學(xué)習(xí)目標(biāo)

(1)了解智能建筑的基本概念,掌握智能建筑的組成及系統(tǒng)功能。

(2)了解智能家居的定義及其中典型的控制系統(tǒng)。

(3)了解分布式控制的概念,了解智能控制的相關(guān)技術(shù)與應(yīng)用。

6.1智能建筑

6.1.1智能建筑的產(chǎn)生衣食住行是人們永恒的話題。隨著社會的進步和經(jīng)濟的發(fā)展,人們對于“住”的需求和期望也在不斷提升,這種提升不只體現(xiàn)在對建筑的面積、建筑物獨特的外形、建筑周圍的環(huán)境、建筑的質(zhì)量這些方面,而且越來越多地體現(xiàn)在對建筑居住使用的品質(zhì)上面。為了提高居住品質(zhì),融合了自動控制等多項技術(shù)的“智能建筑”應(yīng)運而生。

中國的智能建筑于20世紀(jì)90年代才起步,但迅猛的發(fā)展勢頭令世人矚目。我國智能建筑專家、清華大學(xué)張瑞武教授在1997年6月廈門市建委主辦的“首屆智能建筑研討會”

上,提出了以下比較完整的定義:智能建筑是指利用系統(tǒng)集成方法,將智能型計算機技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)、多媒體技術(shù)和現(xiàn)代建筑藝術(shù)有機結(jié)合,通過對設(shè)備的自動監(jiān)控、對信息資源的管理、對使用者的信息服務(wù)及其建筑環(huán)境的優(yōu)化組合,所獲得的投資合理、適合信息技術(shù)需要并且具有安全、高效、舒適、便利和靈活特點的現(xiàn)代化建筑物。這是目前我國智能化研究理論界所公認的最權(quán)威的定義。

6.1.2智能建筑的意義

與傳統(tǒng)建筑相比,智能建筑除了具有傳統(tǒng)建筑物的全部功能外,還具有某種“擬人智能”的特性及功能,主要表現(xiàn)在:

(1)具有感知、處理、傳遞所需信號或信息的能力;

(2)對收集的信息具有綜合分析、判斷和決策的能力;

(3)具有發(fā)出指令并提供動作響應(yīng)的能力。

綜上,智能建筑是以建筑物為平臺,基于對各類智能化信息的綜合應(yīng)用,集架構(gòu)、系統(tǒng)、應(yīng)用、管理及優(yōu)化組合為一體,具有感知、傳輸、記憶、推理、判斷和決策的綜合智慧

能力,形成以人、建筑、環(huán)境互為協(xié)調(diào)的整合體,為人們提供安全、高效、便利及可持續(xù)發(fā)展功能環(huán)境的建筑。

6.2樓宇自動化系統(tǒng)

6.2.1樓宇自控系統(tǒng)的定義建筑智能化結(jié)構(gòu)由三大系統(tǒng)組成:樓宇自動化系統(tǒng)(BuildingAutomationSystem,BAS)、辦公自動化系統(tǒng)(OfficeAutomationSystem,OAS)和通信自動化系統(tǒng)(CommunicationAutomationSystem,CAS),如圖6－1所示。圖6－1建筑智能化結(jié)構(gòu)示意圖

6.2.2樓宇自控系統(tǒng)的構(gòu)成

1.BAS的構(gòu)成

樓宇自動化系統(tǒng)(BAS)通常包括暖通空調(diào)、給排水、供配電、照明、電梯、消防、安全防范等子系統(tǒng),對各個機電設(shè)備的運行狀態(tài)進行實時自動化的監(jiān)控,同時也可以顯示并檢測建筑機電設(shè)備的數(shù)據(jù)情況和發(fā)展趨勢。如圖6－2所示。圖6－2樓宇自動化系統(tǒng)

1)供配電檢測系統(tǒng)

安全、可靠的供電是智能建筑正常運行的先決條件。

2)照明系統(tǒng)

照明系統(tǒng)能耗很大,在大型高層建筑中往往僅次于供熱、通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng),并導(dǎo)致冷氣負荷的增加。

3)暖通空調(diào)與冷熱源系統(tǒng)

暖通空調(diào)系統(tǒng)在建筑物中的能耗最大,故在保證提供舒適環(huán)境的條件下,應(yīng)盡量降低能耗。

4)給排水系統(tǒng)

清潔、衛(wèi)生的水源和暢通的排水系統(tǒng)是人們生活的必要條件。

5)電梯系統(tǒng)

7層及以上住宅樓、高層建筑(10層及以上)均需配備電梯,大多數(shù)為電梯群組,需要利用計算機實現(xiàn)群控,以達到優(yōu)化傳送、控制平均設(shè)備使用率和節(jié)約能源等目的。

根據(jù)中國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),BAS又可分為設(shè)備運行管理與監(jiān)控子系統(tǒng)和消防與安全防范子系統(tǒng)。一般情況下,這兩個子系統(tǒng)宜一同納入BAS考慮,如將消防與安全防范子系統(tǒng)獨立設(shè)

置,也應(yīng)與BAS監(jiān)控中心建立通信聯(lián)系以便災(zāi)情發(fā)生時,能夠按照約定實現(xiàn)操作權(quán)轉(zhuǎn)移,進行一體化的協(xié)調(diào)控制。

2.BAS的功能

BAS的基本功能可以歸納如下:

(1)自動監(jiān)視并控制各種機電設(shè)備的啟、停,顯示或打印當(dāng)前運轉(zhuǎn)狀態(tài)。

(2)自動檢測、顯示、打印各種機電設(shè)備的運行參數(shù)及其變化趨勢或歷史數(shù)據(jù)。

(3)根據(jù)外界條件、環(huán)境因素、負載變化情況自動調(diào)節(jié)各種設(shè)備,使之始終運行于最佳狀態(tài)。

(4)監(jiān)測并及時處理各種意外、突發(fā)事件。

(5)堅持及迅速處理突發(fā)事件;對建筑內(nèi)設(shè)備進行統(tǒng)一控制和管理,自動化管理水電氣等能源。

(6)能源管理:對水、電、氣等的計量收費,實現(xiàn)能源管理自動化。

(7)設(shè)備管理:包括設(shè)備檔案、設(shè)備運行報表和設(shè)備維修管理等。

3.BAS的控制方式

BAS的基本控制方式有開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種。

(1)開環(huán)控制。開環(huán)控制是一種預(yù)定程序的控制方法,它根據(jù)預(yù)先確定的控制步驟一步一步地實施控制,而被控過程的狀態(tài)并不直接影響控制程序的執(zhí)行,如通風(fēng)系統(tǒng)的啟?？刂频?。

(2)閉環(huán)控制。閉環(huán)控制則要根據(jù)被控過程的狀態(tài)決定控制的內(nèi)容和實施控制的時機,控制用計算機需要不斷檢測被控過程的實時狀態(tài)(參數(shù)),并根據(jù)這些狀態(tài)及控制算法得出

控制輸出,對被控過程實施控制,如空調(diào)系統(tǒng)的溫濕度自動調(diào)節(jié)等。

6.2.3樓宇自控系統(tǒng)在節(jié)能中的應(yīng)用

1.在照明系統(tǒng)節(jié)能中的應(yīng)用

1)光源節(jié)能

目前,LED燈已得到了廣泛的應(yīng)用。相比于傳統(tǒng)的電燈,LED節(jié)能燈的電能消耗比較少,有些甚至能夠節(jié)能80%。近些年來,建筑行業(yè)認識到節(jié)能減排的重要性,逐漸重視對光源的節(jié)能。在智能建筑中,樓宇自控系統(tǒng)大量使用節(jié)能燈,大大減少了能源消耗。

2)燈光節(jié)能

燈光節(jié)能主要體現(xiàn)在以下兩方面:首先,將智能建筑中的公共區(qū)域的手控?zé)籼鎿Q為自動控制燈,對自動控制燈進行定時設(shè)計,明確電燈的使用時間。

其次,將燈光與戶外光相結(jié)合,如果戶外的燈光能夠滿足用戶需要,就不需要使用燈光。

目前,樓宇自控?zé)艄夤?jié)能主要應(yīng)用在規(guī)模比較大的建筑物中,家居建筑中比較不適合。在規(guī)模比較大的建筑物中,一般是將自控與手控系統(tǒng)相結(jié)合,集中控制所有光源如圖6－3

所示為一個大橋照明系統(tǒng)的效果照片。圖63大橋照明系統(tǒng)

2.在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

良好的能源供給方式可以達到節(jié)能降耗的目的。

空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能中的應(yīng)用包括如下內(nèi)容:

1)調(diào)整新風(fēng)系統(tǒng)

調(diào)整新風(fēng)系統(tǒng)就是明確室內(nèi)外空氣的焓值變化情況,對空調(diào)的工作情況進行科學(xué)的調(diào)整。

控制新風(fēng)風(fēng)閥的開度以及與新風(fēng)風(fēng)閥聯(lián)鎖控制回風(fēng)風(fēng)閥的開度,在過渡季節(jié)盡可能多地利用新風(fēng)焓值,空調(diào)季節(jié)在保證滿足空調(diào)空間新風(fēng)量需求的前提下,最大限度地利用室內(nèi)焓值,以達到充分節(jié)能的目的。

2)變風(fēng)量控制

利用變風(fēng)量系統(tǒng)的中央空調(diào)能夠減少近4成的能耗,并且只有冷熱負荷達到最大值時才會使用最大的風(fēng)量,因次能夠有效地減少能源消耗。變風(fēng)量控制系統(tǒng)的構(gòu)成部分主要有

變頻調(diào)節(jié)電機的空調(diào)機組以及可調(diào)控變風(fēng)量的風(fēng)閥尾端裝置,能夠?qū)︼L(fēng)機的啟動、停止進行監(jiān)控,了解風(fēng)機的運行情況,并根據(jù)室內(nèi)溫度的具體情況對新回風(fēng)門的大小和水閥開度進行調(diào)整,從而有效控制室內(nèi)溫度,保證室溫達到穩(wěn)定的狀態(tài)。

3)機組定時控制

對于智能建筑工程來說,需要根據(jù)日常應(yīng)用的實際情況,結(jié)合事先安排的工作與節(jié)假日時間表,設(shè)定機組自動啟停時間,既可以滿足功能需求,又可以降低運行損耗。

4)采用PLC編程控制系統(tǒng)

采用PLC編程控制,使空調(diào)能夠根據(jù)樓宇內(nèi)的環(huán)境自動調(diào)節(jié)變風(fēng)量和溫度,實現(xiàn)室溫控制空調(diào)的方式。

6.3智能家居6.3.1智能家居的定義智能家居概念的起源甚早。最早引起人們對智能家居的注意的可能是比爾·蓋茨當(dāng)初耗資5.3億美元建立的智能化豪宅。比爾·蓋茨在他的《TheLoadAhead》一書中以很大篇幅描繪在華盛頓湖建造的私人豪宅:“由硅片和軟件建成的”、“采納不斷變化的尖端技術(shù)”。

歷經(jīng)7年的建設(shè),1997年這座智能豪宅終于建成。它完全按照智能住宅的概念建造,不僅具備高速上網(wǎng)的專線,所有的門窗、燈具、電器都能夠通過計算機控制,而且有一個高性能的服務(wù)器作為管理整個系統(tǒng)的后臺。連車道旁的一棵老楓樹,都通過專門的監(jiān)視系統(tǒng)給這棵樹進行24小時的全方位監(jiān)控。一旦監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)它有干燥的跡象,將釋放適量的水來為它解渴。智能家居控制系統(tǒng)舉例如圖6－4所示。圖6－4智能家居

科技進步應(yīng)該服務(wù)大眾,引導(dǎo)生活,改變生活。實用、易用、能給人們生活帶來極大方便的產(chǎn)品會有廣闊的市場空間。智能家居是科技以服務(wù)為本、影響生活、改變生活、創(chuàng)造新

的生活方式的最直觀體現(xiàn),只有更加貼近實用、易用和人性化,才能真正提高人們的生活品質(zhì),才能真正體現(xiàn)智能家居的價值,這也是現(xiàn)代科技價值的核心所在。

6.3.2中國的智能家居

智能家居至今在中國已經(jīng)歷了十多年的發(fā)展,從人們最初的夢想到如今眾多的商家把這種夢想變?yōu)楝F(xiàn)實,如何建立一個高效率、低成本的智能家居系統(tǒng)已成為當(dāng)前社會一個熱

點問題。

從2000年的首屆智能家居峰會到2017年的第十八屆中國國際建筑智能化峰會,雖然中國房產(chǎn)智能化道路幾經(jīng)周折,但是這一進程卻不可阻擋地前進著。

據(jù)上海市的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示:智能化系統(tǒng)發(fā)揮作用的僅占20%,運行不穩(wěn)定但尚可使用的占45%,另有35%的系統(tǒng)被廢棄,業(yè)主對家庭安防系統(tǒng)、自動抄表系統(tǒng)和停車場管理系統(tǒng)等的投訴率一直居高不下。由于場景碎片化、兼容差和操作復(fù)雜等問題仍未得到有效的解決,消費者難以深切體會到智能家居的智慧與便捷。

第十八屆中國國際建筑智能化峰會特設(shè)智能家居與人工智能分論壇,除了分享與展示2017年智能家居與人工智能的

最新發(fā)展成果之外,更重要的是倡導(dǎo)行業(yè)應(yīng)更加理性地看待現(xiàn)實問題。智能家居與人工智能的良性發(fā)展,關(guān)鍵在于回歸用戶本質(zhì),深耕產(chǎn)品、技術(shù)研發(fā)和服務(wù)。而國家政府機構(gòu)及各大信息家電生產(chǎn)廠商不失時機地開展了中國智能家庭網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化制定工作,為中國智能家居的發(fā)展提供了一個開放的標(biāo)準(zhǔn)化平臺。目前智能家居產(chǎn)品普遍存在定位偏高的問題。

如何提高性價比,切實分析用戶需求,讓智能家居進入尋常百姓家,還有很長的一段路要走。

6.3.3智能家居控制器

智能家居控制器主要功能如下:

(1)家庭理財:家庭水費、電費、煤氣費和供熱費的記錄顯示和傳輸;家庭日常支出的錄入和顯示;家庭月、季、年支出累計。

(2)家政服務(wù):家庭對小區(qū)物業(yè)公司的鐘點工(清潔、保姆、護理等)、醫(yī)護、水電氣維修、送飯、送貨的預(yù)約、召喚和呼救。

(3)家庭安防:門禁(可視對講)控制操作;家庭安防系統(tǒng)(紅外入侵報警、窗玻璃碎報警等)預(yù)警設(shè)置和聲光/遠程報警。

(4)家庭電子保姆:可預(yù)設(shè)置或通過電話/網(wǎng)絡(luò)遠程遙控,實現(xiàn)電飯煲、微波爐、洗衣機、熱水器、窗簾和燈光等家電的控制。

(5)家庭信息平臺:直接收看電視節(jié)目,轉(zhuǎn)接播放VCD、DVD,完成數(shù)字電視接收、轉(zhuǎn)換和高清晰電視處理播放、網(wǎng)絡(luò)接入等。

(6)物業(yè)管理:小區(qū)發(fā)布公共信息、用戶信息通告等。

6.3.4智能家居中的自控系統(tǒng)舉例

智能照明控制系統(tǒng)是智能家居系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)。隨著科技的進步,人們對照明燈具的科學(xué)管理提出了更高的要求,使得照明控制在智能化領(lǐng)域的地位越來越重要。

1.需求分析

針對家居設(shè)計的要求,設(shè)立智能照明控制系統(tǒng)。根據(jù)家居各房間的不同功能和設(shè)計規(guī)范的要求,對其系統(tǒng)功能要求進行分析:

(1)在任何一個地方的終端均可控制不同地方的燈,或者是在不同地方的終端可以控制同一盞燈。

(2)開燈時,燈光由暗緩慢變亮:關(guān)燈時,燈光由亮逐漸變暗,避免亮度的突然變化刺激人眼,而且延長了燈泡的使用壽命。

(3)調(diào)節(jié)燈光的亮度,創(chuàng)造更為舒適、和諧、溫馨的氣氛?？梢园醋”镜亻_關(guān)來進行光的調(diào)亮和調(diào)暗,也可以利用集中控制器或是遙控器實現(xiàn)一鍵調(diào)光。

(4)整個照明系統(tǒng)的燈可以實現(xiàn)一鍵全開和一鍵全關(guān)的功能。

(5)控制方式實現(xiàn)多樣性。

2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能照明控制子系統(tǒng)主要由燈具控制器、燈具執(zhí)行器以及燈具三部分組成。

(1)燈具控制器:包括單路燈光控制器、兩路調(diào)光控制器、四路調(diào)光控制器和紅外控制器。

(2)燈具執(zhí)行器:包括單路燈光調(diào)節(jié)器、兩路調(diào)光器和四路調(diào)光器。

(3)燈具:主要選擇調(diào)光燈具和市面常見的照明燈具。

3.系統(tǒng)設(shè)計方案

以一間四室兩廳的居室為例,根據(jù)房間功能、亮度的要求以及相關(guān)規(guī)范要求設(shè)計控制電路,以實現(xiàn)照明系統(tǒng)的集中控制、多點操作、全開全關(guān)、開關(guān)狀態(tài)記憶、燈光明暗調(diào)節(jié)等功能。系統(tǒng)控制器的選擇主要取決于燈具的種類和需要實現(xiàn)的功能,而執(zhí)行器的選擇取決于具體燈具和控制器。

·按鈕式控制器:可以通過設(shè)置達到點控、區(qū)域控制、群控、總控的目的。另外根據(jù)控制模式的不同,可設(shè)置成開關(guān)型,如單開、單關(guān)、窗簾雙向開關(guān)等。

·觸摸屏控制器:可以控制整個系統(tǒng)的任何動作,如點控、區(qū)域控制、群控、總控、場景、調(diào)光等。

·場景模塊和場景控制器:該場景模塊可以預(yù)設(shè)16個場景,場景可以在觸摸屏上操作,也可以通過四場景控制器進行操作。

·紅外遙控接收器:通過手持遙控器可以實現(xiàn)點控、調(diào)光,或控制不同的場景。一個紅外接收器可以設(shè)定4個場景。

·其他信號轉(zhuǎn)換控制器:如光線、風(fēng)速、時間等信號轉(zhuǎn)換,通過總線傳輸以后控制相對應(yīng)的燈光、窗簾等設(shè)備。由于系統(tǒng)采用總線制,因此所有控制器的布線和安裝非常簡單方便。

6.4分布式控制系統(tǒng)

1.分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程分布式控制系統(tǒng)是生產(chǎn)過程監(jiān)視、控制技術(shù)發(fā)展和計算機與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用的產(chǎn)物,但它更是在過程工業(yè)發(fā)展對新型控制系統(tǒng)的強烈需求下產(chǎn)生的,如圖6－5所示就是一個分布式控制系統(tǒng)。圖65分布式控制系統(tǒng)

分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展大致分為以下幾個階段:

(1)單功能系統(tǒng)階段(1980—1985年):以閉路電視監(jiān)控、停車場收費、消防監(jiān)控和空調(diào)設(shè)備等子系統(tǒng)為代表,此階段各種自動化控制系統(tǒng)的特點是“各自為政”。

(2)多功能系統(tǒng)階段(1986—1990年):出現(xiàn)了綜合保安系統(tǒng)、建筑設(shè)備自控系統(tǒng)、火災(zāi)報警系統(tǒng)和有線通信系統(tǒng)等,各種自動化控制系統(tǒng)實現(xiàn)了部分聯(lián)動。

(3)集成系統(tǒng)階段(1990—1995年):主要包括建筑設(shè)備綜合管理系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),性質(zhì)類似的系統(tǒng)實現(xiàn)了整合。

(4)智能管理系統(tǒng)階段(1995—2000年):以計算機網(wǎng)絡(luò)為核心,實現(xiàn)了系統(tǒng)化、集成化與智能化管理,服務(wù)于建筑但性質(zhì)不同的系統(tǒng)實現(xiàn)了統(tǒng)一管理。

(5)建筑智能化環(huán)境集成階段(2000年至今):在智能建筑智能管理系統(tǒng)逐漸成熟的基礎(chǔ)上,進一步研究建筑及小區(qū)、住宅的本質(zhì)智能化,研究建筑技術(shù)與信息技術(shù)的集成技術(shù),

智能化建筑環(huán)境的設(shè)計思想逐漸成形。

2.樓宇設(shè)備自動化系統(tǒng)的發(fā)展歷程

樓宇設(shè)備自動化系統(tǒng)到目前為止已經(jīng)歷了四代產(chǎn)品:

·第一代:CCMS中央監(jiān)控系統(tǒng)(20世紀(jì)70年代產(chǎn)品)。

·第二代:DCS集散控制系統(tǒng)(20世紀(jì)80年代產(chǎn)品)。

·第三代:開放式集散系統(tǒng)(20世紀(jì)90年代產(chǎn)品)。

·第四代:網(wǎng)絡(luò)集成系統(tǒng)(21世紀(jì)產(chǎn)品)。

網(wǎng)絡(luò)集成系統(tǒng)(EDI)是采用Web技術(shù)的建筑設(shè)備自動化系統(tǒng),它有一組包含保安系統(tǒng)、機電設(shè)備系統(tǒng)和防火系統(tǒng)的管理軟件。

樓宇集成系統(tǒng)(EBI)從不同層次的需要出發(fā)提供各種完善的開放技術(shù),實現(xiàn)各個層次的集成,從現(xiàn)場層、自動化層到管理層。EBI系統(tǒng)完成了管理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的一體化。

目前,規(guī)模和影響較大的樓宇設(shè)備供應(yīng)公司有美國霍尼韋爾公司、江森公司、KMC公司、德國西門子公司等。

6.5相關(guān)技術(shù)

6.5.1智能控制與傳統(tǒng)控制智能控制與傳統(tǒng)控制或常規(guī)控制有著密切的關(guān)系,不是相互排斥的。但是,兩者間依然有所區(qū)別。(1)傳統(tǒng)的自動控制建立在確定的模型基礎(chǔ)上,而智能控制的研究對象則存在模型的嚴重不確定性,即模型未知或知之甚少,模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)在很大的范圍內(nèi)變動。

(2)傳統(tǒng)的自動控制系統(tǒng)的輸入或輸出設(shè)備與人及外界環(huán)境的信息交換很不方便,希望制造出能接受印刷體、圖形甚至手寫體和口頭命令等形式的信息輸入裝置,能夠更加深

入而靈活地和系統(tǒng)進行信息交流,同時還要擴大輸出裝置的能力,能夠用文字、圖紙、立體形象、語言等形式輸出信息。

(3)傳統(tǒng)的自動控制系統(tǒng)對控制任務(wù)的要求要么使輸出量為定值(調(diào)節(jié)系統(tǒng)),要么使輸出量跟隨期望的運動軌跡(跟隨系統(tǒng)),因此具有控制任務(wù)單一性的特點。而智能控制系統(tǒng)的控制任務(wù)可比較復(fù)雜,例如在智能機器人系統(tǒng)中,它要求系統(tǒng)對一個復(fù)雜的任務(wù)具有自動規(guī)劃和決策的能力,有自動躲避障礙物運動到某一預(yù)期目標(biāo)位置的能力等。

(4)傳統(tǒng)的控制理論對線性問題有較成熟的理論,而對高度非線性的控制對象雖然有一些非線性方法可以利用,但不盡如人意。智能控制為解決這類復(fù)雜的非線性問題找到了一個出路,成為解決這類問題行之有效的途徑。工業(yè)過程智能控制系統(tǒng)除具有上述幾個特點外,還有另外一些特點,如被控對象往往是動態(tài)的,而且控制系統(tǒng)在線運動,一般要求有較高的實時響應(yīng)速度等。恰恰是這些特點又決定了它與其他智能控制系統(tǒng)如智能機器人系統(tǒng)、航空航天控制系統(tǒng)、交通運輸控制系統(tǒng)等的區(qū)別,決定了它的控制方法以及形式的獨特之處。

(5)與傳統(tǒng)自動控制系統(tǒng)相比,智能控制系統(tǒng)具有足夠的關(guān)于人的控制策略、被控對象及環(huán)境的有關(guān)知識以及運用這些知識的能力。

(6)與傳統(tǒng)自動控制系統(tǒng)相比,智能控制系統(tǒng)有能以知識表示的非數(shù)學(xué)廣義模型和以數(shù)學(xué)表示的混合控制過程,有采用開閉環(huán)控制和定性及定量控制結(jié)合的多模態(tài)控制方式。

(7)與傳統(tǒng)自動控制系統(tǒng)相比,智能控制系統(tǒng)具有變結(jié)構(gòu)特點,能總體自尋優(yōu),具有自適應(yīng)、自組織、自學(xué)習(xí)和自協(xié)調(diào)能力。

(8)與傳統(tǒng)自動控制系統(tǒng)相比,智能控制系統(tǒng)有補償及自修復(fù)能力和判斷決策能力。

總之,智能控制系統(tǒng)可通過智能控制器自動地完成其目標(biāo)的控制過程,其智能控制器可以在熟悉或不熟悉的環(huán)境中自動地或人機交互地完成擬人任務(wù)。

6.5.2智能控制技術(shù)

智能控制是以控制理論、計算機科學(xué)、人工智能、運籌學(xué)等學(xué)科為基礎(chǔ)的理論和技術(shù),其中應(yīng)用較多的有模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、遺傳算法等理論和自適應(yīng)控制、自組織控制、自學(xué)習(xí)控制等技術(shù)。

1.專家系統(tǒng)

專家控制系統(tǒng)是人工智能控制的一個重要分支。專家系統(tǒng)產(chǎn)生于20世紀(jì)60年代中期,在短短的40余年里獲得了長足的進步和發(fā)展。特別是20世紀(jì)80年代中期以后,隨著工程技術(shù)知識的日漸豐富和成熟,專家系統(tǒng)技術(shù)也獲得了迅速發(fā)展。

1983年,著名自動控制理論專家、瑞典學(xué)者K.J.Astrom明確提出將專家系統(tǒng)技術(shù)引入自動控制領(lǐng)域,1986年正式提出了專家控制系統(tǒng)的理論。目前,雖然專家控制技術(shù)尚無

一個完善的科學(xué)理論體系,但在實際應(yīng)用中,特別是對一些復(fù)雜的生產(chǎn)過程控制,已經(jīng)取得了令人矚目的成績,受到了社會各方面的認可

1)專家系統(tǒng)的特點

(1)啟發(fā)性:專家系統(tǒng)要解決的問題,其結(jié)構(gòu)往往是不合理的,其問題求解(problemsolving)知識不僅包括理論知識和常識,而且包括專家本人的啟發(fā)知識。

(2)透明性:專家系統(tǒng)能夠解釋本身的推理過程和回答用戶提出的問題,以便讓用戶了解推理過程,增大對專家系統(tǒng)的信任感。

(3)靈活性:專家系統(tǒng)的靈活性是指其擴展和豐富知識庫的能力,以及改善非編程狀態(tài)下的系統(tǒng)性能,即自學(xué)習(xí)能力。

(4)符號操作:與常規(guī)程序進行數(shù)據(jù)處理和數(shù)字計算不同,專家系統(tǒng)強調(diào)符號處理和符號操作(運算)、使用符號表示知識、用符號集合表示問題的概念。一個符號是一串程序設(shè)計,并可用于表示現(xiàn)實世界中的概念。

(5)不確定性推理:領(lǐng)域?qū)＜仪蠼鈫栴}的方法大多數(shù)是經(jīng)驗性的,而經(jīng)驗知識一般用于表示不精確性并存在一定概率的問題。此外,所提供的有關(guān)問題的信息往往是不確定的,專家系統(tǒng)能夠綜合應(yīng)用模糊和不確定的信息與知識進行推理。

2)專家系統(tǒng)的優(yōu)點

(1)專家系統(tǒng)能夠高效率、準(zhǔn)確、周到、迅速和不知疲倦地進行工作。

(2)專家系統(tǒng)解決實際問題時不受周圍環(huán)境的影響,也不可能遺漏和忘記。

(3)可以使專家的專長不受時間和空間的限制,以便推廣珍貴和稀缺的專家知識與經(jīng)驗。

(4)專家系統(tǒng)能促進各領(lǐng)域的發(fā)展,使各領(lǐng)域?qū)＜业膶I(yè)知識和經(jīng)驗得到總結(jié)和精煉,能夠廣泛有力地傳播專家的知識、經(jīng)驗和能力。

(5)專家系統(tǒng)能匯集多領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗以及他們協(xié)作解決重大問題的能力,它擁有更淵博的知識、更豐富的經(jīng)驗和更強的工作能力。

2.模糊邏輯

模糊理論是在美國柏克萊加州大學(xué)電氣工程系L.A.Zadeh教授于1965年創(chuàng)立的模糊集合理論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,主要包括模糊集合理論、模糊邏輯、模糊推理和模糊控制等方面的內(nèi)容。

現(xiàn)今模糊控制已應(yīng)用于家電行業(yè)、各種工業(yè)自動化、冶金和化工過程控制等領(lǐng)域,相繼出現(xiàn)了模糊控制器、模糊推理等專用及“模糊控制通用系統(tǒng)”?？梢灶A(yù)料,隨著模糊控制理論的不斷完善,其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)訌V泛。

3.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(見圖6－6)是利用大量的神經(jīng)元按一定的拓撲結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)調(diào)整方法。它具有豐富的特性,如并行計算、分布存儲、可變結(jié)構(gòu)、高度容錯、非線性運算、自我組織、學(xué)習(xí)或自學(xué)習(xí)等,這些特性是人們長期追求和期望的系統(tǒng)特性。圖6－6神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)

模糊邏輯和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)都是模仿人類大腦的運行機制,可以認為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)模仿人類大腦的硬件,模糊邏輯技術(shù)模仿人類大腦的軟件。根據(jù)模糊邏輯和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的各自特點,

所結(jié)合的技術(shù)即