智能控制 课件 -第四章-专家控制系统

专家控制系统ExpertControlSystem第四章专家控制系统Ch44.1专家系统的基本概念4.2专家系统的主要类型与基本结构4.3专家系统的建立4.4专家控制系统的设计与实现专家控制系统Ch44.1专家系统的基本结构专家系统的基本概念4.1专家系统的研究领域及定义专家系统的特点与优点专家系统的基本概念4.1专家系统的研究领域及定义

专家系统是一类基于大量的领域专门知识与经验的计算机程序系统。该系统应用了人工智能技术和计算机技术，根据某领域内一个或多个领域专家提供的大量知识和经验，进行恰当的推理和判断，模拟人类专家的决策过程，从而解决那些需要人类专家处理的大量复杂问题。专家系统的基本概念4.1专家系统的特点与优点专家系统的特点具有人类专家水平的知识能进行有效的推理具有启发性具有灵活性具有透明性具有交互性专家系统的基本概念4.1专家系统的特点与优点专家系统的优点专家系统能够高效、准确、周到、迅速和不知疲倦地进行工作。专家系统在解决实际问题时不受周围环境的影响，也不可能被遗漏忘记。不受时间和空间的限制，专家知识与经验便于被推广。专家系统能促进各领域的发展，它使各领域专家的专业知识和经验得到总结和精炼，能够广泛有力地传播专家的知识、经验和能力。专家系统能汇集多领域专家的知识和经验以及他们协作解决重大问题的能力，它拥有更渊博的知识、更丰富的经验和更强的工作能力。研究专家系统具有巨大的经济效益和社会效益，能够促进整个科学技术的发展。专家控制系统Ch44.2专家系统的主要类型与基本结构专家系统的主要类型与基本结构4.2专家系统的主要类型专家系统的基本结构专家系统的主要类型与基本结构4.2专家系统的主要分类基于规则的专家系统基于框架的专家系统基于模型的专家系统基于web的专家系统专家系统的主要类型与基本结构4.2专家系统的主要分类基于规则的专家系统基于框架的专家系统基于模型的专家系统基于web的专家系统1基于规则的专家系统基于规则的专家系统的工作模式1基于规则的专家系统基于规则的专家系统的实例假设这个专家系统旨在诊断常见的感冒和流感症状。疾病诊断专家系统

规则1：如果患者有发热、咳嗽和流涕症状，且体温高于38摄氏度，那么可能是流感。

规则2：如果患者有咳嗽、流涕，但体温正常，那么可能是普通感冒。

规则3：如果患者有发热、咳嗽，但没有流涕，且伴有肌肉酸痛，那么可能是流感。当患者输入自己的症状，如“发热39摄氏度，咳嗽，流涕”，系统会根据规则1判断患者可能是流感。

再比如，患者输入“咳嗽，流涕，体温36.5摄氏度”，系统则会依据规则2诊断为普通感冒。

基于规则的专家系统通过这样明确的规则来进行推理和判断，从而提供相应的结论和建议。1基于规则的专家系统疾病诊断专家系统（1）知识库（2）推理机（3）存储器在实际构建疾病诊断专家系统的知识库时，需要更详细、准确和全面的规则，并且要不断更新和完善，以适应医学知识的发展和变化。同时，还需要考虑症状的严重程度、患者的年龄、病史、接触史等多种因素。推理机是疾病诊断专家系统的核心组件之一，负责根据知识库中的规则和输入的患者症状等信息进行推理和判断，得出诊断结论。存储各种相关的数据和信息1基于规则的专家系统基于规则的专家系统的知识库组成：疾病知识库：存储各种疾病的症状、体征、诊断标准、治疗方案等详细信息。患者病例数据：过往患者的诊断记录、症状描述、检查结果等，用于机器学习和模式识别。症状描述词汇库：涵盖各种可能的症状表述和相关的关键词。医学图像数据：如X光、CT、MRI等图像，以及对这些图像的分析和标注。诊断规则和算法：用于推理和判断疾病的逻辑规则和数学算法。药物信息：包括药物的名称、功效、副作用、适用症等。医疗文献和研究成果：最新的医学研究报告、学术论文等，以保证诊断系统的知识更新。1基于规则的专家系统推理机的工作流程通常包括以下几个步骤：接收输入：获取用户在用户界面输入的症状、身体部位、发作时间、过往病史等信息。知识匹配：将输入的信息与系统中存储的疾病诊断知识和规则进行匹配和比较。推理判断：根据匹配结果和逻辑规则，进行推理和分析，例如判断哪些症状组合可能指向特定的疾病，或者排除不符合症状的疾病。生成诊断：综合所有的推理和判断，生成可能的疾病诊断列表，并按照可能性大小进行排序。输出结果：将诊断结果传递给用户界面，向用户展示诊断结果和相关的建议。1基于规则的专家系统疾病诊断专家系统的存储器主要用于存储以下关键信息：症状信息：包括各种疾病可能出现的症状描述、症状的组合模式等。疾病数据：不同疾病的名称、分类、特点、发病概率等详细资料。诊断规则：用于推断疾病的逻辑规则和算法，例如症状与疾病的关联规则。患者病例：过往患者的诊断记录、症状表现、检查结果、治疗方案和最终诊断结果等。医学知识：如病理生理知识、药理知识、检验医学知识等。检查数据：各类医学检查（如血液检查、影像学检查等）的正常范围和异常表现。治疗方案库：针对不同疾病的推荐治疗手段和药物信息。1基于规则的专家系统基于规则的专家系统的工作模式1基于规则的专家系统基于规则的专家系统的结构1基于规则的专家系统基于规则的专家系统的结构用户界面开发界面解释器外部程序1基于规则的专家系统基于规则的专家系统的特点自然表达控制与知识分离知识模块化易于扩展智能会成比例增长相关知识的使用从严格语法获取解释一致性检查启发性知识的使用不确定性知识的使用1基于规则的专家系统基于规则的专家系统的缺点必须精确匹配有不清楚的规则关系可能比较慢对一些问题不适用专家系统的主要类型与基本结构4.2专家系统的主要分类基于规则的专家系统基于框架的专家系统基于模型的专家系统基于web的专家系统2基于框架的专家系统基于框架的专家系统就是建立在框架理论的基础之上的，即采用框架而不是采用规则来表示知识。框架表示方法提供一种比规则更丰富的获取问题知识的方法，不仅提供某些目标的描述，而且还规定实现该目标究竟如何工作。2基于框架的专家系统基于框架的专家系统的实例汽车故障诊断专家系统

故障名称可能症状发动机故障发动机抖动、动力不足、启动困难电气系统故障车灯不亮、仪表盘故障显示、电池没电制动系统故障刹车失灵、制动距离变长、刹车时有异响2基于框架的专家系统基于框架的专家系统的结构专家系统的主要类型与基本结构4.2专家系统的主要分类基于规则的专家系统基于框架的专家系统基于模型的专家系统基于web的专家系统3基于模型的专家系统前面讨论过的基于规则的专家系统和基于框架的专家系统都是以逻辑心理模型为基础的，是采用规则逻辑或框架逻辑，并以逻辑作为描述启发式知识的工具而建立的计算机程序系统。综合各种模型的专家系统无论在知识表示、知识获取还是知识应用上都比那些基于逻辑心理模型的系统具有更强的功能，从而有可能显著改进专家系统的设计。3基于模型的专家系统基于模型的专家系统的实例基于神经网络的专家系统

基于神经网络的专家系统是一类具有建模特色的基于模型的专家系统。专家系统的主要类型与基本结构4.2专家系统的主要分类基于规则的专家系统基于框架的专家系统基于模型的专家系统基于web的专家系统4基于web的专家系统随着互联网技术的发展，web逐步成为大多数软件用户的交互接口，软件逐步走向网络化。基于这个趋势，专家系统的用户界面已逐步向web靠拢，专家系统的知识库和推理机也都逐步和web接口交互起来。web已成为专家系统一个新的重要特征。4基于web的专家系统基于web的专家系统的实例植物病害诊断专家系统（1）系统功能用户通过上传植物病害的图片或描述症状，系统根据这些信息进行分析和诊断，并给出可能的病害名称及防治建议。（2）系统架构web浏览器：用户通过浏览器与系统交互，上传图片或输入症状描述。web推理机：包含推理机核心逻辑，处理请求和执行推理。数据库：存储植物病害的相关信息、图片等数据。知识库：包括各种植物病害的特征、症状表现、发病原因、防治方法等知识。4基于web的专家系统基于web的专家系统的实例植物病害诊断专家系统（3）诊断流程：1）用户在web浏览器提交症状信息或图片。2）系统将这些信息发送到web推理机。3）数据库服务器利用知识库中的规则和模式匹配算法，对症状进行分析和诊断。4）系统生成诊断结果和防治建议，并返回给前端页面展示给用户。4基于web的专家系统基于web的专家系统的优点便捷性与普及性集中管理与维护跨平台支持信息共享与协作用户友好的界面4基于web的专家系统基于web的专家系统具有以下属性知识表示推理机制用户界面知识库管理分布式特性可扩展性安全性实时性解释能力跨平台性专家控制系统Ch44.3专家系统的建立专家系统的建立4.3专家系统的建立原则专家系统的建立步骤专家系统的建立4.3专家系统的建立原则知识的准确性与可靠性原则知识的完整性原则可维护性与可扩展性原则人机交互友好原则高效性原则验证与测试原则专家系统的建立4.3专家系统的建立步骤

专家系统的建立步骤一般分为确定领域和目标阶段、知识获取阶段、构建知识库阶段、设计推理机制阶段、开发用户界面阶段、测试阶段和维护和更新阶段。确定领域和目标阶段知识获取阶段构建知识库阶段设计推理机制阶段开发用户界面阶段测试阶段维护和更新阶段专家系统的建立4.3专家控制系统Ch44.4专家控制系统的设计与实现专家控制系统的设计与实现4.4专家控制系统的特点专家控制系统的基本结构专家控制器的设计与应用专家控制系统的设计与实现4.4专家控制系统的特点专家控制

专家控制是智能控制的一个重要分支，又称专家智能控制。所谓专家控制，是将专家系统的理论和技术同控制理论、方法与技术相结合，在未知环境下，仿效专家的经验，实现对系统的控制。专家控制试图在传统控制的基础上引入一个富有经验的控制工程师，实现控制的功能，它由知识库和推理机构构成主体框架，通过对控制领域知识（先验经验、动态信息、目标等）的获取与组织，按某种策略及时地选用恰当的规则进行推理输出，实现对实际对象的控制。专家控制系统的设计与实现4.4专家控制系统的特点专家系统与专家控制系统的差别

专家系统通常以离线方式进行工作，只对专门领域的问题完成咨询作用，协助用户进行工作。专家系统的推理是以知识为基础的，其推理结果为知识项、新知识项或对原知识项的变更知识项。然而，专家控制系统需要获取在线动态信息，并对系统进行实时控制，需要独立和自动地对控制作用做出决策，其推理结果可为变更的知识项，或为启动（执行）的某些解析算法。专家控制系统的设计与实现4.4专家控制系统的基本结构专家控制系统的设计与实现4.4专家控制系统的基本结构出口信箱

将控制配量命令、控制算法的参数变更值以及信息发送请求从知识基系统送往数值算法部分。在一个工业自动化生产线上，专家控制系统需要根据生产线上的传感器数据和生产计划，实时调整生产设备的运行参数，以确保产品质量和生产效率。出口信箱可以将专家系统生成的控制命令和参数变更值发送给生产设备的控制系统，从而实现对生产过程的实时控制。例如，当专家系统检测到生产线上的某个设备出现故障时，它可以通过出口信箱向设备控制系统发送停机命令，以避免故障进一步扩大。同时，专家系统还可以通过出口信箱向维修人员发送维修请求，以便及时修复设备故障。专家控制系统的设计与实现4.4专家控制系统的基本结构入口信箱

将算法执行结果、检测预报信号、对于信息发送请求的答案、用户命令以及定时中断信号分别从数值算法库、人—机接口及定时操作部分送往知识基系统。这些信息具有优先级说明，并形成先人先出的队列。在知识基系统内部另有一个信箱，进人的信息按照优先级排序插入待处理信息，以便尽快处理最主要的问题。专家控制系统的设计与实现4.4专家控制系统的基本结构应答信箱传送数值算法对知识基系统的信息发送请求的通信应答信号。解释信箱传送知识基系统发出的人－机通信结果，包括用户对知识库的编辑、查询、算法执行原因、推理结果、推理过程跟踪等系统运行情况的解释。定时器信箱用于发送知识基子系统内部推理过程需要的定时等待信号，供定时操作部分处理。专家控制系统的设计与实现4.4专家控制系统的设计与应用专家控制系统的控制要求（1）运行可靠性高（2）决策能力强（3）应用通用性好（4）控制与处理的灵活