智能系统与智能控制.ppt

智能系统与智能控制IntelligentSystems&IntelligentControl,许力系统科学与工程系浙江大学电气工程学院,1.绪论,1.1什么是智能控制（IntelligentControl）？1.2IEEE对智能控制系统（ICS）的规定1.3智能控制涵盖的领域1.4智能控制的对象1.5智能控制的发展概况1.6智能控制的主要实现手段,1.1IntelligentControlSystem?,Itisamoreflexiblecontrolsystemwhichincorporatesotherelements,suchaslogic,reasoningandheuristicsintothemorealgorithmictechniquesprovidedbyconventionalcontroltheory.Astrom,KJ&McAvoy,TJ.“Intelligentcontrol:anoverviewandevaluation”inWhiteDAetal:“Handbookofintelligentcontrol:neural,fuzzyadaptiveapproaches”.(VanNostrand,N.Y.,1992,pp.3-34),Astrom对智能控制系统的定义,在传统的控制理论中融入诸如逻辑、推理和启发式机制等非常规的数学手段而构成的一种更为灵活的控制系统。,1.2IEEE对ICS的规定,目前对ICS还没有一个完整的定义.IEEEControlSystemSociety的TechnicalCommitteeonIntelligentControl对ICS的generalcharacteristics作了如下规定:Anabilitytoemulatehumancapabilities,suchasplanning,learningandadaptation.,1.3ICS涵盖的领域：多学科,控制理论计算机科学心理学生理学运筹学,1.4ICS对象的特点：大型复杂系统,大型：很多情况下需要人的介入复杂：用传统的控制理论难以解决系统存在不确定性(uncertainty)和非线性(non-linearity),因而需要利用heuristicreasoning&learning进行human-like的decision-making.,Heuristicreasoning&Learning,Heuristicreasoning（启发式推理）：IFTHENELSELearning（学习）:由于系统的不确定性，使得预先设计的控制方案往往不能取得好的结果，需要在线积累运行的各种信息并动态地产生出较好的解决方案。需要合适的性能指标和有效的学习机制。,1.5ICS的发展概况,60s：自控理论和技术已渐趋成熟，AI刚开始66：Mendel将AI引入飞船控制系统的设计71：KSFU提出智能控制这个新兴学科“Learningcontrolsystemsandintelligentcontrolsystems:Anintersectionofartificialintelligenceandautomaticcontrol”,IEEETrans.AC,Febuary,1972.列举了3种智能控制系统。,79:Saridis,“Towardtherealizationofintelligentcontrol”.Proc.OftheIEEE,67(8),1979.从控制理论发展的观点，论述了从通常的反馈控制到最优控制、随机控制、再到自适应控制、自学习控制、自组织控制，并最终向智能控制这个更高阶层发展的过程。他首次提出分层递阶的智能控制结构形式。85：IEEEControlSystemSociety的TechnicalCommitteeonIntelligentControl成立，Saridis为首任主席。,86：Astrom,etal,“ExpertControl”,Automatica,22(3),1986.将AI中的专家系统(ExpertSystem)技术引入到控制系统的设计。以上是“智能控制”概念从产生到发展的过程。下面介绍智能控制实现手段的发展过程。,智能控制实现手段的发展,65：LAZadeh提出模糊集(FuzzySets)理论，为模糊控制奠定了基础。74：EHMamdani将模糊集合理论引入对锅炉和蒸汽机的控制，标志着模糊控制的诞生。86：BP网络提出，神经网络研究的复苏。87：MillerIII将Albus在1975年提出的CMAC成功地应用到机器人的控制。75:Holland,Adaptationinnaturalandartificialsystems.成为遗传算法的经典之作。,1990年前后,神经网络研究方兴未艾，神经网络控制的研究引起广泛关注，Fuzzy,AI,NN,GA等不断地与控制理论相结合，促进了智能控制的发展,1.6智能控制的主要实现手段,专家系统模糊集合神经网络进化计算,自适应、自组织和自学习控制知识工程信息熵Pertri网人机系统理论形式语言与自动机大系统理论,简介：ES/FS/NN/GA,ES：医疗诊断的专家系统FS：人对事物的描述，“漂亮”“难看”NN：模拟人对事物的学习GA：模拟生物进化的优化算法,专家系统expertsystem,通过计算机软件将专家的经验存储起来，以一种查询系统的方式提供给用户。用户访问该系统时，通过人机对话的方式，将自己的情况和希望了解的情况告诉电脑，而专家系统就把推断的结果和相应的根据告诉用户。,Eg医疗诊断的专家系统,模糊集合FuzzySets,人对事物的描述往往是很“模糊”的例如，形容某个美眉：“漂亮”“难看”-有标准吗？“情人眼里出西施”例如，身高：“高个”“中等”“矮个”,1.70m,1.60m,1.75m,身高,隶属度,神经网络NeuralNetworks,BP网,输入层,隐含层,输出层,遗传算法GeneticAlgorithm,理论基础：达尔文的“适者生存”思想生物的进化，通过一代一代