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智能控制导论

智能控制导论. 国家精品课程配套教材 蔡自兴. 智能控制教学课件. 第10章 展望智能控制 10.1 人工智能争论及其对智能控制的影响 10.2 智能控制的应用研究问题 10.3 智能控制进一步研究的问题 10.4 展望智能控制的发展 10.5 结束语. 智能系统与智能软件研究所. 10.1 人工智能争论及其对智能控制的影响. 10.1.1 人工智能的主要学派 目前人工智能的主要学派有下列3家 符号主义，又称为逻辑主义、心理学派或计算机学派，其原理主要为物理符号系统（即符号操作系统）假设和有限合理性原理

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Presentation Transcript

  1. 智能控制导论 国家精品课程配套教材 蔡自兴

  2. 智能控制教学课件 第10章 展望智能控制 10.1 人工智能争论及其对智能控制的影响 10.2 智能控制的应用研究问题 10.3 智能控制进一步研究的问题 10.4 展望智能控制的发展 10.5 结束语 智能系统与智能软件研究所

  3. 10.1 人工智能争论及其对智能控制的影响 10.1.1 人工智能的主要学派 • 目前人工智能的主要学派有下列3家 • 符号主义，又称为逻辑主义、心理学派或计算机学派，其原理主要为物理符号系统（即符号操作系统）假设和有限合理性原理 • 联结主义，又称为仿生学派或生理学派，其原理主要为神经网络及神经网络间的连接机制与学习算法 • 行为主义，又称进化主义或控制论学派，其原理为控制论及感知—动作型控制系统

  4. 10.1.2 人工智能主要学派理论上的争论 • 人工智能尚未形成一个统一的理论体系。各个人工智能学派对于AI的基本理论问题均有不同的观点 • 符号主义认为人的认知基元是符号，而且认知过程即符号操作过程 • 联结主义认为人的思维基元是神经元，而不是符号处理过程 • 行为主义认为智能取决于感知和行为（所以被称为行为主义），提出智能行为的感知——动作模式 10.1 人工智能争论及其对智能控制的影响

  5. 10.1.3 人工智能主要学派对智能控制的影响 • 20世纪60～80年代，智能控制受符号主义影响，自然以基于知识的控制为主要研究方向。如：专家控制、学习控制以及模糊控制，并与递阶控制相结合 • 80年代末～90年代，连接主义迅速崛起，促进了智能控制的发展。如：神经控制和复合神经控制 • 基于感知——动作机制的行为主义所以称为控制论学派，就是因为它的作用原理与反馈控制一致 10.1 人工智能争论及其对智能控制的影响

  6. 10.2 智能控制的应用研究问题 10.2.1 智能机器人规划与控制 • 复式自主水下运载器（Multiple Autonomous Undersea Vehicle, MAUV） • MAUV的一种智能控制结构图，采用分段分层框架 评价 目标选择 数值 感知状况 预测状况 任务 优先权 规划 传感信息 处理 世界模型 数据库 任务分解 传感器 驱动器 内部 外部 环境 动作

  7. 10.2.2 生产过程的智能监控 • 许多工业连续生产线，其生产过程需要监视和控制，以保证高性能和高可靠性 • 工业锅炉智能控制的混合控制框图 专家 系统 专家控制器 1 … e R U Y 2 + 过程 多模型控制器 . + K - 3 开关 自校正PID 控制器 控制器 10.2 智能控制的应用研究问题

  8. 控制器 决策器 第一级 数据库 知识库 监控器 第二级 区域控制器 第三级 … 驱动器 1 驱动器 n 驱动 加工过程运输和检验 过程加工 … 传感器 1 传感器 m 传感 10.2.3 自动加工系统的智能控制 • 基于Petri网的自动加工智能控制系统的结构图 10.2 智能控制的应用研究问题

  9. 10.2.4 智能故障检测与诊断 • 故障检测和诊断与过程监控密切相关。一个高级的过程控制系统应当具有故障自动检测和自诊断能力，以保证系统工作的高度可靠性 • 现在人们已对特别复杂系统故障诊断的重要性引起前所未有的重视 • 智能故障检测与诊断系统是一个问题求解的计算机系统，也是一种智能控制系统。它一般由知识库（故障信息库）、诊断推理机构、接口和数据库等组成。典型的IFDD系统有太空站热过程控制系统的故障诊断、火电站锅炉给水过程控制系统的故障检测与诊断和雷达故障诊断专家系统等 10.2 智能控制的应用研究问题

  10. 传感输入 决策 调节 制导 飞行器 控制 飞行目标 估计 领航 10.2.5 飞行器的智能控制 • 智能控制已被应用于飞行过程控制，整个飞行控制过程由飞机数学模型来表示 • 下图所示为一飞行器的飞行智能控制系统的制导、领航和控制结构，其中用虚线表示领航员的作用，以期与计算机的作用进行比较 10.2 智能控制的应用研究问题

  11. 手术扰动 人工制品 期望血压 e u 测量血压 模糊逻辑 控制器 汽化器 半封闭回路 病人 + y - 10.2.6 医疗过程智能控制 • 一个用于控制手术过程中麻醉深度的病人平均动脉血压(MAP)的模糊逻辑控制系统 • 有两类扰动 • 因手术、心血管病和用药引起的病人痛苦而出现的噪声 • 因仪器校准和电灼等引起的血压和人工制品的测量噪声 10.2 智能控制的应用研究问题

  12. 10.2.7 智能仪器 • 微型计算机或微处理机在仪器，已成为仪器的核心组成部件之一，它能够实现信息的记忆、判断、处理、执行以及测控过程的操作、监视和诊断，并使这类仪器被称为“智能仪器” • 比较高级的智能仪器具有多功能、高性能、自动操作、对外接口、“硬件软化”和自动测试与自动诊断等功能 10.2 智能控制的应用研究问题

  13. 10.3 智能控制进一步研究的问题 • 控制问题 • 认知控制器 • 组织器工作方法 • 具有判断能力的智能机器的设计 • 用于设计智能机器的语言方法 • 对用户指令解释不当的灵敏性分析 • 智能机器每个功能的可靠性分析 • 要实现Boltzman机的优化 • 对智能机器研究的建议 • 控制模式 第10章 展望智能控制

  14. 10.4 展望智能控制的发展 10.4.1 寻求更新的理论框架 • 智能控制研究尚存在一些需要解决的问题 • 宏观与微观分离 • 全局与局部隔开 • 理论与应用脱节 • 上述存在问题和其它相关问题说明 • 人脑的结构和功能要比人们想象的复杂得多 • 需要寻找和建立更新的智能控制框架和理论体系

  15. 10.4.2 创建更优的技术集成 • 智能控制技术是人工智能技术与其它信息处理技术，尤其是信息论、系统论、控制论和认识工程学等的集成 • 集成智能控制系统的相关学科关系图 生理学 心理学 语言学 认知科学 智能控制系统 计算技术 哲学 系统学 人类学 社会学 人类控制知识 10.4 展望智能控制的发展

  16. 10.4.3 开发更好的应用方法 • 必须开发新的硬件和软件 • 实现智能控制需要硬件的保障 • 软件应是智能控制的核心 • 智能控制应用方法研究中有 • 提高运行速度，实现实时控制 • 提高对传感信息和环境的解释能力 • 设计新的模块化传感器和接口 • 改善信息处理和识别能力等 • 控制软件方面的研究课题 • 开发面向任务的独立和通用的程序设计语言 • 考虑CAD、CAM、CIMS和CIPS等要求 • 能够描述各种控制过程 • 处理缓慢变化信号和故障 • 实现智能控制系统的优化等 10.4 展望智能控制的发展

  17. 10.5 结束语 • 人类的进化归根结底是智能的进化，而智能反过来又为人类的进一步发展服务 • 学习与研究智能系统、人工智能、智能机器人和智能控制等 • 目的就在于创造和应用智能技术和智能系统为人类进步服务 • 智能控制己初具学科体系 • 在基础理论方面 • 涉及传统人工智能的知识表示和推理、计算智能(如模糊计算、神经计算和进化计算等)和机器学习等 • 在技术方法方面 • 从递阶控制、专家控制、模糊控制、神经控制、学习控制、仿人控制和进化控制等系统加以研究 第10章 展望智能控制

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