jī)械工業(yè)出版社模式識別與人工智能智能系統(tǒng)學(xué)報智能控制國際會議

全球華人智能控制與智能自動化大會

4、考核方式（考查）（1）出勤10%

（2）作業(yè)(包括實(shí)驗(yàn))10%

（3）平時表現(xiàn)（包括課堂問題回答）10%

（4）期末考試70%

（5）答疑時間：周五14:00-15:00,行政樓1219房間2022/12/153上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械學(xué)院智能控制第1章緒論共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!第1章緒論

1.1智能控制的產(chǎn)生和發(fā)展

1.2智能控制的定義、特點(diǎn)

1.3智能控制的主要分支

1.4智能控制的結(jié)構(gòu)理論體系

2022/12/154上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械學(xué)院智能控制第1章緒論共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!

1868年，以離心式調(diào)速器為背景，物理學(xué)家麥克斯韋爾(Maxwell)研究了反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題，發(fā)表了目前公認(rèn)的控制理論最早的理論論文——“論調(diào)速器(OnGovernors)”。隨后，源自物理學(xué)與數(shù)學(xué)的自動控制理論(在當(dāng)時稱為自動調(diào)節(jié)原理，簡稱調(diào)節(jié)原理)開始逐步形成。

1892年，俄國李亞普諾夫(Lyapunov)的博士論文——“論運(yùn)動穩(wěn)定性的一般問題”，提出了李亞普諾夫(Lyapunov)穩(wěn)定理論。

1922年，美國N.Minorsky研制出用于船舶駕駛的伺服結(jié)構(gòu)，提出了PID控制律。

1942年尼克爾斯

Nichols提出了回路整定技術(shù)(PID整定表和設(shè)計用的尼可爾斯圖

)。2022/12/155上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械學(xué)院智能控制第1章緒論共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!經(jīng)典控制理論單輸入單輸出反饋系統(tǒng)傳遞函數(shù)波特圖奈奎斯特圖根軌跡圖2022/12/156上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械學(xué)院智能控制第1章緒論共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!現(xiàn)代控制理論面臨的困難和挑戰(zhàn)激發(fā)了對大系統(tǒng)、復(fù)雜系統(tǒng)乃至復(fù)雜巨系統(tǒng)的研究，并由此產(chǎn)生了70年代的大系統(tǒng)理論；而對系統(tǒng)論的進(jìn)一步研究，使得系統(tǒng)和系統(tǒng)工程的方法受到控制科學(xué)家與工程師的日益重視。20世紀(jì)80年代產(chǎn)生了多變量魯棒控制理論，該理論引人了一些有效方法，使存在不確定性因素的情況下，控制系統(tǒng)依然能實(shí)現(xiàn)期望的閉環(huán)特性。2022/12/157上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械學(xué)院智能控制第1章緒論共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!

研究的對象針對:被控對象、環(huán)境及控制任務(wù)。被控對象的復(fù)雜性表現(xiàn)為模型的不確定性、高度非線性、動態(tài)突變性、復(fù)雜的信息模式及龐大的數(shù)據(jù)量。缺乏合適的系統(tǒng)描述方法；傳統(tǒng)方法是微分方程、差分方程、狀態(tài)方程，而新型復(fù)雜系統(tǒng)能部分地實(shí)現(xiàn)人的智能（如家庭陪護(hù)機(jī)器人、智能信息檢索等）缺乏有效的處理不確定性的理論和方法；缺乏有針對性系統(tǒng)信息獲取與處理方法；圖形、文字、語音等，需要信息融合、分析及推理，需要根據(jù)環(huán)境及條件的變化而采取相應(yīng)的策略和行動。2022/12/158上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械學(xué)院智能控制第1章緒論共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!4）薩里迪斯(Saridis)

薩里迪斯(Saridis)對智能控制系統(tǒng)的分類作出貢獻(xiàn)。他把智能控制發(fā)展道路上的最遠(yuǎn)點(diǎn)標(biāo)記為人工智能。他認(rèn)為,人工智能能夠提供最高層的控制結(jié)構(gòu),進(jìn)行最高層的決策。5）其他奧斯特洛姆(?str?m)、迪席爾瓦(deSilva)、周其鑒、蔡自興、霍門迪梅洛(HomendeMello)和桑德森(Sanderson)等于80年代分別提出和發(fā)展了專家控制、基于知識的控制、仿人控制、專家規(guī)劃和分級規(guī)劃等。6）兩次學(xué)術(shù)會議1985年8月美國紐約，IEEE召開了屆智能控制學(xué)術(shù)討論會，成立IEEE智能控制專業(yè)委員會。1987年1月美國費(fèi)城，次智能控制國際會議。標(biāo)志著智能控制作為一門獨(dú)立學(xué)科，正式在國際上建立。2022/12/159上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械學(xué)院智能控制第1章緒論共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!四、智能控制作為一門新學(xué)科的科學(xué)意義為解決傳統(tǒng)控制無法解決的問題找到了一條新途徑；促進(jìn)自動控制向著更高水平發(fā)展；激發(fā)學(xué)術(shù)界的思想解放，推動科技創(chuàng)新；為實(shí)現(xiàn)腦力勞動和體力勞動的自動化做出貢獻(xiàn)；為多種學(xué)派合作樹立了典范2022/12/1510上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械學(xué)院智能控制第1章緒論共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!智能控制

智能控制是驅(qū)動智能機(jī)器自主地實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的過程?；蛘哒f，智能控制是一類無需人的干預(yù)就能夠獨(dú)立地驅(qū)動智能機(jī)器實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的自動控制。對自主機(jī)器人的控制就是一例。智能控制系統(tǒng)（IntelligentControlSystems）

用于驅(qū)動自主智能機(jī)器以實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)而無需操作人員干預(yù)的系統(tǒng)叫智能控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)必須具有智能調(diào)度和執(zhí)行等能力。智能控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)是人工智能、控制論、運(yùn)籌學(xué)和信息論等學(xué)科的交叉。2022/12/1511上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械學(xué)院智能控制第1章緒論共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!三、特點(diǎn)1）同時具有以知識表示的非數(shù)學(xué)廣義模型和以數(shù)學(xué)模型(含計算智能模型與算法)表示的混合控制過程。2）智能控制具有分層信息處理和決策機(jī)構(gòu)，核心在高層控制,即組織級。3）智能控制是一門邊緣交叉學(xué)科。4）智能控制是一個新興的研究領(lǐng)域。無論在理論上或?qū)嵺`上它都還很不成熟、很不完善,需要進(jìn)一步探索與開發(fā)。2022/12/1512上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械學(xué)院智能控制第1章緒論共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!1、3智能控制主要分支一、智能控制系統(tǒng)的分類遞階控制系統(tǒng)專家控制系統(tǒng)模糊控制系統(tǒng)學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)神經(jīng)控制系統(tǒng)仿生控制系統(tǒng)集成智能控制系統(tǒng)組合智能控制系統(tǒng)2022/12/1513上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械學(xué)院智能控制第1章緒論共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!模糊控制器的一般結(jié)構(gòu)

2022/12/1514上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械學(xué)院智能控制第1章緒論共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!2022/12/1515上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械學(xué)院智能控制第1章緒論共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!專家系統(tǒng)是人工智能應(yīng)用領(lǐng)域最成功的分支之一，始于60年代中期。隨著應(yīng)用的不斷成功，專家系統(tǒng)技術(shù)越來越受人們的重視。

80年代專家系統(tǒng)的概念和方法被引入控制領(lǐng)域，促進(jìn)了專家控制系統(tǒng)的研究和應(yīng)用，它在控制領(lǐng)域的應(yīng)用已涉及到控制系統(tǒng)輔助設(shè)計、分析和專家控制等方面。

3、專家控制系統(tǒng)2022/12/1516上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械學(xué)院智能控制第1章緒論共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!直接專家控制系統(tǒng)框圖(b)間接專家控制系統(tǒng)框圖2022/12/1517上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械學(xué)院智能控制第1章緒論共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!該系統(tǒng)由組織級、協(xié)調(diào)級、執(zhí)行級組成，按照自上而下精確程度漸增、智能程度漸減的原則進(jìn)行功能分配。在這類多層智能控制系統(tǒng)中，智能主要體現(xiàn)在高層次上，其主要作用是模仿人的功能實(shí)現(xiàn)規(guī)劃、決策、學(xué)習(xí)和任務(wù)協(xié)調(diào)等任務(wù)。執(zhí)行級仍然采用現(xiàn)有數(shù)學(xué)解析控制算法，對數(shù)值進(jìn)行操作和運(yùn)算。2022/12/1518上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械學(xué)院智能控制第1章緒論共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!

在智能控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用中，常將幾種常用類型結(jié)合起來，構(gòu)成各種綜合智能控制系統(tǒng)。例如，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能控制系統(tǒng)，專家模糊智能控制系統(tǒng)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家智能控制系統(tǒng)等等。2022/12/1519上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械學(xué)院智能控制第1章緒論共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!二、三元結(jié)構(gòu)理論薩里迪斯于1977年提出另一種智能控制結(jié)構(gòu),它把傅京孫的智能控制擴(kuò)展為三元結(jié)構(gòu),即把智能控制看作為人工智能、自動控制和運(yùn)籌學(xué)的交接,如圖1.4所示。薩里迪斯認(rèn)為,構(gòu)成二元交集結(jié)構(gòu)的兩元互相支配,無助于智能控制的有效和成功應(yīng)用。必須把運(yùn)籌學(xué)的概念引入智能控制,使它成為三元交集中的一個子集。2022/12/1520上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械學(xué)院智能控制第1章緒論共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!一、自動控制理論的產(chǎn)生與發(fā)展

1788年英國Watt發(fā)明了控制蒸汽機(jī)速度的離心式調(diào)速器，這種采用機(jī)械式調(diào)節(jié)原理實(shí)現(xiàn)的動力機(jī)速度自動控制是自動化發(fā)展中的個里程碑。

1.1智能控制的產(chǎn)生和發(fā)展2022/12/1521上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械學(xué)院智能控制第1章緒論共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!

進(jìn)展方向開環(huán)控制確定性反饋控制最優(yōu)控制隨機(jī)控制自適應(yīng)/魯棒控制自學(xué)習(xí)控制智能控制控制復(fù)雜性自動控制的發(fā)展過程2022/12/1522上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械學(xué)院智能控制第1章緒論共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!現(xiàn)代控制理論具有多個相互耦合回路的多變量系統(tǒng)狀態(tài)空間法最優(yōu)控制能控性和能觀性卡爾曼濾波2022/12/1523上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械學(xué)院智能控制第1章緒論共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!二、傳統(tǒng)控制理論面臨的難題

（1）精確數(shù)學(xué)模型和復(fù)雜性、非線性、時變性、不確定性、不完全性之間的矛盾，導(dǎo)致無法獲得精確的數(shù)學(xué)模型；（2）苛刻的系統(tǒng)假設(shè)在應(yīng)用中往往與實(shí)際不相吻合（3）復(fù)雜、不確定性的對象,以傳統(tǒng)方法無法解決建模問題。（4）為了提高性能,傳統(tǒng)控制系統(tǒng)可能變得很復(fù)雜,從而增加了設(shè)備的初投資和維修費(fèi)用,降低系統(tǒng)的可靠性。（5）應(yīng)用要求進(jìn)行創(chuàng)新，提出新的控制思想，進(jìn)行新的集成開發(fā)，解決未知環(huán)境中復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題

2022/12/1524上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械學(xué)院智能控制第1章緒論共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!三、智能控制的發(fā)展1）傅京孫

1965年,著名的美籍華裔科學(xué)家傅京孫(K.S.Fu)教授首先把人工智能的啟發(fā)式推理規(guī)則用于學(xué)習(xí)控制系統(tǒng);然后,他又于1971年論述了人工智能與自動控制的交接關(guān)系。由于傅先生的重要貢獻(xiàn),他已成為國際公認(rèn)的智能控制的先行者和奠基人。2）扎德(Zadeh)與模糊控制

模糊控制是智能控制的又一活躍研究領(lǐng)域。扎德(Zadeh)于1965年發(fā)表了他的著名論文“模糊集合”(fuzzysets),開辟了模糊控制的新領(lǐng)域。3）利昂茲(Leondes)

1967年,利昂茲(Leondes)等人首次正式使用“智能控制”一詞。這一術(shù)語的出現(xiàn)要比“人工智能”晚11年,比“機(jī)器人”晚47年。

2022/12/1525上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械學(xué)院智能控制第1章緒論共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!7）國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r1993，1997，2000，2004，2006，2007，2010，在北京、西安、合肥、杭州、大連、重慶、濟(jì)南分別召開多屆全球智能控制與自動化大會。成立中國人工智能學(xué)會智能控制與智能管理專業(yè)委員會及智能機(jī)器人專業(yè)委員會，中國自動化學(xué)會智能自動化專業(yè)委員會等學(xué)術(shù)團(tuán)體?！赌Ｊ阶R別與人工智能》、《智能系統(tǒng)學(xué)報》等學(xué)術(shù)刊物標(biāo)志著智能控制作為一門獨(dú)立的新學(xué)科在我國已經(jīng)建立起來了2022/12/1526上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械學(xué)院智能控制第1章緒論共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!1.2智能控制定義和特點(diǎn)一、智能控制定義智能機(jī)器

能夠在定形或不定形，熟悉或不熟悉的環(huán)境中自主地或與操作人員交互作用以執(zhí)行各種擬人任務(wù)（anthropomorphictasks）的機(jī)器?；蛘弑容^通俗地說，智能機(jī)器是那些能夠自主地代替人類從事危險、厭煩、遠(yuǎn)距離或高精度等作業(yè)的機(jī)器。例如，能夠從事這類工作的機(jī)器人，就屬于智能機(jī)器人。自動控制

自動控制是能按規(guī)定程序?qū)C(jī)器或裝置進(jìn)行自動操作或控制的過程。簡單地說，不需要人工干預(yù)的控制就是自動控制。例如，一個裝置能夠自動接收所測得的過程物理變量，自動進(jìn)行計算，然后對過程進(jìn)行自動調(diào)節(jié)就是自動控制裝置。反饋控制、最優(yōu)控制、隨機(jī)控制、自適應(yīng)控制和自學(xué)習(xí)控制等均屬自動控制．2022/12/1527上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械學(xué)院智能控制第1章緒論共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!二、智能控制器的一般結(jié)構(gòu)2022/12/1528上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械學(xué)院智能控制第1章緒論共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!智能控制系統(tǒng)必須具備以下一個或多個功能：1）學(xué)習(xí)功能一個系統(tǒng)，如能對一個過程或其環(huán)境的未知特征所固有的信息進(jìn)行學(xué)習(xí)，并將得到的經(jīng)驗(yàn)用于進(jìn)一步估計、分類、決策或控制，從而使系統(tǒng)性能得到改善。2）適應(yīng)功能智能行為實(shí)質(zhì)上是一種從輸入到輸出的映射，一種不依賴模型的自適應(yīng)估計，即使系統(tǒng)的某一部分出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)也能正常工作。3）組織功能對于復(fù)雜的任務(wù)和分散傳感信息具有自行組織和協(xié)調(diào)的功能，系統(tǒng)具有相應(yīng)的主動性和靈活性，在任務(wù)要求的范圍內(nèi)自行決策，主動采取行動，當(dāng)出現(xiàn)多目標(biāo)沖突時，各控制器在一定限制條件下自行解決。2022/12/1529上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械學(xué)院智能控制第1章緒論共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!與常規(guī)控制方法相比，模糊控制有以下特點(diǎn)：①模糊控制完全是在操作人員控制經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的控制，無需建立數(shù)學(xué)模型，是解決不確定性系統(tǒng)的一種有效途徑。②模糊控制具有較強(qiáng)的魯棒性，被控對象參數(shù)的變化對模糊控制的影響不明顯，可用于非線性、時變、時滯系統(tǒng)的控制。③由離線計算得到控制查詢表，提高了控制系統(tǒng)的實(shí)時性。④控制的機(jī)理符合人們對過程控制作用的直觀描述和思維邏輯，為智能控制應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。二、主要研究方向1、模糊控制以模糊集合理論為基礎(chǔ)的控制方法，模仿人的控制經(jīng)驗(yàn)而不是依賴控制對象的模型。2022/12/1530上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械學(xué)院智能控制第1章緒論共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!部分地表現(xiàn)出人腦的某些智能特性，人們從結(jié)構(gòu)和信息處理機(jī)制模擬的角度建立了生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型，即人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)雖然反映了人腦功能的基本特性，但遠(yuǎn)不是自然神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的逼真描寫，而只是它的某種簡化、抽象和模擬。

2、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制

2022/12/1531上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械學(xué)院智能控制第1章緒論共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有幾個突出的特點(diǎn)：①可以充分逼近任意復(fù)雜的非線性關(guān)系；②所有定量或定性的信息都分布貯存于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的各神經(jīng)元的連接上，故有很強(qiáng)的魯棒性和容錯性；③采用并行分布處理方法，使得快速進(jìn)行大量運(yùn)算成為可能；④可學(xué)習(xí)和自適應(yīng)不知道或不確定的系統(tǒng)。

2022/12/1532上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械學(xué)院智能控制第1章緒論共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!專家控制系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：①它在一定程度上模擬人的思維活動規(guī)律，能進(jìn)行自動推理，善于應(yīng)付各種變化，具有透明性和靈活性。②它可以不斷監(jiān)督生產(chǎn)過程，實(shí)現(xiàn)特定性能指標(biāo)下的優(yōu)化控制，能處理大量低層信息，可進(jìn)行操作指導(dǎo)。③相對傳統(tǒng)控制，擴(kuò)展了許多功能，如復(fù)雜系統(tǒng)的高質(zhì)量控制，故障診斷和容錯控制，參數(shù)和算法的自動修改，不同算法的組合等。④深層知識的引入，可以彌補(bǔ)專家經(jīng)驗(yàn)的不足，可以自然地消除決策沖突。2022/12/1533上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械學(xué)院智能控制第1章緒論共37