現(xiàn)代智能控制實用技術(shù)叢書

ModernintelligentcontrolpracticaltechnogySeries智能控制技術(shù)及其應(yīng)用簡介

《現(xiàn)代智能控制實用技術(shù)叢書》共分為四本，其內(nèi)容按照信號傳輸?shù)逆湕l編寫：

傳感器

調(diào)制與解調(diào)

信息的傳輸與通信技術(shù)

智能控制技術(shù)的應(yīng)用

本書系統(tǒng)地對信息傳輸與現(xiàn)代通信技術(shù)的密切關(guān)系、通信技術(shù)的發(fā)展簡史，現(xiàn)代通信技術(shù)的特點和發(fā)展趨勢進行了介紹；

簡述了世界通用的有線通信的載波技術(shù)、無線通信的微波接力通信的基本概念、基本原理，以及各類通信系統(tǒng)的組成、特點、優(yōu)勢、不足及適用領(lǐng)域。智能控制技術(shù)及其應(yīng)用簡介

本書還對現(xiàn)代通信技術(shù)的“高速公路”，即光導纖維通信、５Ｇ通信、衛(wèi)星通信系統(tǒng)技術(shù)，以及近距離小容量的通信手段———無線保真（ＷｉＦｉ）、藍牙和可見光通信技術(shù)進行原理、功能及應(yīng)用的闡述。

對未來的通信技術(shù)，即量子通信技術(shù)的概況進行介紹，并預(yù)測量子通信技術(shù)將在計算機技術(shù)、通信傳輸技術(shù)、衛(wèi)星通信技術(shù)等方面應(yīng)用的可期待前景。

本書可作為大專院校或高等院校智能控制類相關(guān)專業(yè)的參考書籍，也可供從事智能控制信息的傳輸方面的設(shè)計、制造、應(yīng)用領(lǐng)域工作的工程技術(shù)人員作為參考資料。智能控制技術(shù)及其應(yīng)用

叢書序

自動控制、智能控制、智慧控制是相對ＡＩ控制技術(shù)的普遍話題。在當今的生產(chǎn)、生活和科學實驗中具有重要的作用。

在控制技術(shù)中離不開將甲地的信息傳送到乙地，以便遠程監(jiān)測（遙測）、視頻顯示和數(shù)據(jù)記錄（遙信）、狀況或數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)（遙調(diào)）和智能控制（遙控），統(tǒng)稱為智能控制的四遙工程。

信息是物理現(xiàn)象、過程或系統(tǒng)所固有的。信息本身不是物質(zhì)，不具有能量，但信息的傳輸卻依靠物質(zhì)和能量。

而信號則是信息的某種表現(xiàn)形式，是傳輸信息的載體。信號是物理性的，并且隨時間而變化，這是信號的本質(zhì)所在。

在無線電通信中，電磁波信號承載著各種各樣的信息。所以信號是有能量的物質(zhì)，它描述了物理量的變化過程，在數(shù)學上，信號可以表示為關(guān)于一個或幾個獨立變量的函數(shù)，也可以表示隨時間或空間變化的圖形。

智能控制技術(shù)及其應(yīng)用

叢書序

實際的信號中往往包含著多種信息成分，其中有些是我們關(guān)心的有用信息，有些是我們不關(guān)心的噪聲或冗余信息。傳感器的作用就是把未知的被測信息轉(zhuǎn)化為可觀察的信號，提取所研究對象的有關(guān)信息，將原始信息轉(zhuǎn)換成信號。將有效信息轉(zhuǎn)換成便于傳輸?shù)男盘?，或?qū)⑿盘柗糯?，或?qū)⑤^低頻率的原始信息“調(diào)制”到較高頻率的信號；滿足遠距離傳輸?shù)囊螅驅(qū)⒃寄M信息處理為數(shù)字信號等。這就是智能控制發(fā)送部分的“職責”———信息的收集與調(diào)制。然后，將調(diào)制后的信號置于所選取的傳輸通道上進行傳輸，使調(diào)制后的信號傳輸至信宿端———乙地在乙地接收到經(jīng)傳輸線路傳送來的信號后，然后進行調(diào)制器的反向操作“解調(diào)”。即將高頻信號或數(shù)字信號還原成原始信息。智能控制技術(shù)及其應(yīng)用

叢書序

原始信息通過揚聲器器（還原的音Ⅳ頻信號）、顯示器（還原的圖像或視頻信號）、打（還原的計算結(jié)果）或進行力學、電磁學、光學、聲學等轉(zhuǎn)換，對原始信息控制目的物進行作用，從而達到智能控制的目的。本套叢書就是對智能控制系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)的一些關(guān)鍵技術(shù)的原理、特性、基本計算公式和方法、基本結(jié)構(gòu)的組成、各個部分參數(shù)的選取，以及主要應(yīng)用場合及其優(yōu)勢和不足等問題進行討論和分析。本套叢書則沿著“有效信息的取得”、“有效信息的調(diào)制”、“調(diào)制信號的傳輸“、“調(diào)制信號的解調(diào)”以及“智能控制系統(tǒng)的舉例應(yīng)用”這一線索展開，對比較典型的智能控制系統(tǒng)，應(yīng)用于實踐的設(shè)計計算及控制的邏輯關(guān)系進行舉例論述。本套叢書雖然經(jīng)歷了十多年的知識積累，但仍然覺得時間倉促，加之水平有限，錯誤與疏漏之處在所難免，懇請讀者批評指正。編撰者

蘇遵惠

智能控制技術(shù)及其應(yīng)用

智能控制技術(shù)及其應(yīng)用

叢書序

前言第一章緒論第一節(jié)控制的分類第二節(jié)智能控制

第三節(jié)

智能控制技術(shù)的建立與發(fā)展第二章中小學校教室智能照明系統(tǒng)

的設(shè)計與實踐

第一節(jié)光源燈具和安裝現(xiàn)場的

技術(shù)指標要求

第二節(jié)教室照明的智能控制要求第三章醫(yī)療機構(gòu)智能照明系統(tǒng)的

設(shè)計與實踐第四章

城市道路照明智能控制系統(tǒng)的

設(shè)計與實踐

第五章

公路隧道照明智能控制系統(tǒng)的

設(shè)計與實踐第六章

自動駕駛汽車的智能控制第七章

人臉識別技術(shù)在智能控制

領(lǐng)域的應(yīng)用第一節(jié)人臉識別技術(shù)概述

第二節(jié)人臉識別技術(shù)的流程和算法

第三節(jié)

智能控制理論在在人臉識別

中的應(yīng)用

第四節(jié)

人臉識別技術(shù)的主要應(yīng)用

領(lǐng)域及發(fā)展前景

附錄附錄Ａ本書名詞術(shù)語及解釋附錄Ｂ與本書相關(guān)的技術(shù)標準參考文獻重點目錄

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第一章

緒論第二節(jié)智能控制智能控制技術(shù)及其應(yīng)用一、智能控制概述

（一）智能控制概念

智能控制是一門交叉學科。著名美籍華人傅京遜教授1971年首先提出智能控制是人工智能與自動控制的交叉，即二元論。

美國學者G.N.Saridis1977年在此基礎(chǔ)上引入運籌學，提出了三元論的智能控制概念，

即：IC=AC∩AI∩OR

式中各子集的含義為

IC——智能控制（IntelligentControl）

AI——人工智能（ArtificialIntelligence）AC——自動控制（AutomaticControl）OR——運籌學（OperationalResearch）

正文

第一章

緒論第二節(jié)智能控制智能控制技術(shù)及其應(yīng)用一、智能控制概述

（一）智能控制概念

基于三元論的智能控制示意圖見圖1-11所示。

人工智能（AI）：是一個用來模擬人思維的知識處理系統(tǒng)，具有記憶、學習、信息處理、形式語言、啟發(fā)推理等功能。

自動控制（AC）：描述系統(tǒng)的動力學特性，是一種動態(tài)反饋。

運籌學（OR）：是一種定量優(yōu)化方法，如線性規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、調(diào)度、管理、優(yōu)化決策和多目標優(yōu)化方法等。圖1-11基于三元論的

智能控制示意圖

正文

第一章

緒論第二節(jié)智能控制智能控制技術(shù)及其應(yīng)用一、智能控制概述

（二）智能控制科學的分類

傅京遜教授歸納了三種類型的智能控制系統(tǒng)：

1、人作為控制器的控制系統(tǒng)：具有自學習、自適應(yīng)和自組織的功能。

2、人機結(jié)合作為控制器的控制系統(tǒng)：機器完成需要連續(xù)進行的并需快速計算的常規(guī)控制任務(wù)，人則完成任務(wù)分配、決策、監(jiān)控等任務(wù)。

3、無人參與的自主控制系統(tǒng)：為多層的智能控制系統(tǒng)，需要完成問題求解和規(guī)劃、環(huán)境建模、傳感器信息分析和低層的反饋控制任務(wù)，如自主機器人。

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第一章

緒論第二節(jié)智能控制智能控制技術(shù)及其應(yīng)用一、智能控制概述

（三）智能控制的特點1、學習功能

智能控制器能通過從外界環(huán)境所獲得的信息進行學習，不斷積累知識，使系統(tǒng)的控制性能得到改善。

2、適應(yīng)功能

智能控制器具有從輸入到輸出的映射關(guān)系，可實現(xiàn)不依賴于模型的自適應(yīng)控制，即使當系統(tǒng)某一部分出現(xiàn)故障時，也能進行控制。

3、自組織功能

智能控制器對復(fù)雜的分布式信息具有自組織和協(xié)調(diào)的功能，當出現(xiàn)多目標沖突時，它可以在任務(wù)要求的范圍內(nèi)自行決策，主動采取行動。

4、優(yōu)化能力

智能控制能夠通過不斷優(yōu)化控制參數(shù)并尋找控制器的最佳結(jié)構(gòu)形式，獲得整體最優(yōu)的控制性能。

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第一章

緒論第二節(jié)智能控制智能控制技術(shù)及其應(yīng)用二、智能控制的發(fā)展歷程

（一）世界智能控制發(fā)展歷程

智能控制第一次思潮出現(xiàn)于20世紀60年代，早期開拓者們提出了幾種智能控制的思想和方法。60年代中期，自動控制與人工智能開始交集。

1965年，美籍華裔科學家傅京孫等，首先把人工智能的啟發(fā)式推理規(guī)則用于學習控制系統(tǒng)，1971年傅京孫又論述了人工智能與自動控制的交集關(guān)系，成為智能控制的先行者和奠基人。

1978年3月，全國科學大會在北京召開，發(fā)出“向科學技術(shù)現(xiàn)代化進軍”的號召，迎來了中國科學的春天。

隨著人工智能和機器人技術(shù)的發(fā)展，智能控制獲得持續(xù)發(fā)展。各種智能控制系統(tǒng)及應(yīng)用手段，包括專家控制、模糊控制、遞階控制、學習控制、神經(jīng)控制、進化控制、免疫控制和智能規(guī)劃系統(tǒng)等先后開發(fā)并應(yīng)用于工業(yè)控制過程系統(tǒng)、智能機器人系統(tǒng)和智能制造系統(tǒng)等。

20世紀70年代，從傳統(tǒng)的儀表和繼電器組兩個應(yīng)用領(lǐng)域派生出了分散控制系統(tǒng)(DCS)和可編程序控制器(PLC)。

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第一章

緒論第二節(jié)智能控制智能控制技術(shù)及其應(yīng)用二、智能控制的發(fā)展歷程

（一）世界智能控制發(fā)展歷程

經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，PLC在體系中加入了通用型的CPU，特別軟邏輯PLC在指令處理原理方面與DCS并無二樣，只是上位機軟件的用戶指令不同。而DCS在網(wǎng)絡(luò)方面、多DPU協(xié)同工作方面、冗余方面有了長足的發(fā)展，并多采用X86體系架構(gòu)，利用PC技術(shù)成果。使得人們對DCS和PLC的概念從認知上逐漸得到統(tǒng)一。

現(xiàn)在的DCS與PLC的差別已經(jīng)相當小，PLC分成了大中小微幾種檔次，按實現(xiàn)分成了硬PLC、軟編譯型PLC、軟解釋型PLC，按結(jié)構(gòu)分成了背板式、模塊式、分布式。橫向發(fā)展PLC出了許多專用的PLC，包括數(shù)控專用、車用專用等?？刂瓶茖W的發(fā)展歷程的示意圖見圖4-12所示。圖1-12控制科學的發(fā)展歷程示意圖

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第一章

緒論第二節(jié)智能控制智能控制技術(shù)及其應(yīng)用二、智能控制的發(fā)展歷程

（二）中國智能控制發(fā)展歷史

1978年3月，全國科學大會在北京召開，發(fā)出“向科學技術(shù)現(xiàn)代化進軍”的號召，迎來了中國科學發(fā)展的春天。

20世紀七八十年代，中國的專家控制和專家規(guī)劃系統(tǒng)開發(fā)也出現(xiàn)不少成果。

1965年國內(nèi)對模糊控制的理論探索和實際應(yīng)用兩個方面，都進行了廣泛研究，并取得一批實質(zhì)性的成果。

在皮茨（Pitts）等提出一種“似腦機器”（mindlikemachine）的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的理論和機理的啟發(fā)下。中國的神經(jīng)控制研究與應(yīng)用也取得令人矚目的成果。以神經(jīng)控制器為基礎(chǔ)的神經(jīng)控制系統(tǒng)已在非線性和分布式控制系統(tǒng)及學習系統(tǒng)中得到不少成功應(yīng)用。

20世紀80年代以來，中國學者提出一些新的智能控制理論、方法和技術(shù)。周其鑒等人于1983年發(fā)表了關(guān)于仿人控制的論文，之后又發(fā)展為仿人智能控制專著。

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第一章

緒論第二節(jié)智能控制智能控制技術(shù)及其應(yīng)用二、智能控制的發(fā)展歷程

（二）中國智能控制發(fā)展歷史

吳宏鑫等人提出的“航天器變結(jié)構(gòu)變系數(shù)的智能控制方法”和“基于智能特征模型的智能控制方法”等，為智能控制器的設(shè)計開拓了一條新的道路。

蔡自興等人于2000年提出和開發(fā)了進化控制系統(tǒng)和免疫控制系統(tǒng)，把源于生物進化的進化計算機制與傳統(tǒng)反饋機制相結(jié)合，用于控制可實現(xiàn)一種新的控制——進化控制；而把自然免疫系統(tǒng)的機制和計算方法用于控制，則構(gòu)成免疫控制。

進入21世紀以來，我國的智能控制研究也相繼進入各種智能控制互相融合，“取長補短”構(gòu)成眾多的“復(fù)合”智能控制，開發(fā)某些綜合的智能控制方法來滿足現(xiàn)實系統(tǒng)提出的控制要求。模糊神經(jīng)控制、神經(jīng)專家控制、進化神經(jīng)控制、神經(jīng)學習控制、專家遞階控制和免疫神經(jīng)控制等進入研究階段。

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第一章

緒論第二節(jié)智能控制智能控制技術(shù)及其應(yīng)用二、智能控制的發(fā)展歷程

（二）中國智能控制發(fā)展歷史

20世紀90年代在我國的研究基本上與世界研究平行發(fā)展，并在21世紀以來得到在某些行業(yè)的應(yīng)用。以網(wǎng)絡(luò)為控制的媒介；用戶對受控對象控制、監(jiān)督和管理，借助網(wǎng)絡(luò)及其相關(guān)瀏覽器和服務(wù)器來實現(xiàn)。只要能夠上網(wǎng)，對現(xiàn)場設(shè)備及其受控對象進行控制與監(jiān)控。智能控制系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的深度融合是我國21世紀智能控制的一個新亮點。

進入21世紀，中國政府發(fā)布的《中國制造2025》《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》和《機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃2016—2020》等國家重大發(fā)展戰(zhàn)略，為智能控制基礎(chǔ)研究及其在智能制造、智能機器人、智能駕駛等領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化注入活力。

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第一章

緒論第二節(jié)智能控制智能控制技術(shù)及其應(yīng)用三、智能控制系統(tǒng)的工作原理及組成結(jié)構(gòu)

1、規(guī)劃與控制部分

這部分為整個系統(tǒng)的核心部分，通過制定任務(wù)，決定獲取信息，控制機構(gòu)，如何控制，采用傳輸方式，將信息傳送到對方等對與本系統(tǒng)相關(guān)的知識、經(jīng)驗的搜索獲取，推理決策等做出控制作用的總體規(guī)劃。

2、傳感器部分

利用傳感器對外界進行監(jiān)測與觀察，捕獲信息

（包括力學信號、電磁學信號、聽覺信號、視覺信號、溫濕度信號、嗅覺信號、味覺信號、流體信號等），從中對有效信息進行選擇，進行電信號轉(zhuǎn)換，作為智能控制系統(tǒng)的信息輸入部分。

3、感知信息處理部分該部分對由傳感器輸入的原始信息進行處理，根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部的信號傳輸系統(tǒng)的要求，完成信號的放大、調(diào)制（包括模擬調(diào)制或數(shù)字調(diào)制）與傳輸波形的整形。

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第一章

緒論第二節(jié)智能控制智能控制技術(shù)及其應(yīng)用三、智能控制系統(tǒng)的工作原理及組成結(jié)構(gòu)

4、通信信道與接口部分

根據(jù)傳輸信息的距離、頻段、信息量的大小等要素，決定傳輸?shù)姆绞?/p>

（有線傳輸、無線傳輸）及傳輸頻段，根據(jù)信道要求決定輸出端和輸入端的接口阻抗和電平。

5、信息的認知部分

對傳輸后所接收到的信息進行儲存、信號放大或整形，進行信號的解調(diào)，得到能用于實現(xiàn)控制能量轉(zhuǎn)換的電信號形式，直至被控制部分。

6、執(zhí)行機構(gòu)部分執(zhí)行機構(gòu)部分為系統(tǒng)的最終輸出部分，按照規(guī)劃與控制目的，將輸出電信號轉(zhuǎn)換為機械力、速度、加速度、熱、電功、光、聲、磁儲存或電打印等。若為閉環(huán)控制系統(tǒng)，則必將執(zhí)行的結(jié)果反饋給信息的首端，以便形成動態(tài)的循環(huán)控制。

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第一章

緒論第二節(jié)智能控制智能控制技術(shù)及其應(yīng)用四、智能控制系統(tǒng)的基本組成

（一）中央處理器（CentralProcessingUnit，CPU），是計算機的運算核心和控制核心，是信息處理、程序運行的最終執(zhí)行單元。負責處理各種算法和邏輯，控制其他組件的工作。

其包含運算邏輯部件、寄存器部件和控制部件等，具有處理指令、執(zhí)行操作、控制時間、處理數(shù)據(jù)等功能。

（二）內(nèi)存（Memory）是計算機中重要的部件之一，也稱為內(nèi)存儲器，由內(nèi)存芯片、電路板、金手指等部分組成，它是與CPU進行溝通的橋梁。

其用于暫時存放CPU中的運算數(shù)據(jù)及與硬盤等外部存儲器交換的數(shù)據(jù)。計算機中所有程序的運行都在內(nèi)存中進行，內(nèi)存的運行決定了計算機的穩(wěn)定性。內(nèi)存包括RAM和ROM。RAM為隨機存取存儲器，用于臨時存儲數(shù)據(jù)和程序；ROM為只讀存儲器，用于存儲固化的程序和配置。

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第一章

緒論第二節(jié)智能控制智能控制技術(shù)及其應(yīng)用四、智能控制系統(tǒng)的基本組成

（三）輸入輸出接口（Input/OutputInterface，I/O接口）

是計算機中CPU與外部設(shè)備之間交換信息的連接電路，通過總線與CPU相連。

I/O接口分為總線接口和通信接口，通常稱為適配卡，如軟盤驅(qū)動器適配卡、硬盤驅(qū)動器適配卡、并行打印機適配卡。用于連接外部設(shè)備，如傳感器、執(zhí)行器、通信傳輸設(shè)備等。

通過這些接口，智能控制器可以接收來自外部環(huán)境的信息。

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第一章

緒論第二節(jié)智能控制智能控制技術(shù)及其應(yīng)用四、智能控制系統(tǒng)的基本組成

以下以汽車的駕駛為例予以說明，示意圖見圖1-13所示。圖1-13汽車的人工駕駛與智能機械駕駛比較示意圖

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第一章

緒論第二節(jié)智能控制智能控制技術(shù)及其應(yīng)用五、智能控制系統(tǒng)的特點

1、具有較高的靈活性

從總體出發(fā)，智能控制系統(tǒng)由多個子系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)進行連接組合而成，可以根據(jù)使用者的需求完成自主操作，方便生產(chǎn)或生活。2、操作方便簡潔

科技發(fā)展至今，許多智能控制系統(tǒng)可以通過手機、計算機等終端設(shè)備進行控制，通過控制顯示就能了解非現(xiàn)場被控對象的控制狀態(tài)。3、場景化設(shè)置可多樣化

可以根據(jù)對系統(tǒng)的需求，對被控制場景進行設(shè)置、添加，滿足使用者的需求。

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第一章

緒論第二節(jié)智能控制智能控制技術(shù)及其應(yīng)用五、智能控制系統(tǒng)的特點

4、實現(xiàn)信息共享

系統(tǒng)可以實時控制所需控制的對象，并且可發(fā)布到網(wǎng)上，對控制環(huán)境進行檢測，在出現(xiàn)緊急情況時，可以通過終端設(shè)備遠程連接到終端進行信息共享。5、安裝、調(diào)試較為方便

一般比較簡單的系統(tǒng)可以做到即插即用，特別是采用無線控制的方式，可以快速部署系統(tǒng)。

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第一章

緒論第二節(jié)智能控制智能控制技術(shù)及其應(yīng)用六、智能控制系統(tǒng)的定義和特殊功能

（一）定義

由于科技的發(fā)展和進步，智能控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)，由于行業(yè)之間的差異，對智能控制系統(tǒng)產(chǎn)生了幾種不同的定義如下：

定義一：智能控制是由智能機器自主實現(xiàn)其目標的過程。

而智能機器則定義為：在結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化的、熟悉的或陌生的環(huán)境中，自主地或與人交互地執(zhí)行人類規(guī)定的任務(wù)的一種機器。

定義二：K.J.奧斯托羅姆認為：將人類具有的直覺推理和試湊法等智能加以形式化或機器模擬，并用于控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計中，以期在一定程度上實現(xiàn)控制系統(tǒng)的智能化，這就是智能控制。他還認為自動調(diào)節(jié)控制和自適應(yīng)控制就是智能控制的低級體現(xiàn)。

定義三：智能控制是一類無需人的干預(yù)，就能夠自主地驅(qū)動智能機器實現(xiàn)其目標的自動控制，也是用計算機模擬人類智能的一個重要領(lǐng)域。

定義四：智能控制實際只是研究與模擬人類智能活動及其控制與信息傳遞過程的規(guī)律，研制具有仿人智能的工程控制與信息處理系統(tǒng)的一個新興分支學科。

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第一章

緒論第二節(jié)智能控制智能控制技術(shù)及其應(yīng)用六、智能控制系統(tǒng)的定義和特殊功能

（二）智能控制系統(tǒng)的特殊功能

1、遠程監(jiān)控與操作

智能控制系統(tǒng)支持遠程監(jiān)控和操作，通過網(wǎng)絡(luò)連接可以對設(shè)備和系統(tǒng)進行實時監(jiān)控和控制。運維人員可以通過遠程訪問系統(tǒng)進行參數(shù)調(diào)整、故障排查和維護等操作，提高操作的便捷性和靈活性。

2、自適應(yīng)和優(yōu)化控制

智能控制系統(tǒng)具備自適應(yīng)和優(yōu)化控制能力，它能根據(jù)不同的工況和要求，采取相應(yīng)的控制策略和參數(shù)調(diào)整，以較好的方式實現(xiàn)系統(tǒng)的控制和調(diào)節(jié)，提高節(jié)能效果。

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第一章

緒論第二節(jié)智能控制智能控制技術(shù)及其應(yīng)用六、智能控制系統(tǒng)的定義和特殊功能

（二）智能控制系統(tǒng)的特殊功能

3、故障診斷和容錯控制

智能控制系統(tǒng)能夠進行故障診斷，通過分析和判斷故障信息，及時采取容錯控制措施，保證系統(tǒng)的正常運行。它可以提供故障報警和故障診斷報告，幫助運維人員進行故障排查和維修。

4、高度靈活和可擴展性

智能控制系統(tǒng)具有高度靈活性和可擴展性，它可以根據(jù)不同的需求和應(yīng)用領(lǐng)域進行定制開發(fā)，同時支持各種設(shè)備和系統(tǒng)的集成和擴展，滿足不斷變化的控制需求。

總之，智能控制系統(tǒng)以其自動化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化等特點，提供了可靠和便捷的控制和管理方式，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、建筑自動化、交通運輸、能源管理等領(lǐng)域。

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第一章

緒論第二節(jié)智能控制智能控制技術(shù)及其應(yīng)用七、智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用方法和發(fā)展趨勢

（一）智能規(guī)劃

1、智能規(guī)劃概述

（1）智能規(guī)劃（AutomatedPlanning）是人工智能的一個重要研究領(lǐng)域，其為從計算上研究智能控制過程的領(lǐng)域。如在危險性或費用高的環(huán)境。

主要思想：面對某項任務(wù)，或在運作中受到約束條件的限制，需要實現(xiàn)復(fù)雜的目標，則對環(huán)境進行認識與分析，對所提供的資源、限制和約束進行推理，對可供選擇的動作，在運籌學，人工智能，邏輯學等學科的支撐下，制定出實現(xiàn)預(yù)定目標的動作序列——一個規(guī)劃。

智能規(guī)劃可應(yīng)用于車間作業(yè)調(diào)度、物流中物資運輸調(diào)度、智能機器人的動作規(guī)劃及宇航技術(shù)等領(lǐng)域。其邏輯思維關(guān)系示意圖見圖1-14所示

（2）分類：

因動作種類繁多，故存在多形式規(guī)劃，如路徑和運動規(guī)劃、感知規(guī)劃和信息收集、導航規(guī)劃、通信規(guī)劃、社會與經(jīng)濟規(guī)劃等。

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（一）智能規(guī)劃

智能規(guī)劃邏輯思維關(guān)系示意圖見圖1-14所示

1-14智能規(guī)劃實現(xiàn)的邏輯思維關(guān)系示意圖

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（一）智能規(guī)劃

2、研究的意義與方向

（1）研究的意義

從理論上，規(guī)劃是理性行為的重要組成部分。如果研究人工智能的目的是掌握智能的計算方面的因素，則規(guī)劃為動作的推理和智能算法的演化。在實際應(yīng)用上其有助于建立信息處理工具，即自動規(guī)劃系統(tǒng)，提供經(jīng)濟高效的規(guī)劃資源，滿足安全和高效的需求。

（2）研究的方向

規(guī)劃技術(shù)的研究起源于對現(xiàn)實世界的抽象。根據(jù)模型的簡化程度，其研究方向可分為經(jīng)典規(guī)劃和非經(jīng)典規(guī)劃兩類。

1）經(jīng)典規(guī)劃。是在經(jīng)典規(guī)劃環(huán)境下進行的搜索、決策過程，其具有：完全可觀察，確定的效果，靜態(tài)的、有限的、離散的系統(tǒng)狀態(tài)。

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（一）智能規(guī)劃

2、研究的意義與方向

2）非經(jīng)典規(guī)劃

相對于經(jīng)典規(guī)劃而言，指在部分可觀察的、或隨機的、考慮時間和資源的及放寬其他限制條件的環(huán)境下進行的規(guī)劃。其具體的研究內(nèi)容可細分為以下內(nèi)容：

①

規(guī)劃建模語言研究；

②

狀態(tài)空間搜索方法研究；③

規(guī)劃空間搜索方法研究；

④

規(guī)劃圖搜索方法研究；⑤

命題可滿足技術(shù)研究；

⑥

約束可滿足技術(shù)研究；⑦

分層任務(wù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃研究；

⑧

啟發(fā)式研究；⑨

時態(tài)規(guī)劃研究；

⑩

資源規(guī)劃研究；

?不確定規(guī)劃研究；

?多智能體規(guī)劃研究等。

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（一）智能規(guī)劃

3、典型應(yīng)用

深空1號的在線規(guī)劃軟件系統(tǒng)，即遠程智能體中的應(yīng)用。

火星探測漫游者的地面規(guī)劃軟件系統(tǒng)《混合主動活動計劃生成器》（MixedInitiativeActivityPlanningGenerator，MAPGEN)中的應(yīng)用；

美國宇航局開發(fā)的《歐羅巴》（EUROPA）規(guī)劃系統(tǒng)的應(yīng)用；

每兩年舉行一次的國際智能規(guī)劃大賽（InternationalPlanningCompetition,IPC）的應(yīng)用等等。

實現(xiàn)PID控制的系統(tǒng)規(guī)劃結(jié)構(gòu)示意圖見圖1-15所示。

1-15實現(xiàn)

PID控制的系統(tǒng)智能規(guī)劃結(jié)構(gòu)示意圖

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（二）強化學習

1、強化學習的概念

強化學習控制（ReinforcementLearningControl）是策略學習的一種，是一種機器學習方法，又稱為“再勵學習”、“評價學習”。

學習是一種過程。強化學習為一種基于智能體與環(huán)境交互學習的方法，通過智能體不斷與環(huán)境交互——重復(fù)性的輸入控制信號，從外部校正該系統(tǒng)，從而使系統(tǒng)對特定輸入具有特定響應(yīng)，學習最優(yōu)的決策策略，實現(xiàn)在復(fù)雜、動態(tài)的工業(yè)環(huán)境中高效實現(xiàn)自動化控制并逐步優(yōu)化。

這是模擬人類“學習過程”的控制調(diào)節(jié)機制的嘗試。通過“學習”控制系統(tǒng)成為在其運行過程中，逐步獲得受控過程及環(huán)境的非預(yù)知信息，積累控制經(jīng)驗，并在一定的評價標準下進行估值，分類，決策和不斷改善系統(tǒng)品質(zhì)的自動控制系統(tǒng)。

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（二）強化學習

1、強化學習的概念

強化學習控制原理框圖見圖1-16所示。

定義：從環(huán)境狀態(tài)到動作映射的學習，以使動作從環(huán)

境

中

獲

得

的

積

累

獎

賞

值最大。

常用的強化學習算法包括：1)時間差分法算法

（TemporalDifference，TD）2)Q學習算法

（Q-Learning）3)SARSA算法：(State-Action-Reward-State-Action,SARSA)

圖1-16

強化學習控制原理框圖

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（二）強化學習

2、強化學習的基本內(nèi)容

強化學習控制只要規(guī)定某種判據(jù)，即準則，系統(tǒng)本身就能通過統(tǒng)計估計、自我檢測、自我評價和自我校正等方式不斷自行調(diào)整，直至達到準則要求為止。

這種學習方式是不斷進行隨機嘗試和不斷總結(jié)經(jīng)驗的過程。在沒有足夠的先驗信息的條件下，這種過程需要較長的時間。

在實際應(yīng)用中，為了達到好的效果，常將兩種學習方式結(jié)合起來。學習控制系統(tǒng)按照所采用的數(shù)學方法而有不同的形式，其中最主要有采用模式分類器的訓練系統(tǒng)和增量學習系統(tǒng)。在學習控制系統(tǒng)的理論研究中,貝葉斯估計、隨機逼近方法和隨機自動機理論，都是常用的理論工具。

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（二）強化學習

3、強化學習在自動化生產(chǎn)中的應(yīng)用

（1）智能控制系統(tǒng)優(yōu)化

利用強化學習算法優(yōu)化工業(yè)生產(chǎn)中的控制系統(tǒng)，如PID控制器參數(shù)調(diào)節(jié)、系統(tǒng)優(yōu)化等，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

（2）資源調(diào)度與路徑規(guī)劃

利用強化學習算法優(yōu)化生產(chǎn)資源的調(diào)度和路徑規(guī)劃，實現(xiàn)生產(chǎn)線的自動化調(diào)度和優(yōu)化，降低生產(chǎn)成本。

（3）故障檢測與預(yù)防

利用強化學習算法構(gòu)建故障檢測與預(yù)防模型，實現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)的實時監(jiān)測和預(yù)警，提高設(shè)備可靠性和穩(wěn)定性。

（4）自適應(yīng)控制與優(yōu)化

利用強化學習算法可以實現(xiàn)對工業(yè)系統(tǒng)的自適應(yīng)控制和優(yōu)化，根據(jù)環(huán)境的變化實時調(diào)整控制策略，適應(yīng)復(fù)雜多變的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。

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（二）強化學習

4、強化學習的改進方向

（1）多智能體強化學習

針對復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)，引入多智能體強化學習算法，實現(xiàn)多個智能體之間的協(xié)作與競爭，提高系統(tǒng)整體效率和性能。

（2）深度強化學習

結(jié)合深度學習技術(shù)，構(gòu)建深度強化學習模型，實現(xiàn)對大規(guī)模、高維度工業(yè)數(shù)據(jù)的高效處理和決策，提高控制系統(tǒng)的智能化水平。

（3）安全性與魯棒性加強

加強強化學習算法在工業(yè)控制中的安全性與魯棒性，防止因誤差累積或惡意攻擊導致的系統(tǒng)失控，確保工業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定運行。

（4）實時性與效率提升

優(yōu)化強化學習算法的訓練和推理過程，實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的實時控制和優(yōu)化，提高系統(tǒng)響應(yīng)速度和生產(chǎn)效率。

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（三）專家控制系統(tǒng)

1、專家控制概述

專家控制系統(tǒng)(ExpertControlSystem,ECS)，是指一個內(nèi)部含有大量的某個領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R與經(jīng)驗的智能計算機程序系統(tǒng)，并能利用知識和經(jīng)驗方法，處理該領(lǐng)域的高水平難題。

該系統(tǒng)具有啟發(fā)性，透明性，靈活性，符號操作，不確定性推理等特點。應(yīng)用該系統(tǒng)的概念和技術(shù)，模擬人類專家的控制知識與經(jīng)驗進行推理和判斷，以解決那些需要專家級人才才能處理好的復(fù)雜問題的一種新的方法，

專家系統(tǒng)的基本功能取決于它所含有的知識和經(jīng)驗，因此，有時也把專家系統(tǒng)稱為基于知識的系統(tǒng)。它已廣泛應(yīng)用于故障診斷、工業(yè)設(shè)計和過程控制。

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（三）專家控制系統(tǒng)

2、專家控制的基本結(jié)構(gòu)

（1）知識庫

知識庫用適當?shù)姆绞絻Υ鎻膶＜姨帿@取的領(lǐng)域知識、經(jīng)驗，也包括必要的書本知識和常識，它是領(lǐng)域知識的存儲器。

（2）數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫是在專家系統(tǒng)中劃出的一部分存儲單元，用于存放當前處理對象用戶提供的數(shù)據(jù)和推理得到的中間結(jié)果，這部分內(nèi)容是隨時變化的。

（3）推理機

推理機用于控制和協(xié)調(diào)整個專家系統(tǒng)的工作，根據(jù)當前的輸入數(shù)據(jù)，利用知識庫的知識，按一定推理策略去解決當前的問題。推理策略有正向推理、反向推理和正反向混合推理三種方式。

（4）解釋器

解釋器也是一組計算機程序，為用戶解釋推理結(jié)果，使用戶了解推理過程，回答用戶提出的問題，為用戶提供方便。

（5）知識獲取

知識獲取是設(shè)計一組程序，為修改知識庫中原有的知識和擴充新知識提供手段，包括刪除原有知識，將獲取的新知識加入。

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（三）專家控制系統(tǒng)

3、專家控制的基本要求

（1）運行可靠性高

對于特別的裝置或系統(tǒng)，若不采用專家控制器取代常規(guī)控制器，則控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)將非常復(fù)雜，使系統(tǒng)的可靠性大為下降。故專家控制器應(yīng)具有高的運行可靠性要求和監(jiān)控能力。

（2）決策能力強

決策是基于知識的控制系統(tǒng)的關(guān)鍵能力，故其系統(tǒng)要求具有不同水平的決策能力。系統(tǒng)能夠處理不確定性、不完全性和不精確性之類的問題，這些問題難以用常規(guī)控制方法解決。

（3）應(yīng)用通用性好

包括易于開發(fā)、示例多樣性、便于混合知識表示、全局數(shù)據(jù)庫的活動維數(shù)、基本硬件的機動性、多種推理機制以及開放式的可擴充結(jié)構(gòu)等。

（4）控制與處理靈活

原則包括控制策略的靈活性、數(shù)據(jù)管理的靈活性、經(jīng)驗表示的靈活性、解釋說明的靈活性、模式匹配的靈活性，以及過程連接的靈活性等。

（5）具有擬人能力

該系統(tǒng)的控制水平必須達到人類專家的水準。

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（三）專家控制系統(tǒng)

4、專家控制的特點

（1）模型描述的多樣性

其原則是指在設(shè)計中，對被控對象和控制器的模型應(yīng)用多樣化的描述形式，不拘泥于解析模型，還采用如離散事件模型、模糊模型、規(guī)則模型等。

（2）在線處理的靈巧性

其能夠以有用的方式來劃分和構(gòu)造信息。應(yīng)對過程在線信息的處理與利用。

在信息存儲方面，對做出控制決策有意義的特征信息進行記憶，對于過時的信息則應(yīng)遺忘；

在信息處理方面，應(yīng)把數(shù)值計算與符號運算結(jié)合起來；

在信息利用方面，應(yīng)對各種反映過程特性的特征信息加以抽取和利用，不要僅限于誤差及其一階導數(shù)。

（3）控制決策的靈活性

控制策略的靈活性是設(shè)計專家式控制器所應(yīng)遵循的一條重要原則。工業(yè)對象的時變性與不確定性及干擾的隨機性，要求控制器采用開環(huán)與閉環(huán)的控制策略，并能在線獲取信息修改控制策略或控制參數(shù)。還應(yīng)設(shè)計處理異常的策略，以增強系統(tǒng)的應(yīng)變能力。

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（三）專家控制系統(tǒng)

4、專家控制的特點

（4）決策機構(gòu)的遞階性

人的神經(jīng)系統(tǒng)是由大腦、小腦、腦干、脊髓組成的一個分層遞階決策系統(tǒng)。以仿智為核心的智能控制，其控制器的設(shè)計必然要體現(xiàn)分層遞階的原則，即根據(jù)智能水平的不同層次構(gòu)成分級遞階的決策機構(gòu)。

（5）推理與決策的實時性

對于設(shè)計用于工業(yè)過程的專家式控制器，這一原則必不可少。即要求知識庫的規(guī)模不宜過大，推理機構(gòu)應(yīng)盡可能簡單，以滿足工業(yè)過程的實時性要求。

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（三）專家控制系統(tǒng)

5、問題的展望專家式控制器采用多種形式，就導致其實現(xiàn)方法的多樣性。雖構(gòu)造專家式控制器的具體方法不相同，但歸結(jié)起來，其實現(xiàn)方法可分為兩類：

一類是“直接型專家控制器”，見圖1-18所示，也稱作“專家式控制器”，其保留控制專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征，雖然其功能不如專家系統(tǒng)完善，但結(jié)構(gòu)較簡單，研制周期短，實時性好。但其知識庫的規(guī)模小，推理機構(gòu)簡單。

圖1-18

直接型專家控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖

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（三）專家控制系統(tǒng)

5、問題的展望

另一類是“間接型專家控制”，見圖1-19所示，也稱作“專家系統(tǒng)技術(shù)”，其以某種控制算法(例如PID算法)為基礎(chǔ)，引入專家系統(tǒng)技術(shù)，以提高原控制器的決策水平。

圖1-19間接型專家控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖

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（四）模糊控制

1、模糊控制概述

（1）概述

美國學者查德(L.A.Zedeh)于1965年發(fā)表了《模糊集合》論文（fuzzysets），為智能控制開辟了新的領(lǐng)域。國內(nèi)外對模糊控制的理論探索和實際應(yīng)用兩個方面開展了廣泛研究，取得一批成果。

以模糊控制與其他智能控制組成模糊神經(jīng)控制、模糊專家控制、模糊進化控制、模糊學習控制、模糊免疫控制及模糊PID控制等智能復(fù)合控制，克服了單個智能系統(tǒng)的局限性，具備并行、分布、交互、協(xié)作、適應(yīng)、容錯和開放等優(yōu)點。

中國政府發(fā)布的《中國制造2025》《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》和《機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃2016—2020》等重大發(fā)展戰(zhàn)略，為其基礎(chǔ)研究及其在智能制造、智能機器人、智能駕駛等領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化注入活力。

（2）基本定義：模糊控制是以模糊集理論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的、從行為上模仿人的模糊推理和決策過程的一種智能控制方法。

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（四）模糊控制

1、模糊控制概述

（3）相關(guān)名詞術(shù)語

①

定義變量——就是決定程序被觀察的狀況及考慮控制的動作，例如在一般控制問題上，輸入變量有輸出誤差E與輸出誤差變化率EC，而模糊控制還將控制變量作為下一個狀態(tài)的輸入U。其中E、EC、U統(tǒng)稱為模糊變量。

②

模糊化——將輸入值以適當?shù)谋壤D(zhuǎn)換到論域的數(shù)值，利用口語化變量來描述測量物理量的過程，根據(jù)適合的語言值（linguisticvalue）求該值相對的隸屬度，此口語化變量稱為模糊子集合（fuzzysubsets）。

③知識庫——包括數(shù)據(jù)庫（database）與規(guī)則庫（rulebase）兩部分，其中數(shù)據(jù)庫提供處理模糊數(shù)據(jù)的相關(guān)定義；而規(guī)則庫則藉由一群語言控制規(guī)則描述控制目標和策略。

④

邏輯判斷——模仿人類作出判斷時的模糊概念，運用模糊邏輯和模糊推論法進行推論，得到模糊控制訊號。該部分是模糊控制器的精髓所在。

⑤

解模糊化——將推論所得到的模糊值轉(zhuǎn)換為明確的控制訊號，做為系統(tǒng)的輸入值的過程。

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（四）模糊控制

2、模糊控制系統(tǒng)的分類和基本構(gòu)成

模糊系統(tǒng)為非線性系統(tǒng)，常見的模糊系統(tǒng)一般有三類：

（1）純模糊器系統(tǒng)：模糊控制器（FuzzyController—FC）也稱為模糊邏輯控制器（FuzzyLogicController—FLC）,由于所采用的模糊控制規(guī)則是由模糊理論中模糊條件語句來描述的，因此模糊控制器是一種語言型控制器，故也稱為模糊語言控制器（FuzzyLanguageController—FLC）。

（2）塔卡希模糊系統(tǒng)（TSK,TakagiSugenoKang）

（3）具有模糊器和解模糊器的系統(tǒng)。

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（四）模糊控制

2、模糊控制系統(tǒng)的分類和基本構(gòu)成

其構(gòu)成包含了以下主要部分：

（1）隸屬度函數(shù)：隸屬度是描述元素屬于模糊集合程度的變量，其取值范圍為閉區(qū)間[0,1]，它是模糊數(shù)學的核心之一。

（2）推理規(guī)則：推理規(guī)則多用于“假設(shè)產(chǎn)生式”——

即“如果......則......”（IF-THEN）規(guī)則表示。

（3）解模糊算法：推理機是一組推理算法，該算法結(jié)合經(jīng)典的控制規(guī)則和專家的經(jīng)驗知識。推理機依據(jù)推理算法，根據(jù)規(guī)則庫進行邏輯推理，得出最終結(jié)論。故推理機可以解決非線性的復(fù)雜問題。

解模糊器將推理機的結(jié)論轉(zhuǎn)化為精確量作為控制輸出，傳送給控制的執(zhí)行機構(gòu)。

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（四）模糊控制

2、模糊控制系統(tǒng)的分類和基本構(gòu)成

模糊控制原理見圖1-20所示。模糊控制器組成示意圖見圖1-21所示。

圖1-20

模糊控制原理框圖

圖1-21

模糊控制器組成示意圖

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3、模糊控制的特點

（1）具有人類語言的模糊性

模糊控制反映了人類語言的模糊性，例如“高”“中”“低”等模糊變量，故該控制不需要建立被控對象的精確數(shù)學模型；“模糊”比“清晰”所擁有的信息容量更大，內(nèi)涵更豐富，更符合客觀世界。

（2）體現(xiàn)智能化的特點

模糊控制規(guī)則具有啟發(fā)性的推理、邏輯功能，體現(xiàn)了其智能化的特點；

（3）自適應(yīng)性強

模糊控制方法的自適應(yīng)性很強。通過專家經(jīng)驗設(shè)計的模糊規(guī)則對于復(fù)雜對象進行有效控制。

模糊控制方法已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，如航空航天、智能電氣、工業(yè)制造過程、數(shù)字圖像制作等。

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4、實例解析模糊控制系統(tǒng)的工作原理

以水位的模糊控制為例，如圖1-22所示。

設(shè)計一模糊控制器，設(shè)一水箱通過調(diào)節(jié)閥可向內(nèi)注水和向外抽水，將水位穩(wěn)定在高度為h0固定點附近。按照日常的操作經(jīng)驗，可以得到基本的控制規(guī)則如下：

若水位高于O點，則向外排水，差值越大，排水越快；

若水位低于O點，則向內(nèi)注水，差值越大，注水越快。

圖1-22

水箱液位控制示意圖

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4、實例解析模糊控制系統(tǒng)的工作原理根據(jù)上述經(jīng)驗，按下列步驟設(shè)計模糊控制器：（1）確定觀測量和控制量

定義理想液位O點的水位為h0，實際測得的水位高度為h，選擇液位差：

將當前水位對于O點的偏差e作為觀測量。

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4、實例解析模糊控制系統(tǒng)的工作原理

（2）輸入量和輸出量的模糊化①

將偏差e分為五個模糊集：

負大（NB），負?。∟S），零（O），正?。≒S），正大（PB）。②

根據(jù)偏差e的變化范圍分為七個等級：

-3，-2，-1，0，+1，+2，+3。得到水位變化模糊表4-1。

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緒論第二節(jié)智能控制智能控制技術(shù)及其應(yīng)用（四）模糊控制

4、實例解析模糊控制系統(tǒng)的工作原理控制量u為調(diào)節(jié)閥門開度的變化。將其分為五個模糊集：

負大（NB），負?。∟S），零（ZO），正?。≒S），正大（PB）。并將u的變化范圍分為九個等級：

-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4。得到控制量模糊劃分表4-2。

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4、實例解析模糊控制系統(tǒng)的工作原理

（3）模糊規(guī)則的描述

根據(jù)日常的經(jīng)驗，設(shè)計以下模糊規(guī)則：①“若e負大，則u負大”②“若e負小，則u負小”③“若e為0，

則u為0”④“若e正小，則u正小”⑤“若e正大，則u正大”其中，排水時，u為負，注水時，u為正。

上述規(guī)則采用“IFATHENB”（如果A則B）形式來描述：①

ife=NBthenu=NB②

ife=NSthenu=NS③

ife=0thenu=0④ife=PSthenu=PS⑤

ife=PBthenu=PB

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4、實例解析模糊控制系統(tǒng)的工作原理

（3）模糊規(guī)則的描述

根據(jù)上述經(jīng)驗規(guī)則，可得模糊控制表1-3。

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4、實例解析模糊控制系統(tǒng)的工作原理

（4）求模糊關(guān)系

模糊控制規(guī)則是一個多條語句，它可以表示為U×V上的模糊子集，即模糊關(guān)系R：

其中規(guī)則內(nèi)的模糊集運算取交集，規(guī)則間的模糊集運算取并集。

其運算過程見本書P53至P55所示。

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4、實例解析模糊控制系統(tǒng)的工作原理

（5）模糊決策

模糊控制器的輸出為誤差向量和模糊關(guān)系的合成：

當誤差e為NB時，e=[1,0.5,0,0,0,0,0]控制器輸出為:

其運算過程見本書P55所示。

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4、實例解析模糊控制系統(tǒng)的工作原理

（5）控制量的反模糊化

由模糊決策可知，當誤差為負大時，實際液位遠高于理想液位e=NB，控制器的輸出為一模糊向量，可表示為：

如果按照“隸屬度最大原則”進行反模糊化，則選擇控制量為

u=-4，即閥門的開度應(yīng)關(guān)大一些，減少進水量。

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5、控制規(guī)劃的取得

規(guī)則的取得方式有以下幾個方面。

（1）專家的經(jīng)驗和知識

人類判斷事情，語言定性分析多于數(shù)值定量分析。模糊控制規(guī)則提供了一個描述人類的行為及決策分析的自然架構(gòu)。專家的經(jīng)驗和知識在其設(shè)計上為重要來源之一。專家的知識通?？捎谩癷f…then...”的型式來表述。如此便構(gòu)成模糊控制規(guī)則；為了獲得最佳的系統(tǒng)性能，常常需要多次使用試誤法，以修正模糊控制規(guī)則。

（2）操作員的操作模式

現(xiàn)流行的專家系統(tǒng)，其只考慮知識的獲得。但要將專家的知識和經(jīng)驗加以邏輯化并不容易，就需要在控制上考慮技巧的獲得。許多工業(yè)系統(tǒng)無法以一般的控制理論做確定的控制，但是熟練的操作人員在沒有數(shù)學模式時，仍然能夠成功地控制這些系統(tǒng)，這就是操作員的操作模式，將其整理為“if…then...”的形式，即可構(gòu)成一組可操作的控制規(guī)則。

（3）系統(tǒng)的強化學習

為了改善模糊控制器的性能，必須讓控制系統(tǒng)有自我學習或自我組織的能力，使模糊控制器能夠根據(jù)設(shè)定的目標，增加或修改模糊控制規(guī)則。

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（四）模糊控制

6、模糊控制的優(yōu)點及缺點

（1）優(yōu)點1）簡化了系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性，特別適用于非線性、時變、滯后、模型不完全的系統(tǒng)控制。2）不依賴于被控對象的精確數(shù)學模型。3）利用控制法則來描述系統(tǒng)變量間的關(guān)系。4）不用數(shù)值而用語言式的模糊變量來描述系統(tǒng)，模糊控制器不必對被控制對象建立完整的數(shù)學模式。5）模糊控制器是一語言控制器，便于操作人員使用自然語言進行人機對話。6）模糊控制器是一種容易控制、掌握的較理想的非線性控制器，具有較佳的魯棒性、適應(yīng)性及容錯性。

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（四）模糊控制

6、模糊控制的優(yōu)點及缺點

（2）缺點1）模糊控制的設(shè)計尚缺乏系統(tǒng)性，對于復(fù)雜系統(tǒng)的控制很難奏效。難以建立一套系統(tǒng)的模糊控制理論，以解決模糊控制的機理、穩(wěn)定性分析、系統(tǒng)化設(shè)計方法等一系列問題。2）如何獲得模糊規(guī)則及隸屬函數(shù)，即系統(tǒng)的設(shè)計辦法，基本上憑經(jīng)驗進行控制。3）信息簡單的模糊處理，將導致系統(tǒng)的控制精度降低和動態(tài)品質(zhì)變差。若要提高準確度就必然增加量化級數(shù)，導致規(guī)則搜索范圍擴大，降低決策速度，甚至難以進行實時控制。4）如何保證模糊控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，即如何解決模糊控制中關(guān)于穩(wěn)定性和魯棒性問題還有待進一步研究解決。

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（四）模糊控制

7、解模糊化的一些有效方法

（1）重心法

為了獲得準確的控制量，就要求模糊方法能夠很好地表達輸出隸屬度函數(shù)的計算結(jié)果。重心法是取隸屬度函數(shù)曲線與橫坐標圍成面積的重心，作為模糊推理的最終輸出值。

（2）最大隸屬度法

選取推理結(jié)果模糊集合中隸屬度最大的元素作為輸出值。

（3）加權(quán)平均法

加權(quán)平均法是用來對多種因素進行綜合考量，以得到更加準確的結(jié)果。工業(yè)控制中廣泛應(yīng)用的反模糊化法就是加權(quán)平均法。

詳細計算方法見本書P57至P58所示。

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緒論第二節(jié)智能控制智能控制技術(shù)及其應(yīng)用七、智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用方法和發(fā)展趨勢

（五）遞階智能控制

1、遞階智能控制簡介

遞階智能控制(HierarchicalIntelligentControl)，簡稱遞階控制。

遞階控制是智能控制最早的理論之一，而其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)已隱含在其他智能控制系統(tǒng)中，成