1、智能控制概论智能控制概论山东大学控制科学与工程学院主要参考书目：主要参考书目：n1 1、孙增圻等编著智能控制理论与技术北、孙增圻等编著智能控制理论与技术北京：清华大学出版社，京：清华大学出版社，20042004n2 2、杨汝清等编著智能控制工程上海：上、杨汝清等编著智能控制工程上海：上海交通大学出版社，海交通大学出版社，20012001n3 3、李少远、王景成编著智能控制北京：、李少远、王景成编著智能控制北京：机械工业出版社，机械工业出版社，20052005n4 4、张化光、孟祥萍主编智能控制基础理论、张化光、孟祥萍主编智能控制基础理论及应用北京：机械工业出版社，及应用北京：机械工业出版社，2
2、0052005n5 5、易继锴、候媛彬编著智能控制技术北、易继锴、候媛彬编著智能控制技术北京：北京工业大学出版社，京：北京工业大学出版社，20012001年年本课程的主要内容1. 智能控制概论智能控制概论2. 模糊逻辑控制模糊逻辑控制3. 神经网络控制神经网络控制4. 遗传算法控制遗传算法控制5. 其它智能控制其它智能控制第一章第一章 智能控制概论智能控制概论目目 录录n自动控制的机遇与挑战自动控制的机遇与挑战控制科学的历史回顾控制科学的历史回顾传统控制理论在应用中面临的难题传统控制理论在应用中面临的难题自动控制面临的挑战及其原因自动控制面临的挑战及其原因“计算机科学面临工业控制应用挑战计算机
3、科学面临工业控制应用挑战”的研究计的研究计划划n智能控制的进展智能控制的进展自动化与人工智能自动化与人工智能智能控制的发展智能控制的发展n什么是智能控制什么是智能控制智能控制的定义智能控制的定义智能控制与传统控制的关系和差别智能控制与传统控制的关系和差别n智能控制的结构理论智能控制的结构理论二元结构二元结构三元结构三元结构n智能控制的研究领域智能控制的研究领域智能控制的研究对象智能控制的研究对象智能控制的主要分支智能控制的主要分支智能控制的主要应用领域智能控制的主要应用领域第一章第一章 智能控制概论智能控制概论1.11.1自动控制的机遇与挑战自动控制的机遇与挑战n下面介绍现阶段自动控制所面临的
4、机遇和挑战下面介绍现阶段自动控制所面临的机遇和挑战, ,主要主要内容有内容有: :控制科学的历史回顾控制科学的历史回顾传统控制理论在应用中面临的难题传统控制理论在应用中面临的难题自动控制面临的挑战及其原因自动控制面临的挑战及其原因“计算机科学面临工业控制应用挑战计算机科学面临工业控制应用挑战”的研究计划的研究计划1.1.1 1.1.1 控制科学发展的历史回顾控制科学发展的历史回顾n在科学技术发展史上在科学技术发展史上, ,控制科学同其他技术科学一控制科学同其他技术科学一样样, ,它的产生与发展主要由人类的生产发展需求和它的产生与发展主要由人类的生产发展需求和人类当时的知识与技术水平所决定人类当
5、时的知识与技术水平所决定. .控制科学的发展反过来亦促进了人类文明的发展控制科学的发展反过来亦促进了人类文明的发展, ,尤其是近代工业文明的发展尤其是近代工业文明的发展. .控制科学与工程的历史可以上溯到古罗马的亚历控制科学与工程的历史可以上溯到古罗马的亚历山大运用反馈控制来调节水钟以及中国汉代的指山大运用反馈控制来调节水钟以及中国汉代的指南车南车. .1.1.1 1.1.1 控制科学发展的历史回顾控制科学发展的历史回顾n传统控制科学发展的主要历史足迹传统控制科学发展的主要历史足迹: :1818世纪英国世纪英国J.WattJ.Watt蒸汽机中的飞球调节蒸汽机中的飞球调节1919世纪英国世纪英国
6、J.K.MaxwellJ.K.Maxwell的飞球调节稳定性研究的飞球调节稳定性研究1919世纪的常微分方程稳定性理论世纪的常微分方程稳定性理论1919世纪末俄国世纪末俄国LyapunovLyapunov的运动稳定性理论的运动稳定性理论1919世纪的复变函数理论世纪的复变函数理论1919世纪的积分变换及频谱分析理论世纪的积分变换及频谱分析理论Hurwitz,RouthHurwitz,Routh的稳定性代数判据的稳定性代数判据2020世纪世纪3030年代年代Black,Nyquist,BodeBlack,Nyquist,Bode关于反馈放大器关于反馈放大器的研究的研究, ,以及频域稳定性判据与频
7、域方法以及频域稳定性判据与频域方法1.1.1 1.1.1 控制科学发展的历史回顾控制科学发展的历史回顾 19421942年年,Harris,Harris提出传递函数的概念提出传递函数的概念 2020世纪世纪4040年代年代WienerWiener的控制论的控制论 2020世纪世纪5050年代钱学森的工程控制论年代钱学森的工程控制论 以以2020世纪世纪5050年代的年代的 PontriaginPontriagin的极大值原理、的极大值原理、 KalmanKalman的线性系统结构性理论与滤波理论、的线性系统结构性理论与滤波理论、 BellmanBellman的最优控制的动态规划方法的最优控制的
8、动态规划方法为基础的现代控制理论方法为基础的现代控制理论方法 2020世纪世纪6060年代中期的随机系统理论年代中期的随机系统理论 2020世纪世纪6060年代兴起的数字控制理论与计算机控制年代兴起的数字控制理论与计算机控制技术技术1.1.1 1.1.1 控制科学发展的历史回顾控制科学发展的历史回顾 自适应控制自适应控制 2020世纪世纪5050年代末的模型参考自适应控制方法、年代末的模型参考自适应控制方法、 7070年代初年代初AstromAstrom的自校正方法为代表的自适应控制方的自校正方法为代表的自适应控制方法法 2020世纪世纪6060年代末英国学派的多变量频域理论年代末英国学派的多
9、变量频域理论 2020世纪世纪7070年代英国、法国学派的大系统理论年代英国、法国学派的大系统理论 7070年代初年代初, ,以分解和协调为基础以分解和协调为基础, ,形成了大系统控制理形成了大系统控制理论论, ,用于复杂系统的控制用于复杂系统的控制, ,重要理论有重要理论有递阶控制理论、递阶控制理论、分散控制理论等分散控制理论等. . 主要用于资源管理、交通控制、环境保护等主要用于资源管理、交通控制、环境保护等. .1.1.1 1.1.1 控制科学发展的历史回顾控制科学发展的历史回顾 以以2020世纪世纪7070年代末年代末ZamesZames的的H H控制方法和控制方法和8080年代的时域
10、年代的时域结构性鲁棒控制方法为代表的鲁棒控制方法结构性鲁棒控制方法为代表的鲁棒控制方法 2020世纪世纪7070年代末的非线性系统理论的几何学派和年代末的非线性系统理论的几何学派和8080年代年代的代数学派的代数学派 2020世纪世纪8080年代开始的离散事件系统的分析、控制与综合年代开始的离散事件系统的分析、控制与综合 MolerMoler利用利用MatlabMatlab软件环境进行控制系统分析软件环境进行控制系统分析n 控制科学的发展主要遵循对控制对象与环境的复杂控制科学的发展主要遵循对控制对象与环境的复杂性的处理性的处理, ,如模型描述的复杂性如模型描述的复杂性, ,对象特性和环境扰对象
11、特性和环境扰动因素的不确定性动因素的不确定性. . 可以说可以说, ,对控制中复杂性的研究和探索是推动控制科学发对控制中复杂性的研究和探索是推动控制科学发展主要动力展主要动力. .经经典典控控制制理理论论单输入单输入单输出单输出反馈系统反馈系统传递函数传递函数波波 特特 图图奈奎斯特图奈奎斯特图根轨迹图根轨迹图1.1.1 1.1.1 控制科学发展的历史回顾控制科学发展的历史回顾现现代代控控制制理理论论具有多个具有多个相互耦合相互耦合回路的多回路的多变量系统变量系统状态空间法状态空间法最优控制最优控制能控性和能观性能控性和能观性卡尔曼滤波卡尔曼滤波1.1.1 1.1.1 控制科学发展的历史回顾控
12、制科学发展的历史回顾1.1.1 1.1.1 控制科学发展的历史回顾控制科学发展的历史回顾n 从前面讨论的控制科学的发展足迹可以看出从前面讨论的控制科学的发展足迹可以看出: : 控制科学是一门理论与应用俱重的学科控制科学是一门理论与应用俱重的学科, ,它的理论基它的理论基础来源于几乎所有现代科学的分支础来源于几乎所有现代科学的分支, , 如数学如数学 物理物理 力学力学 计算机计算机 生命科学生命科学 认知科学等认知科学等 其应用领涉及几乎所有与人类的生产其应用领涉及几乎所有与人类的生产 生活生活 科学探科学探索索 军事等领域军事等领域. .1.1.1 1.1.1 控制科学发展的历史回顾控制科学
13、发展的历史回顾自动控制（自动化）学科控制与决策信息采集与处理系统建模与分析机器人技术计算机控制先进制造技术数学计算机科学信息论运筹学控制论认知心理学神经脑科学生物医学物理管理科学支持基础主要应用领域n下图很好地对控制科学与其它学科的关系下图很好地对控制科学与其它学科的关系, ,其应用领域作了其应用领域作了很好地总结很好地总结. .1.1.2 1.1.2 传统控制理论在应用中面临的难题传统控制理论在应用中面临的难题n在控制领域在控制领域, ,理论与实际应用存在很大差距理论与实际应用存在很大差距,PID,PID在实在实际应用中仍占统治地位际应用中仍占统治地位. .原因原因: :自动控制学科高度的交
14、叉性、应用的广泛性自动控制学科高度的交叉性、应用的广泛性; ;所需数学工具难以被多数技术人员所掌握所需数学工具难以被多数技术人员所掌握; ;自动控制需要其它技术支持自动控制需要其它技术支持, ,如网络、计算机如网络、计算机; ;实际应用情况的复杂性、多变性、不确定性实际应用情况的复杂性、多变性、不确定性; ;国内企业存在管理体制问题国内企业存在管理体制问题, ,技术投入力度不够技术投入力度不够. .1.1.2 1.1.2 传统控制理论在应用中面临的难题传统控制理论在应用中面临的难题n随着复杂系统的不断涌现随着复杂系统的不断涌现, ,传统控制理论越来越多地传统控制理论越来越多地显示它的局限性显示
15、它的局限性. .什么叫复杂系统？其特征表现什么叫复杂系统？其特征表现? ?这种复杂性主要体现在这种复杂性主要体现在: : 控制对象的复杂性控制对象的复杂性模型的不确定性模型的不确定性高度非线性高度非线性庞大的数据量和严格的性能指标庞大的数据量和严格的性能指标 环境的复杂性环境的复杂性变化的不确定性变化的不确定性难以辨识难以辨识1.1.2 1.1.2 传统控制理论在应用中面临的难题传统控制理论在应用中面临的难题n传统控制理论在应用中面临的难题包括传统控制理论在应用中面临的难题包括: : 传统控制系统的设计与分析是建立在精确的系统数传统控制系统的设计与分析是建立在精确的系统数学模型基础上的学模型基
16、础上的, ,而实际系统由于存在复杂性、非而实际系统由于存在复杂性、非线性、时变性和不确定性等线性、时变性和不确定性等, ,一般无法获得精确的一般无法获得精确的数学模型数学模型. . 虽然虽然, ,近年控制理论致力于研究对建模要求较低近年控制理论致力于研究对建模要求较低, ,对建对建模误差具有较好适应性的鲁棒控制理论模误差具有较好适应性的鲁棒控制理论. . 但鲁棒控制对建模误差的鲁棒性仅仅是局部的、小但鲁棒控制对建模误差的鲁棒性仅仅是局部的、小( (微微) )摄动的摄动的, ,而远非人们所期望的全局的而远非人们所期望的全局的, ,大范围的大范围的. . 运用传统控制理论研究这类系统时运用传统控制
17、理论研究这类系统时, ,必须提出并遵必须提出并遵循一些比较苛刻的假设循一些比较苛刻的假设, ,而这些假设与实际系统不而这些假设与实际系统不尽相吻合尽相吻合. .1.1.2 1.1.2 传统控制理论在应用中面临的难题传统控制理论在应用中面临的难题 由于实际应用情况的复杂性、多变性、不确定性由于实际应用情况的复杂性、多变性、不确定性, ,对对于某些复杂的和包含不确定性的对象于某些复杂的和包含不确定性的对象, ,根本无法以传根本无法以传统数学模型统数学模型( (如常微分方程、差分方程等如常微分方程、差分方程等) )来表示来表示, ,即即无法解决建模问题无法解决建模问题. . 传统数学模型不能反映人的
18、智能过程传统数学模型不能反映人的智能过程: :推理、分析、学习推理、分析、学习. . 丢失许多有用的信息丢失许多有用的信息 由于严格依赖于描述被控对象的数学模型由于严格依赖于描述被控对象的数学模型, ,而过于复而过于复杂的数学模型将导致求解相应的控制规律变得十分杂的数学模型将导致求解相应的控制规律变得十分困难困难, ,或者实现复杂的控制规律使得在现有时间、空或者实现复杂的控制规律使得在现有时间、空间、物资基础条件上十分困难间、物资基础条件上十分困难. .1.1.2 1.1.2 传统控制理论在应用中面临的难题传统控制理论在应用中面临的难题 传统的控制系统所处理的信息模式单一传统的控制系统所处理的
19、信息模式单一 通常处理较简单的物理量通常处理较简单的物理量: :电量电量( (电压、电流、阻抗电压、电流、阻抗); ); 机械量机械量( (位移、速度、加速度位移、速度、加速度);); 复杂系统要考虑复杂系统要考虑: :视觉、听觉、触觉信号视觉、听觉、触觉信号, ,包括图形、包括图形、文字、语言、声音等信息文字、语言、声音等信息. . 为了提高性能为了提高性能, ,传统控制系统可能变得很复杂传统控制系统可能变得很复杂, ,从而从而增加了设备的初投资和维修费用增加了设备的初投资和维修费用, ,降低系统的可靠性降低系统的可靠性. .1.1.3 1.1.3 自动控制面临的挑战及其原因自动控制面临的挑
20、战及其原因n在自动控制发展的现阶段在自动控制发展的现阶段, ,存在一些至关重要的挑战存在一些至关重要的挑战是基于下列原因的是基于下列原因的: : 科学技术间的相互影响和相互促进科学技术间的相互影响和相互促进; ; 例如例如, ,计算机、计算机、AIAI和超大规模集成电路等技术和超大规模集成电路等技术. . 当前和未来应用的需求当前和未来应用的需求; ; 例如例如, ,空间技术、海洋工程和机器人技术等应用要求空间技术、海洋工程和机器人技术等应用要求. . 基本概念和时代思潮发展水平的推动基本概念和时代思潮发展水平的推动; ; 例如例如, , 高速信息公路、非传统模型和高速信息公路、非传统模型和A
21、NNANN的连接机制等的连接机制等. .1.1.4 “1.1.4 “计算机科学面临工业控制应用挑战计算机科学面临工业控制应用挑战”的研究计划的研究计划n2020世纪世纪9090年代年代,IEEE,IEEE控制系统学会和国际自动控制控制系统学会和国际自动控制联合会联合会(IFAC)(IFAC)理论委员会合作进行了题为理论委员会合作进行了题为“计算机计算机科学面临工业控制应用的挑战科学面临工业控制应用的挑战”的研究计划的研究计划. .该合作研究计划指出该合作研究计划指出: :开发大型的实时控制与信号处开发大型的实时控制与信号处理系统是工程界面临的最具挑战的任务之一理系统是工程界面临的最具挑战的任务
22、之一; ;这涉及硬件、软件和智能这涉及硬件、软件和智能( (尤其是算法尤其是算法) )的结合的结合, ,而而系统集成又需要先进的工程管理技术系统集成又需要先进的工程管理技术. .1.1.4 “1.1.4 “计算机科学面临工业控制应用挑战计算机科学面临工业控制应用挑战”的研究计划的研究计划n设立这一迎接挑战的研究计划是由下列动机所决定设立这一迎接挑战的研究计划是由下列动机所决定的的: :工业部门往往无法有效地把数字技术的最新进展用工业部门往往无法有效地把数字技术的最新进展用于控制和信号处理于控制和信号处理, ,以便提高实时系统的智能水平以便提高实时系统的智能水平. .控制学术界又常常不理解如何在
23、工业上进行控制系控制学术界又常常不理解如何在工业上进行控制系统硬件、软件和智能三者的集成开发统硬件、软件和智能三者的集成开发. .自动控制界和计算机科学界在工业和学术两方面的自动控制界和计算机科学界在工业和学术两方面的对话与有效合作仍然是一个需要进一步解决的问题对话与有效合作仍然是一个需要进一步解决的问题. .1.1.4 “1.1.4 “计算机科学面临工业控制应用挑战计算机科学面临工业控制应用挑战”的研究计划的研究计划n 综上所述综上所述, ,自动控制既面临严峻挑战自动控制既面临严峻挑战, ,又存在良好发又存在良好发展机遇展机遇. . 为了解决面临的难题为了解决面临的难题, , 一方面要推进控
24、制硬件、软件和智能的结合一方面要推进控制硬件、软件和智能的结合, ,实现控制实现控制系统的智能化系统的智能化; ; 另一方面要实现自动控制科学与计算机科学、信息科另一方面要实现自动控制科学与计算机科学、信息科学、系统科学以及学、系统科学以及AIAI的结合的结合, ,为自动控制提供新思想为自动控制提供新思想, ,新方法和新技术新方法和新技术, ,创立边缘交叉新学科创立边缘交叉新学科, ,推动智能控制推动智能控制(Intelligent Control, IC)(Intelligent Control, IC)的发展的发展. .1.2 1.2 智能控制的进展智能控制的进展n在本节主要介绍在本节主要
25、介绍: :自动化与人工智能自动化与人工智能智能控制的发展智能控制的发展1.2.1 1.2.1 自动化与人工智能自动化与人工智能n自动化与人工智能自动化与人工智能(Artificial Intelligence, AI)(Artificial Intelligence, AI)是是2020世纪所发展起来的两大新兴学科世纪所发展起来的两大新兴学科, ,其最终目的是其最终目的是分别模拟、辅助并分别模拟、辅助并部分部分取代人类在生产实践及学习、取代人类在生产实践及学习、生活中所需要的体力劳动生活中所需要的体力劳动( (生产与机器操作生产与机器操作) )与脑力与脑力劳动劳动( (智能活动智能活动).).
26、下面将分别介绍自动化与下面将分别介绍自动化与AIAI两者在发展中形成的不两者在发展中形成的不同分工与合作同分工与合作. . 机械化与自动化机械化与自动化 自动化的发展与人工智能的关系自动化的发展与人工智能的关系1.2.1 1.2.1 自动化与人工智能自动化与人工智能1. 1. 机械化与自动化机械化与自动化n机械化机械化(mechanization)(mechanization)就是使用机器代替原先由就是使用机器代替原先由动物或人类执行的体力劳动动物或人类执行的体力劳动. . 当人类把比较初级的生产技术当人类把比较初级的生产技术( (如杠杆装置和动力如杠杆装置和动力) )用于一个过程时用于一个过
27、程时, ,就使该过程机械化就使该过程机械化. .而而自动化自动化(automation)(automation)则包含更多的内容则包含更多的内容. . 当反馈信息自动地引起机器进行调节并使之重新达当反馈信息自动地引起机器进行调节并使之重新达到正常状态时到正常状态时, ,自动装置才真正实现自动化自动装置才真正实现自动化. . 机器或系统的内部调整是由伺服机构进行的机器或系统的内部调整是由伺服机构进行的. .1.2.1 1.2.1 自动化与人工智能自动化与人工智能2. 2. 自动化的发展与人工智能的关系自动化的发展与人工智能的关系n自动化的发展过程与自动化的发展过程与AIAI有着非常直接的关系有着
28、非常直接的关系. .图图1 1表示出自表示出自动化的进展与动化的进展与AIAI的某些关系的某些关系. .图图1 1 自动化的进展与自动化的进展与AIAI1.2.1 1.2.1 自动化与人工智能自动化与人工智能n该图反映出随着工业化的进程该图反映出随着工业化的进程, ,机械化与自动化生产机械化与自动化生产发展过程中智能的作用越来越重要发展过程中智能的作用越来越重要. .第一次工业革命中大功率动力机和动力系统的产生第一次工业革命中大功率动力机和动力系统的产生和应用和应用, ,使人类开始实现部分体力劳动的机械化与自使人类开始实现部分体力劳动的机械化与自动化动化. .在初期的自动机器中在初期的自动机器
29、中, ,只采用开环控制和单一操作只采用开环控制和单一操作. .当采用外部反馈控制和专用程序时当采用外部反馈控制和专用程序时, ,分别出现了自动分别出现了自动化机器和数控机器化机器和数控机器. .1.2.1 1.2.1 自动化与人工智能自动化与人工智能随着计算机系统可编程能力的提高随着计算机系统可编程能力的提高, ,控制系统已具有控制系统已具有可编程能力、目标自设定能力以及自编程和自学习可编程能力、目标自设定能力以及自编程和自学习能力能力; ;与此相适应的是具有不同程度与此相适应的是具有不同程度AIAI和有机器人和有机器人参与的自动化参与的自动化. .AIAI技术已为高级自动化系统输了新鲜血液技
30、术已为高级自动化系统输了新鲜血液. .1.2.1 1.2.1 自动化与人工智能自动化与人工智能n总之总之, ,自动化与自动化与AIAI有着十分密切的关系有着十分密切的关系, ,而而AIAI关注的关注的是智能行为是智能行为, ,首先是那些含有复杂性、不完全性、模首先是那些含有复杂性、不完全性、模糊性或不确定性以及不存在已知算法的非数字过程糊性或不确定性以及不存在已知算法的非数字过程. .与传统计算机程序设计不同的是与传统计算机程序设计不同的是,AI,AI是以知识为基是以知识为基础的、总是涉及搜索并应用启发方法引导求解过程础的、总是涉及搜索并应用启发方法引导求解过程获得满意的解答获得满意的解答.
31、.1.2.2 1.2.2 智能控制的发展智能控制的发展n下面分别介绍下面分别介绍ICIC发展与形成过程发展与形成过程. .自动控制的发展过程自动控制的发展过程智能控制的发展智能控制的发展智能控制学科的形成智能控制学科的形成1.2.2 1.2.2 智能控制的发展智能控制的发展1. 1. 自动控制的发展过程自动控制的发展过程nICIC是是AIAI和自动控制的重要部分和研究领域和自动控制的重要部分和研究领域, ,并被认为并被认为是通向自主机器递阶道路上自动控制的顶层是通向自主机器递阶道路上自动控制的顶层. .图图2 2表示自动控制的发展过程和通向表示自动控制的发展过程和通向ICIC路径上控制路径上控
32、制复杂性增加的过程复杂性增加的过程. .从图从图2 2可知可知, ,这条路径的最远点是这条路径的最远点是IC,IC,至少在当前是至少在当前是如此如此. .ICIC涉及高级决策并与涉及高级决策并与AIAI密切相关密切相关. .1.2.2 1.2.2 智能控制的发展智能控制的发展 开环控制 确定性 反馈控制 自适应控制 随机控制 最优控制 智能控制 鲁棒控制 自学习控制 神经网络控制 专家控制 模糊控制 控制复杂性 进展方向 图2 自动控制的发展过程 1.2.2 1.2.2 智能控制的发展智能控制的发展2. 2. 智能控制的发展智能控制的发展nICIC思潮第一次出现于上世纪思潮第一次出现于上世纪6
33、060年代年代, ,几种几种ICIC的思想的思想和方法得到提出和发展。和方法得到提出和发展。(1)(1)启蒙期启蒙期 6060年代初期，年代初期，F FW W史密斯提出采用性能模式识别器史密斯提出采用性能模式识别器来学习最优控制方法的新思想，试图利用模式识别技术来解来学习最优控制方法的新思想，试图利用模式识别技术来解决复杂系统的控制问题。决复杂系统的控制问题。 19651965年，美国著名控制论专家扎德创立了模糊集合论，年，美国著名控制论专家扎德创立了模糊集合论，为解决复杂系统的控制问题提供了强有力的数学工具。为解决复杂系统的控制问题提供了强有力的数学工具。 19661966年年J JM M门
34、德尔首先主张将人工智能用于空间飞门德尔首先主张将人工智能用于空间飞行器的学习控制系统的设计，并提出了行器的学习控制系统的设计，并提出了“人工智能控制人工智能控制”的的概念。概念。 19711971年著名学者傅京逊从发展学习控制的角度首次正年著名学者傅京逊从发展学习控制的角度首次正式提出智能控制这个新兴的学科领域。式提出智能控制这个新兴的学科领域。 这些标志着智能控制的思想已经萌芽。这些标志着智能控制的思想已经萌芽。1.2.2 1.2.2 智能控制的发展智能控制的发展(2)(2)形成期形成期 从从7070年代初开始，傅京孙等人从控制论角度进一步年代初开始，傅京孙等人从控制论角度进一步总结了人工智
35、能技术与自适应、自组织、自学习控制的总结了人工智能技术与自适应、自组织、自学习控制的关系，正式提出了智能控制就是人工智能技术与控制理关系，正式提出了智能控制就是人工智能技术与控制理论的交叉，并创立了人论的交叉，并创立了人机交互式分级递阶智能控制的机交互式分级递阶智能控制的系统结构。系统结构。 19741974年，英国工程师曼德尼将模糊集合和模糊语言年，英国工程师曼德尼将模糊集合和模糊语言用于锅炉和蒸汽机的控制，创立了基于模糊语言描述控用于锅炉和蒸汽机的控制，创立了基于模糊语言描述控制规则的模糊控制器，取得良好的控制效果。制规则的模糊控制器，取得良好的控制效果。 19791979年，他又成功地研
36、制出具有了较高智能的自组年，他又成功地研制出具有了较高智能的自组织模糊控制器。模糊控制的形成和发展，对智能控制理织模糊控制器。模糊控制的形成和发展，对智能控制理论的形成起了十分重要的推动作用。论的形成起了十分重要的推动作用。1.2.2 1.2.2 智能控制的发展智能控制的发展(3)(3)发展期发展期 19821982年年FoxFox等人实现了加工车间调度专家系统；等人实现了加工车间调度专家系统；19831983年年SaridisSaridis把智能控制用于机器人系统；把智能控制用于机器人系统；19841984年年LISPLISP公司研制成功用于分布式的实时过程控制专家系公司研制成功用于分布式的
37、实时过程控制专家系统；统；19861986年年M MLattlmerLattlmer等人开发的混合专家系统控制器是一个等人开发的混合专家系统控制器是一个实验型的基于知识的实时控制专家系统，用来处理军事和现实验型的基于知识的实时控制专家系统，用来处理军事和现代化工业中出现的控制问题。代化工业中出现的控制问题。19871987年年4 4月，美国月，美国FoxboroFoxboro公司公布了新一代的公司公布了新一代的IAIA系列智能自系列智能自动控制系统，标志着智能控制系统已由研制、开发阶段转向动控制系统，标志着智能控制系统已由研制、开发阶段转向应用阶段。应用阶段。8080年代中后期，神经网络的研究
38、获得了重要进展，神经网络年代中后期，神经网络的研究获得了重要进展，神经网络理论和应用研究为智能控制的研究起到了重要的促进作用。理论和应用研究为智能控制的研究起到了重要的促进作用。1.2.2 1.2.2 智能控制的发展智能控制的发展(4)(4)高潮期高潮期 进入进入9090年代以来，智能控制的研究势头异常迅猛，每年代以来，智能控制的研究势头异常迅猛，每年都有各种以智能控制为专题的大型国际学术会议在世界年都有各种以智能控制为专题的大型国际学术会议在世界各地召开，各种智能控制杂志或专刊不断涌现，来自各国各地召开，各种智能控制杂志或专刊不断涌现，来自各国政府和企业的专项科研经费不断增加。政府和企业的专
39、项科研经费不断增加。1.2.2 1.2.2 智能控制的发展智能控制的发展1.2.2 1.2.2 智能控制的发展智能控制的发展n近十年来近十年来, ,随着随着AIAI和机器人技术的快速发展和机器人技术的快速发展, ,对对ICIC的的研究出现一股新的热潮研究出现一股新的热潮. .各种各种智能决策系统、智能决策系统、专家控制系统、专家控制系统、学习控制系统、学习控制系统、模糊控制、模糊控制、NNCNNC、主动视觉控制、主动视觉控制、智能规划和智能规划和故障诊断系统故障诊断系统1.2.2 1.2.2 智能控制的发展智能控制的发展等已被应用于各类等已被应用于各类工业过程控制系统、工业过程控制系统、智能机
40、器人系统和智能机器人系统和智能化生产智能化生产( (制造制造) )系统系统. .Transportation.Transportation.Economics.Economics.1.2.2 1.2.2 智能控制的发展智能控制的发展3.3.智能控制学科的形成智能控制学科的形成nICIC新学科形成的条件逐渐成熟新学科形成的条件逐渐成熟. .19851985年年8 8月月,IEEE,IEEE在美国纽约召开了第一届在美国纽约召开了第一届ICIC学术讨学术讨论会论会. .会上讨论了会上讨论了ICIC原理和系统结构原理和系统结构. . 之后之后,IEEE,IEEE控制系统学会成立了控制系统学会成立了IC
41、IC专业委员会专业委员会. . 该专业委员会组织了对该专业委员会组织了对ICIC定义和研究生课程教学大纲定义和研究生课程教学大纲的讨论的讨论. .19871987年年1 1月月, ,在美国费城由在美国费城由IEEEIEEE控制系统学会与计算控制系统学会与计算机学会联合召开了机学会联合召开了ICIC国际会议国际会议. . 这是有关这是有关ICIC的第一次国际会议的第一次国际会议. .1.2.2 1.2.2 智能控制的发展智能控制的发展大会讨论了由于许多新技术问题的出现以及相关理大会讨论了由于许多新技术问题的出现以及相关理论与技术的发展论与技术的发展, ,需要重新考虑控制领域及其邻近学需要重新考虑
42、控制领域及其邻近学科科. .这次会议及其后续相关事件表明这次会议及其后续相关事件表明,IC,IC作为一门独立作为一门独立学科已正式在国际上建立起来学科已正式在国际上建立起来. .1.2.2 1.2.2 智能控制的发展智能控制的发展n在在ICIC的发展过程中的发展过程中, ,最近几年有关最近几年有关ICIC的论文或论文集的论文或论文集日益增多日益增多, ,但系统专著和教材并不多见但系统专著和教材并不多见. .19901990年年6 6月月, ,正式出版的蔡自兴编著正式出版的蔡自兴编著智能控制智能控制是是国内外有关国内外有关ICIC的第一本专著和教材的第一本专著和教材. .相继相继19971997
43、年年, ,蔡自兴在新加坡出版的另一蔡自兴在新加坡出版的另一ICIC专著专著Intelligent Control: Principles, Intelligent Control: Principles, Techniques and ApplicationsTechniques and Applications, ,并被作为教材使并被作为教材使用用. .另两本名为另两本名为IntellignetIntellignet Control: Aspects of Control: Aspects of Fuzzy Logic and Neural NetsFuzzy Logic and Neura
44、l Nets和和Fuzzy-Fuzzy-Neural Control: Principles, Algorithms and Neural Control: Principles, Algorithms and ApplicationsApplications的专著也先后在国外出版的专著也先后在国外出版. .1.2.2 1.2.2 智能控制的发展智能控制的发展n自自19931993年年, ,分别在北京、西安、合肥与上海分别召开分别在北京、西安、合肥与上海分别召开的第的第1 14 4届全球华人智能控制与智能自动化大会届全球华人智能控制与智能自动化大会(CWC ICIA),(CWC ICIA),对
45、国际对国际ICIC的发展起到较大的推动作用的发展起到较大的推动作用. .近近1010年来年来, ,国内已成立的学术团体有中国人工智能国内已成立的学术团体有中国人工智能学会计算机视觉与智能控制学会学会计算机视觉与智能控制学会, ,中国智能机器人专中国智能机器人专业委员会和中国自动化学会智能自动化专业委员会业委员会和中国自动化学会智能自动化专业委员会等等. .这些情况表明这些情况表明,IC,IC作为一门独立的新学科作为一门独立的新学科, ,也已在我也已在我国建立起来了国建立起来了. .1.3 1.3 什么是智能控制什么是智能控制n下面介绍下面介绍: :智能控制的定义智能控制的定义智能控制与传统控制
46、的关系和差别智能控制与传统控制的关系和差别什么叫智能？什么叫智能？！？低级智能：低级智能：感知环境、感知环境、作出决策、作出决策、控制行为控制行为1.3.1 1.3.1 智能控制的定义智能控制的定义 按人类的认知的过程定义按人类的认知的过程定义(A.Meystel) 智能是系统的一个特征，当集注（智能是系统的一个特征，当集注（Focusing Attention)、组、组合搜索合搜索(Combinatorial Search)、归纳、归纳 （Generalization)过程作过程作用于系统输入，并产生系统输出时，就表现为智能。用于系统输入，并产生系统输出时，就表现为智能。系统输入系统输出智能
47、集中注意力组合搜索归纳FACSG 按机器智能定义按机器智能定义(Saridis) 机器智能是把信息进行分析、组织，并把它转换成知识机器智能是把信息进行分析、组织，并把它转换成知识的过程。知识就是所得到的结构性信息，它可用来使机器执的过程。知识就是所得到的结构性信息，它可用来使机器执行特定的任务，以消除该任务的不确定性或盲目性，达到最行特定的任务，以消除该任务的不确定性或盲目性，达到最优或次优的结果。优或次优的结果。信信息息信信息息分析组织处理知知识识信信息息机器智能1.3.1 1.3.1 智能控制的定义智能控制的定义n粗略地说粗略地说, ,智能控制智能控制(IC)(IC)是一种将智能理论应用于
48、控是一种将智能理论应用于控制领域的模型描述、系统分析、控制设计与实现的制领域的模型描述、系统分析、控制设计与实现的控制方法控制方法. .它首先是一种控制方法它首先是一种控制方法, ,是一种具有智能行为与特征是一种具有智能行为与特征的控制方法的控制方法. .迄今为止迄今为止, ,对对ICIC还未有一个统一的定义还未有一个统一的定义, ,下面通过对下面通过对智能机器的定义智能机器的定义, ,来对来对ICIC与智能控制系统与智能控制系统(Intelligent Control Systems, ICS)(Intelligent Control Systems, ICS)加以定义加以定义. .1.3.
49、1 1.3.1 智能控制的定义智能控制的定义n定义定义1(1(智能机器智能机器) ) 能够在定形或不定形能够在定形或不定形, ,熟悉或不熟悉或不熟悉的环境中自主地或与操作人员交互作用以执熟悉的环境中自主地或与操作人员交互作用以执行各种拟人任务行各种拟人任务(anthropomorphic tasks)(anthropomorphic tasks)的机器的机器. .或者比较通俗地说或者比较通俗地说, ,智能机器是那些能够自主地代智能机器是那些能够自主地代替人类从事危险、厌烦、远距离或高精度等作业替人类从事危险、厌烦、远距离或高精度等作业的机器的机器. .1.3.1 1.3.1 智能控制的定义智能
50、控制的定义n例如例如, ,能够从事这类工作的机器人能够从事这类工作的机器人, ,就属于智能机器人就属于智能机器人. .如如, ,在星际探险中的移动机器人在星际探险中的移动机器人, ,如美国研制的火星探如美国研制的火星探测车测车. .1.3.1 1.3.1 智能控制的定义智能控制的定义智智能能机机器器人人1.3.1 1.3.1 智能控制的定义智能控制的定义1.3.1 1.3.1 智能控制的定义智能控制的定义具有视觉的越野自主车具有视觉的越野自主车1.3.1 1.3.1 智能控制的定义智能控制的定义再例如再例如, ,能够模拟人的思维能够模拟人的思维, ,进行博弈的计算机进行博弈的计算机. .199
