第4讲控制方法与相关技术(2)

1、1 自动化概论 An Introduction to Automation 金陵科技学院智控学院金陵科技学院智控学院 20201515年年9 9月月 2 第4 4讲 控制方法与相关技术（2） 3 线性系统和非线性系统 线性系统可以用线性方程来描述其运动规律，否则线性系统可以用线性方程来描述其运动规律，否则 就是非线性系统。线性系统满足就是非线性系统。线性系统满足“均匀性均匀性” ” 和和“叠加叠加 性性”。 均匀性：均匀性：当输入信号按一定比例放大或缩小时，当输入信号按一定比例放大或缩小时， 对应的输出也放大或缩小同样比例。对应的输出也放大或缩小同样比例。 叠加性：叠加性：多个输入同时作用于系

2、统所产生的输出多个输入同时作用于系统所产生的输出 等于这些输入分别作用于系统所产生的输出之和。等于这些输入分别作用于系统所产生的输出之和。 4 非线性系统及其控制 控制（输出）量与输入量之间为线性关系的称为线性系统。控制（输出）量与输入量之间为线性关系的称为线性系统。 （Linear System)Linear System) 理想放大器理想放大器线性系统线性系统 5 非线性系统及其控制 控制（输出）量与输入量之间不符合线性关系的称为非线控制（输出）量与输入量之间不符合线性关系的称为非线 性系统（性系统（Nonlinear System)Nonlinear System) 非线性系统 二阶非线

3、性系统相 迹图 非线性系统的分析和设计远比线性系统复杂。非线性系统的分析和设计远比线性系统复杂。 6 第一代控制理论经典控制理论 2020世纪前半叶工业生产对广泛应用各种自动控制装置的需世纪前半叶工业生产对广泛应用各种自动控制装置的需 求以及求以及“二战二战”期间对改进武器系统性能的需求（如雷达期间对改进武器系统性能的需求（如雷达 跟踪、火炮控制、舰船控制、飞机导航等）推动了跟踪、火炮控制、舰船控制、飞机导航等）推动了第一代第一代 控制理论控制理论经典控制理论的成熟与发展；经典控制理论的成熟与发展； 7 第一代控制理论经典控制理论 1.1.线性线性可以用线性方程来描述其运动规律。可以用线性方程

4、来描述其运动规律。 实际系统都属于非线性系统，但大部分系统的非线性不严重，实际系统都属于非线性系统，但大部分系统的非线性不严重， 因此可以近似看作线性系统来处理。因此可以近似看作线性系统来处理。 2.2.定常系统和时变系统定常系统和时变系统定常系统制系统的所有参数是固定常系统制系统的所有参数是固 定的，不随时间而改变；时变系统则正好相反，有随时间定的，不随时间而改变；时变系统则正好相反，有随时间 而改变的参数。而改变的参数。 实际系统都属于时变系统，但当参数变化较慢、且变化幅度实际系统都属于时变系统，但当参数变化较慢、且变化幅度 不大时，我们可以近似看作定常系统。不大时，我们可以近似看作定常系

5、统。 8 3.3.单变量系统和多变量系统单变量系统和多变量系统 单变量系统是说系统只有一个输入和一个输出，又称单变量系统是说系统只有一个输入和一个输出，又称 为为“单输入单输出系统单输入单输出系统 ” ”；多变量系统则指输入或输；多变量系统则指输入或输 出不止一个，也叫出不止一个，也叫“多输入多输出系统多输入多输出系统” ” 。 4.4.连续时间系统和离散时间系统连续时间系统和离散时间系统 连续时间系统是指系统中的所有变量均为时间的连续连续时间系统是指系统中的所有变量均为时间的连续 函数（连续信号）；离散时间系统则主要指包含计算机函数（连续信号）；离散时间系统则主要指包含计算机 等数字设备的系

6、统，计算机的输入输出数据都是离散信等数字设备的系统，计算机的输入输出数据都是离散信 号，但计算机操纵的机器或设备（受控对象）一般属于号，但计算机操纵的机器或设备（受控对象）一般属于 连续时间系统。连续时间系统。 9 0 t t 离散信号离散信号 0 t t 连续信号连续信号 A/DD/A 数字数字 控制器控制器 受控受控 对象对象 检测装置检测装置 计算机计算机 r(t)e(t)u(t) y(t) 计算机控制系统原理图计算机控制系统原理图 10 第一代控制理论经典控制理论 自动化系统处理的受控对象是最简单的一类系统，即单输自动化系统处理的受控对象是最简单的一类系统，即单输 入单输出线性定常系统

7、，其运动规律的描述一般采用微分入单输出线性定常系统，其运动规律的描述一般采用微分 方程（针对连续时间系统）或差分方程（针对离散时间系方程（针对连续时间系统）或差分方程（针对离散时间系 统）；统）； 采用的控制器结构一般很简单（如采用的控制器结构一般很简单（如PIDPID控制），需要设置和控制），需要设置和 调整的参数很少，是以简单的控制结构来获取相对满意的调整的参数很少，是以简单的控制结构来获取相对满意的 控制性能。控制性能。 11 自动控制系统的分析方法 由前面讨论可知：由前面讨论可知： 1.1.画出自动控制系统框图画出自动控制系统框图 2.2.对每个环节（元件）的输入输出特性进行分析对每个

8、环节（元件）的输入输出特性进行分析 3.3.建立系统的数学模型建立系统的数学模型 4.4.在此基础上，对自动控制系统进行理论研究和分析在此基础上，对自动控制系统进行理论研究和分析 自动化控制的要求：自动化控制的要求： 稳定性稳定性_ _系统处于平衡状态受到扰动时恢复平衡状态能力系统处于平衡状态受到扰动时恢复平衡状态能力 准确性准确性_ _稳态时，系统输出期望值与实际输出值之差稳态时，系统输出期望值与实际输出值之差 快速性快速性_ _反映控制过程的持续时间反映控制过程的持续时间 12 数学基础主要是以微积分为主要内容的高等数学、面向工数学基础主要是以微积分为主要内容的高等数学、面向工 程应用的复

9、变函数和积分变换。程应用的复变函数和积分变换。 由于直接针对这样的时间域方程进行分析和设计比较困难，由于直接针对这样的时间域方程进行分析和设计比较困难， 所以通常要先变换为复数域的代数方程或频率特性的形式。所以通常要先变换为复数域的代数方程或频率特性的形式。 分析和设计主要通过作图，直观简便，物理概念清楚，参分析和设计主要通过作图，直观简便，物理概念清楚，参 数调整的方针明确，最具代表性、实际应用最多的是数调整的方针明确，最具代表性、实际应用最多的是“频频 率分析法率分析法”，即根据频率响应特性分析反馈系统的性能；，即根据频率响应特性分析反馈系统的性能； 主要缺点是只能用于主要缺点是只能用于单

10、输入单输出线性定常单输入单输出线性定常系统，设计过系统，设计过 程需要多次尝试，设计结果不具备最优性；程需要多次尝试，设计结果不具备最优性； 13 PID控制的优、缺点 PIDPID控制简单实用，工作原理简单，物理意义清楚，一线的控制简单实用，工作原理简单，物理意义清楚，一线的 工程师很容易理解和接受。工程师很容易理解和接受。 PIDPID控制的设计和调节参数少，且调整方针明确。控制的设计和调节参数少，且调整方针明确。几个？几个？ PIDPID控制是一种通用控制方式，广泛应用于各种场合，且不控制是一种通用控制方式，广泛应用于各种场合，且不 断改进和完善，如偏差小到一定程度才投入积分作用的断改进

11、和完善，如偏差小到一定程度才投入积分作用的 “积分分离积分分离” ” 控制、能自动计算控制参数的参数自整定控制、能自动计算控制参数的参数自整定 PIDPID控制、能随时根据系统状态调整控制参数的自适应或智控制、能随时根据系统状态调整控制参数的自适应或智 能型能型PIDPID控制等。控制等。 PIDPID控制是以简单的控制结构来获得相对满意的控制性能，控制是以简单的控制结构来获得相对满意的控制性能， 控制效果有限，且对时变、大时滞、多变量系统等常常无控制效果有限，且对时变、大时滞、多变量系统等常常无 能为力。能为力。 14 PID控制的结构 比例作用比例作用 误差误差e e 积分作用积分作用 微

12、分作用微分作用 控制量控制量u u 比例、积分、微分作用可根据需要进行不同组合，比例、积分、微分作用可根据需要进行不同组合， 如如 P P控制、控制、PIPI控制、控制、PDPD控制、控制、PIDPID控制。控制。 t IDP dtteK dt tde KteKtu 0 )( )( )()( 15 3. 最优控制 例如：对于经常需要启动、反转、停止的大型电力拖动的例如：对于经常需要启动、反转、停止的大型电力拖动的 卷扬机、轧钢机来说，希望电动机启动、反转、停止所需卷扬机、轧钢机来说，希望电动机启动、反转、停止所需 的时间越短越好。的时间越短越好。 例如：发酵工业的过程控制中，选择适当的温度控制

13、规律例如：发酵工业的过程控制中，选择适当的温度控制规律 和原料配比使化学反应过程的产量最多。和原料配比使化学反应过程的产量最多。 最优控制器的设计理论上是求在各种限制条件下的求最值最优控制器的设计理论上是求在各种限制条件下的求最值 （极值）问题。（极值）问题。 16 3. 最优控制 最优控制也有开环和闭环两种：最优控制也有开环和闭环两种： 在开环最优控制中，控制信号与被控制系统的状态无关的在开环最优控制中，控制信号与被控制系统的状态无关的 时间函数。时间函数。 在闭环最优控制中，控制信号则与被控系统的状态有关，在闭环最优控制中，控制信号则与被控系统的状态有关， 是被控系统的状态的函数。是被控系

14、统的状态的函数。 17 4.自适应控制（Adaptive Control） 指控制器能自动适应各种情况的变化，包括受控系统特指控制器能自动适应各种情况的变化，包括受控系统特 性的变化、工况的变化、所处环境的变化、扰动的变化性的变化、工况的变化、所处环境的变化、扰动的变化 等；等； 如何来自动适应这些变化呢？首先需要获取系统工作状如何来自动适应这些变化呢？首先需要获取系统工作状 态的相关变化信息，然后根据这些信息去调整控制结构态的相关变化信息，然后根据这些信息去调整控制结构 和控制参数，以保证系统始终工作正常；和控制参数，以保证系统始终工作正常； 始于上世纪始于上世纪5050年代，但一直是研究热

15、点，属于年代，但一直是研究热点，属于“以变应以变应 变变”，理念很先进。，理念很先进。 18 4.自适应控制（Adaptive Control） 19 自适应控制的基本特征： 能够辨识对象参数及环境的变化；能够辨识对象参数及环境的变化； 能自动判断和评价系统性能好坏；能自动判断和评价系统性能好坏； 能自动调整控制策略或控制器参数。能自动调整控制策略或控制器参数。 自适应控制的基本结构自适应控制的基本结构 控制器控制器 受控对象受控对象 控制器参数控制器参数 的计算调整的计算调整 参数估计参数估计 或性能评价或性能评价 给定输入给定输入误差误差输出输出控制量控制量 检测检测 20 自适应控制常见

16、的三种类型： 增益预调控制（增益预调控制（Gain scheduling controlGain scheduling control） 查询表事先计算好，早期只调控制器增益。查询表事先计算好，早期只调控制器增益。 优点优点: : 结构简单结构简单, , 调节快速。调节快速。 ( ( 最早用于飞行控制，适应高度、速度变化）最早用于飞行控制，适应高度、速度变化） 控制器控制器 受控对象受控对象 控制器参数控制器参数 查询表查询表 给定输入给定输入误差误差输出输出控制量控制量 检测检测 工作状态参数工作状态参数 21 自校正控制（Self-tuning control） 参数估计参数估计: : 由

17、输入输出数据辨识对象参数由输入输出数据辨识对象参数 控制器计算控制器计算: : 根据对象参数实时设计控制器，有多种现成方法根据对象参数实时设计控制器，有多种现成方法 优点优点: : 分析、设计及实现都比较容易分析、设计及实现都比较容易 缺点缺点: :参数估计比较费时，自适应速度较慢，对象参数变化参数估计比较费时，自适应速度较慢，对象参数变化 快时，参数估计跟不上。快时，参数估计跟不上。 应用：各类生产过程应用：各类生产过程 控制器控制器 受控对象受控对象 控制器参数控制器参数 计算调整计算调整 参数辩识估计参数辩识估计 给定输入给定输入误差误差输出输出控制量控制量 检测检测 22 自校正控制（

18、Self-tuning control） 自校正控制是以一个辨识器来代替自适应控制器。自校正控制是以一个辨识器来代替自适应控制器。 智能电压测量智能电压测量 23 例： BB探针探针 AA投料机投料机 目标目标工作池液位稳工作池液位稳 定定 控制控制投料间隙时间投料间隙时间 继电器、继电器、PIDPID、自校正、自校正 控制比较控制比较 24 模型参考自适应控制 （Model reference adaptive control） 目标：调整目标：调整 控制器，使输出误差最小控制器，使输出误差最小 优点优点: 无须参数辨识无须参数辨识, 自适应速度快，常用于随动系统自适应速度快，常用于随动系统

19、 缺点：性能分析比较困难，设计比较复杂，且缺乏统一方法缺点：性能分析比较困难，设计比较复杂，且缺乏统一方法 25 智能控制智能控制 4.1 4.1 智能控制的基本概念智能控制的基本概念 4.2 4.2 专家控制（专家控制（Expert ControlExpert Control） 4.3 4.3 模糊控制（模糊控制（Fuzzy ControlFuzzy Control） 4.44.4神经网络控制（神经网络控制（Neural Network ControlNeural Network Control） 4.5 4.5 对智能控制的一些展望对智能控制的一些展望 26 1 1 智能控制的基本概念 什

20、么是什么是“智能智能”? ? 什么是什么是“智能控制智能控制”？ 许多复杂的被控对象难以建立有效的数学模型和采用常规许多复杂的被控对象难以建立有效的数学模型和采用常规 的控制方法去进行定量计算和分析。的控制方法去进行定量计算和分析。模仿人的智能模仿人的智能 人的智能表现在其所具有的记忆、学习、模仿、适应、联人的智能表现在其所具有的记忆、学习、模仿、适应、联 想、语言表达、文字识别、逻辑推理、归纳总结、综合决想、语言表达、文字识别、逻辑推理、归纳总结、综合决 策等各种能力。策等各种能力。 当自动控制方式明显地具有这些智能特征时，就称其为当自动控制方式明显地具有这些智能特征时，就称其为 “智能控制

21、智能控制”（Intelligent control Intelligent control ）。）。 27 人与智能控制 人本身就是一个非常完美的智能控制系统，人脑及神人本身就是一个非常完美的智能控制系统，人脑及神 经系统相当于智能控制器，对通过感官获取的各种信息进经系统相当于智能控制器，对通过感官获取的各种信息进 行综合分析、处理和决策，并利用手和脚等执行机构作出行综合分析、处理和决策，并利用手和脚等执行机构作出 相应的反应，能适应各种复杂的控制环境，完成难度很大相应的反应，能适应各种复杂的控制环境，完成难度很大 的任务。的任务。 28 传统自动控制与智能控制 广义地讲，几乎所有的自动控制系

22、统都在一定程度上广义地讲，几乎所有的自动控制系统都在一定程度上 模仿了人的控制方式，或多或少地具有模仿了人的控制方式，或多或少地具有“智能智能”，但是今，但是今 天我们所讲的天我们所讲的“智能控制智能控制”仍然有别于传统的自动控制方仍然有别于传统的自动控制方 式，两者虽无明确的界限，但存在明显的区别。式，两者虽无明确的界限，但存在明显的区别。 传统的自动控制是基于数学模型、以定量分析为主；传统的自动控制是基于数学模型、以定量分析为主； 而智能控制则更多地基于知识，利用专家经验、逻辑推理、而智能控制则更多地基于知识，利用专家经验、逻辑推理、 学习功能、遗传和进化机制等来进行控制，是以定性分析学习

23、功能、遗传和进化机制等来进行控制，是以定性分析 为主、定量与定性相结合的控制方式为主、定量与定性相结合的控制方式。 29 智能控制的主要特点 体现了体现了人的控制策略和控制思想人的控制策略和控制思想，拥有受控对象及环境的相，拥有受控对象及环境的相 关知识以及运用这些知识的能力，具有很强的自适应、自学关知识以及运用这些知识的能力，具有很强的自适应、自学 习、自组织和自协调能力、能在复杂环境下进行综合分析、习、自组织和自协调能力、能在复杂环境下进行综合分析、 判断和决策，实现对复杂系统的控制。判断和决策，实现对复杂系统的控制。 属于典型的交叉学科，涉及人工智能、属于典型的交叉学科，涉及人工智能、

24、自动控制、运筹学、系统论、信息论自动控制、运筹学、系统论、信息论 等，在系统的实现上则必须依托等，在系统的实现上则必须依托计算计算 机技术机技术。 基本上属于基本上属于“方法方法”范畴，理论分析范畴，理论分析 困难，理论体系尚未建立。困难，理论体系尚未建立。 30 萌芽期（萌芽期（6060年代）年代） 形成期（形成期（7070年代）年代） 发展期（发展期（8080年代）年代） 高潮期（高潮期（9090年代至今）年代至今） 智能控制的发展阶段： 31 智能控制系统适用于 多变量输入输出系统多变量输入输出系统现代控制理论现代控制理论 各种信息的综合处理各种信息的综合处理 网络化控制系统网络化控制系

25、统 非线性系统非线性系统 32 智能控制的主要类型从控制处理角度 l专家控制专家控制 l模糊控制模糊控制 l神经网络控制神经网络控制 l学习控制学习控制 l基于规则的仿人控制基于规则的仿人控制 33 什么是专家系统、专家控制什么是专家系统、专家控制? ? 2.2.专家控制（Expert ControlExpert Control） “专家专家” ” 是具有某一领域专门知识或丰富实践是具有某一领域专门知识或丰富实践 经验的人，而经验的人，而“专家系统专家系统”则是一个计算机系统，则是一个计算机系统， 存储有专家的知识和经验，并用推理的方式针对问存储有专家的知识和经验，并用推理的方式针对问 题给出

26、结论。题给出结论。 “ “专家控制专家控制”是将专家或现是将专家或现 场操作人员的知识和经验总结场操作人员的知识和经验总结 成知识库，形成很多条规则，成知识库，形成很多条规则， 并利用计算机、通过推理来实并利用计算机、通过推理来实 施控制。施控制。 34 专家系统、专家控制的产生及发展 l专家系统是人工智能的重要内容，由美国斯坦福大学专家系统是人工智能的重要内容，由美国斯坦福大学19651965 年提出，最初用于化学质谱分析，后广泛应用于工业、农年提出，最初用于化学质谱分析，后广泛应用于工业、农 业、医疗、教育等领域。业、医疗、教育等领域。 l瑞典的瑞典的strstrm m于于19831983

27、年首次将专家系统用于常规控制器年首次将专家系统用于常规控制器 参数的自动整定，并于参数的自动整定，并于19841984年正式提出了专家控制的概念，年正式提出了专家控制的概念， 目前已成功应用于机器人控制、飞机的操纵控制、故障诊目前已成功应用于机器人控制、飞机的操纵控制、故障诊 断、各种工业过程控制等断、各种工业过程控制等 。 35 常见的两类专家控制系统 l直接型专家控制直接型专家控制 用于取代常规的控制器，用于取代常规的控制器， 直接控制受控对象或生产直接控制受控对象或生产 过程。过程。 l间接型专家控制间接型专家控制 l和常规控制器相结合，和常规控制器相结合， 组成对受控对象或生产组成对受

28、控对象或生产 过程进行间接控制的智过程进行间接控制的智 能控制系能控制系统，通常利用统，通常利用 偏差和偏差变化率来调偏差和偏差变化率来调 节常规控制器的参数。节常规控制器的参数。 专家控制器专家控制器受控对象受控对象 检测检测 常规控制器常规控制器受控对象受控对象 检测检测 专家控制器专家控制器 36 关于专家控制的几点说明 l专家控制要求不断地根据反馈信息迅速作出决策，对实时专家控制要求不断地根据反馈信息迅速作出决策，对实时 性要求很高，因此专家控制器的结构一般比专家系统简单，性要求很高，因此专家控制器的结构一般比专家系统简单， 其核心是知识库和推理机构。其核心是知识库和推理机构。 l知识

29、库所存储的知识既可以是定性的，也可以是定量的，知识库所存储的知识既可以是定性的，也可以是定量的， 并可以利用知识获取系统随时对知识进行补充、修改和更并可以利用知识获取系统随时对知识进行补充、修改和更 新；因此，专家控制比常规控制更加灵活，对复杂环境的新；因此，专家控制比常规控制更加灵活，对复杂环境的 适应能力更强。适应能力更强。 l如何简便有效地获取专家知识、如何在控制过程中自动修如何简便有效地获取专家知识、如何在控制过程中自动修 改、更新和扩充知识，并满足实时控制的快速性需求是非改、更新和扩充知识，并满足实时控制的快速性需求是非 常关键的。常关键的。 37 3 3 模糊控制（Fuzzy Co

30、ntrol） 和专家控制一样，模糊控制也要建立专家的经验和决策行和专家控制一样，模糊控制也要建立专家的经验和决策行 为的模型，不同的是这里采用模糊知识表示和模糊推理方为的模型，不同的是这里采用模糊知识表示和模糊推理方 法法输出一个精确的控制。输出一个精确的控制。 38 u9090年代模糊逻辑及其应用形成高潮，应用范围包括工业控年代模糊逻辑及其应用形成高潮，应用范围包括工业控 制、地铁、电梯、交通、汽车、空间飞行器、机器人、核制、地铁、电梯、交通、汽车、空间飞行器、机器人、核 反应堆、图象识别、故障诊断、污水处理、数据压缩、移反应堆、图象识别、故障诊断、污水处理、数据压缩、移 动通信、财政金融等

31、动通信、财政金融等 模糊控制的发展：模糊控制的发展： u19651965年美国的年美国的ZadehZadeh提出模糊集合理论提出模糊集合理论; ;模糊数学模糊数学 u19741974年英国的年英国的MamdaniMamdani首次将模糊理论应用于蒸汽机控制首次将模糊理论应用于蒸汽机控制; ; u19851985年年AT ; u8080年代末日本将模糊控制广泛应用于家用电器（洗衣机、空年代末日本将模糊控制广泛应用于家用电器（洗衣机、空 调、吸尘器、电冰箱、电饭煲、微波炉、照相机等），促进调、吸尘器、电冰箱、电饭煲、微波炉、照相机等），促进 了模糊控制的推广和应用了模糊控制的推广和应用; ; 39

32、 4 4 神经元网络控制 （Neural Network Control） 神经网络控制是基于人脑神经组织的内部结构来模拟人脑神经网络控制是基于人脑神经组织的内部结构来模拟人脑 的功能进行控制。的功能进行控制。 但现在神经网络主要目的是利用其所具有的强大学习功能。但现在神经网络主要目的是利用其所具有的强大学习功能。 40 4 4 神经元网络控制 （Neural Network Control） 人工神经元及神经网络的产生和发展：人工神经元及神经网络的产生和发展： u19431943年提出神经元模型年提出神经元模型 u19491949年年 Hebb Hebb 提出神经元学习规则（提出神经元学习规

33、则（HebbHebb学习规则）学习规则） u1 9 5 81 9 5 8 年 提 出 基 于 神 经 网 络 的 感 知 器 模 型年 提 出 基 于 神 经 网 络 的 感 知 器 模 型 （模拟人脑的感知和学习能力）（模拟人脑的感知和学习能力） u 难点：缺乏简单有效的学习方法难点：缺乏简单有效的学习方法 41 u19861986年提出神经网络的反向传播学习方法（简称年提出神经网络的反向传播学习方法（简称 BP BP 算算 法，法，Back Propagation Back Propagation ） 注 注 ，证明了 ，证明了BPBP神经网络神经网络能能 无限逼近任意输入输出函数无限逼近

34、任意输入输出函数 u9090年代神经网络的研究达到高潮，并成功应用于自动控年代神经网络的研究达到高潮，并成功应用于自动控 制、人工智能、信息处理、机器人、机械制造等很多领制、人工智能、信息处理、机器人、机械制造等很多领 域。域。 注：注：19741974年哈佛大学的博士生年哈佛大学的博士生 WerbosWerbos就已提出，但未引起注意就已提出，但未引起注意 42 讨论： 针对不同的控制系统和控制要求，输入量、权重、输出函针对不同的控制系统和控制要求，输入量、权重、输出函 数都需要研究和设计。数都需要研究和设计。 模仿人的神经：模仿人的神经： 例如：当一个地方有火的时候：例如：当一个地方有火的

35、时候： 人有各种感觉（输入）给神经元：触人有各种感觉（输入）给神经元：触温度（热）、闻温度（热）、闻- -有有 糊味、看、听等糊味、看、听等神经元判断：是正常在烧菜，还是着神经元判断：是正常在烧菜，还是着 火了，还是什么情况火了，还是什么情况 人的神经元也需要学习，然后做出什么动作：叫，报警，人的神经元也需要学习，然后做出什么动作：叫，报警， 躲开，等等躲开，等等 43 神经网络的特点： l通过学习，可以无限逼近任意的输入输出函数；通过学习，可以无限逼近任意的输入输出函数； l具有归纳或泛化能力（经样本训练后，输入不属于样本具有归纳或泛化能力（经样本训练后，输入不属于样本 集时也能产生合适的输

36、出）；集时也能产生合适的输出）； l并行计算（速度快），分布存储（容错性好）；并行计算（速度快），分布存储（容错性好）； l学习过程收敛较慢（较费时），实时应用性差；学习过程收敛较慢（较费时），实时应用性差； l如何确定网络的层数及每一层的神经元个数尚无明确的如何确定网络的层数及每一层的神经元个数尚无明确的 方法。方法。 神经网络的实现：神经网络的实现： 神经元芯片神经元芯片 计算机软件模拟计算机软件模拟 44 四、神经网络的应用 典型应用领域：典型应用领域： l各类控制与优化问题各类控制与优化问题 l系统辨识系统辨识 l故障诊断故障诊断 l容错技术容错技术 l信号处理信号处理 l模式识别模式

37、识别 l文字识别文字识别 l专家系统等专家系统等 神经网络应用于系统辨识神经网络应用于系统辨识 与控制的优点：与控制的优点： l无须数学建模，只需在线无须数学建模，只需在线 或离线学习训练或离线学习训练 l同时适用于线性和非线性同时适用于线性和非线性 系统系统 l具有很强的适应性和鲁棒具有很强的适应性和鲁棒 性性 l容易和其他控制方式结合容易和其他控制方式结合 45 专家控制 NN控制器控制器受控对象受控对象 检测装置检测装置 给定给定 输入输入 反馈信号反馈信号 控制量控制量误差误差输出输出 执行机构执行机构 在专家或操作人员能够很好地进行控制的情况在专家或操作人员能够很好地进行控制的情况

38、下，为了把人解放出来，可以用一个神经网络控下，为了把人解放出来，可以用一个神经网络控 制器去模仿人的控制行为，神经网络制器去模仿人的控制行为，神经网络通过学习和通过学习和 训练训练就可以逼近操作人员的控制模式。就可以逼近操作人员的控制模式。 46 讨论： 当控制行为难以表达为知识，规则，公式时，采用神经网当控制行为难以表达为知识，规则，公式时，采用神经网 络，采用神经网络控制器（络，采用神经网络控制器（Neural Network Control)Neural Network Control)。 这里的神经网络控制器需要学习（训练）。这里的神经网络控制器需要学习（训练）。 针对特定的控制系统、控制要求进行训练，针对特定的控制系统、控制要求进行训练，NNNN控制器效果控制器效果 比较好。比较好。 47 5 对智能控制的一些展望 l各种智能控制方法各有利弊，因此可以将不同的智能控制各种智能控制方法各有利弊，因此可以将不同的智能控制 方法有机结合在一起，取长补短，如模糊神经网络控制、方法有机结合在一起，取长补短，如模糊神经网络控制、 基于遗传算法的神经网络控制、基于专家系统的专家模糊基于遗传算法的神经网络控制、基于专家系统的专家模糊 控制等。控制等。 l智能控制是传统控制方法的延伸和发展，是自动控制发展智能控制是传统控制方法的