第2章-专家控制-测控04syq.ppt

1 第2章专家控制 专家系统专家控制系统专家PID控制 2 传统控制系统系统运行 排除人为干预 人机缺乏交互 控制器缺乏应变能力 强烈依赖数学模型 3 2 1专家系统 专家 对解决专门问题非常熟悉的专门人才 一般源于丰富的经验及详细专业知识 专家系统 一类包含知识和推理的智能计算机程序系统 内部含有大量的某个领域专家水平的知识和经验 能够利用人类专家的知识和解决问题的经验方法来处理该领域的高水平难题 简言之 是模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统 4 发展历史 初创期 1965 1971 DENLDRA 推断化学分子结构的专家系统 专家系统奠基人 Stanford大学计算机系Feigenbaum教授 MACSMA 用于数学运算的数学专家系统 麻省理工学院 5 成熟期 1972 1977 血液感染病诊断专家系统MYCIN 理论 应用 语音识别专家系统HEARSAY 理论 成熟 6 发展期 1978 现在 1987年1000种解释 预测 设计 规划 监理 修理 指导 控制等 7 专家系统特点 启发性透明性灵活性符号操作不确定性推理 8 启发性 问题结构往往不合理问题求解知识包括理论知识 常识和专家的启发知识启发知识可能不完全 不准确 但能执行高级分析与推理 9 透明性 专家系统能够解释本身的推理过程和回答用户提出的问题应用知识库内的知识和问题求解过程产生的中间结果 10 灵活性 具有扩展和丰富知识库的能力改善非编程状态下的系统性能 即自学习能力知识库 推理机相对独立 11 符号操作 强调符号处理和符号操作用符号表示知识符号集合表示问题的概念 12 不确定性推理 问题求解方法大多是经验性的提供的有关信息往往也是不确定性的经验知识一般用于表示不精确性并存在一定概率的问题 13 专家系统优点 高效 准确 周到 迅速 不知疲倦不受环境影响 不可能遗漏 忘记专家专长不受时间 空间限制 以便推广汇集多领域专家知识和经验及其协作能力军事专家系统巨大经济 社会效益促进科技发展 14 专家系统构成 结构 专家系统各组成部分的构造方法和组织形式知识库 推理机 15 专家系统建立 知识库 1 基于专家经验的判断性规则 2 用于推理 问题求解的控制性规则 3 用于说明问题的状态 事实和概念及当前的条件和常识等的数据包含知识查询 检索 增删 修改和扩充等模块通过人机接口与专家沟通 获取知识 16 推理机 用于对知识库中的知识进行推理来得到结论的 思维 机构 1 正向推理 从原始数据和已知条件得到结论 2 反向推理 先提出假设的结论 然后寻找支持证据 若证据存在 则假设成立 3 双向推理 运用正向推理提出假设的结论 运用反向推理来证实假设 17 知识的表示 常用方法 产生式规则 框架 语义网络 过程产生式规则 IFETHENHWITHCF 18 专家系统开发语言 1 C语言 人工智能语言 Prolog Lisp等 2 专家系统开发工具 已经建好的专家系统框架 19 专家系统建立步骤 1 知识库设计 确定知识类型 叙述性知识 过程性知识 控制性知识 确定知识表达方式 知识库管理系统的设计 20 2 推理机设计 选择推理方式 选择推理算法 选择各种搜索算法 如深度优先搜索 广度优先搜索 启发式优先搜索等 21 3 人机接口设计 设计 用户 专家系统接口 用于咨询理解和结论解释 设计 专家 专家系统接口 用于知识库扩充及系统维护 22 2 2专家控制 瑞典学者K J Astrom提出应用专家系统概念和技术 模拟人类专家的控制知识与经验而建造的控制系统目的 传统控制的基础 有经验的控制工程师 23 专家控制基本原理 结构 24 功能 满足任意动态过程的控制需要可以利用对象的先验知识通过修改 增加控制规则 不断积累知识 改进控制性能定性描述控制系统性能对控制性能解释通过对控制闭环中的单元进行故障检测来获取经验规则 25 与专家系统的区别 1 专家系统能完成专门领域的功能 辅助用户决策 专家控制能进行独立的 实时的自动决策 比可靠性 抗干扰性要求高 2 专家系统离线工作 专家控制在线控制 26 知识表示 1 受控过程的知识 先验知识 包括问题的类型及开环特性 动态知识 包括中间状态及特性变化 2 控制 辨识 诊断知识 定量知识 各种算法 定性知识 各种经验 逻辑 直观判断 27 数据库 1 事实 知识的静态数据 2 证据 测量到的动态数据 不完整 冲突 3 假设 由事实和证据推导的中间结果 4 目标 系统的性能指标 28 规则库 IF控制局势 事实和数据 THEN操作结论 29 分类 直接型专家控制器间接型专家控制器 30 间接型专家控制器 31 优化型专家控制器适应型专家控制器协调型专家控制器组织型专家控制器 32 专家系统类型 解释专家系统 通过对已知信息和数据的分析与解释 确定它们的含义 33 预测专家系统 通过对过去和现在已知状况的分析 推断未来可能发生的情况 34 诊断专家系统 根据观察到的情况 数据 推断某个对象机能失常的原因 35 设计专家系统 根据设计要求 求出满足设计问题约束的目标配置 36 规划专家系统 寻找出某个能够达到给定目标的动作序列或步骤 37 监视专家系统 对系统 对象或过程的行为进行不断观察 并把观察到的行为与其应当具有的行为进行比较 以发现异常情况 发出警报 38 控制专家系统 适应地管理一个受控对象或客体的全面行为 使之满足预期要求 39 调试专家系统 对失灵的对象给出处理意见和方法 40 教学专家系统 根据学生特点 弱点和基础知识 以最适当的教案和教学方法对学生进行教学和辅导 41 修理专家系统 对发生故障的对象进行处理 使其恢复正常工作 42 专家控制关键技术 知识的表达识别和获取定量控制信号定性知识转化为定量控制信号控制知识和控制规则获取 43 专家控制特点 灵活性 根据系统工作状态及误差 灵活选取控制律适应性 根据专家知识和经验 调整控制器参数 适应对象特性及环境变化鲁棒性 通过利用专家规则 系统可以在非线性 大偏差下可靠工作 44 2 3专家PID控制 专家PID控制原理 直接型专家控制 实质 基于受控对象和控制规律的各种知识 无需知道对象精确模型 利用专家经验设计PID参数 45 e k 离散化的当前采样时刻误差e k 1 e k 2 前1个 前2个采样时刻误差 e k e k e k 1 e k 1 e k 1 e k 2 46 1 e k M1 误差绝对值大 定值控制2 e k e k 0或 e k 0 误差变大或不变 若 e k M2 误差较大 较强控制 u k u k 1 k1 kp e k e k 1 kie k kd e k 2e k 1 e k 2 若 e k M2 误差变大 绝对值不大 一般控制 u k u k 1 kp e k e k 1 kie k kd e k 2e k 1 e k 2 47 3 e k e k 0 e k e k 1 0或 e k 0 误差减小或平衡 控制器输出不变 4 e k e k 0 e k e k 1 0 误差处于极值 若 e k M2 u k u k 1 k1kpem k 较强 若 e k M2 u k u k 1 k2kpem k 较弱 48 5 e k 加入积分环节em k 为误差e的第k个极值 u k 为第k次控制器的输出 k1为增益放大系数 k1 1 k2为抑制系数 0 k2 1 M1M2为设定的误差界限 M1 M2 0