智能系统与智能控制

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,智能系统与智能控制,Intelligent Systems & Intelligent Control,系统科学与工程系,1,1.,绪论,1.1,什么是,智能控制,（Intelligent Control）？,1.2,IEEE,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,2,1.1 Intelligent Control System ?,It is a more flexible control system which incorporates other elements, such as logic, reasoning and heuristics into the more algorithmic techniques provided by conventional control theory.,Astrom, K J & McAvoy, T J. “Intelligent control: an overview and evaluation” in White D A et al: “Handbook of intelligent control: neural, fuzzy adaptive approaches”. (Van Nostrand, N.Y., 1992, pp.3-34),3,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。,4,1.2,IEEE,对,ICS,的规定,目前对ICS还没有一个完整的定义.,IEEE Control System Society 的Technical Committee on Intelligent Control 对ICS的general characteristics作了如下规定:,An ability to emulate human capabilities, such as planning, learning and adaptation,.,5,1.3 ICS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,6,1.4,ICS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heuristic reasoning & learning进行 human-like 的decision-making.,7,Heuristic reasoning & Learning,Heuristic reasoning,（启发式推理）：IFTHENELSE,Learning,（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,。,8,1.5 ICS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： KS FU提出智能控制这个新兴学科,“Learning control systems and intelligent control systems: An intersection of artificial intelligence and automatic control”, IEEE Trans.AC, Febuary, 1972. 列举了 3 种智能控制系统。,9,79 : Saridis, “Toward the realization of intelligent control”. Proc. Of the IEEE, 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 ： IEEE Control System Society 的Technical Committee on Intelligent Control成立，Saridis为首任主席。,10,86 ：Astrom,et al, “Expert Control”,Automatica, 22(3), 1986. 将AI中的专家系统(Expert System)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。,11,智能控制实现手段的发展,65：L A Zadeh提出模糊集,(Fuzzy Sets),理论，为模糊控制奠定了基础。,74：E H Mamdani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：Miller III将Albus在1975年提出的CMAC成功地应用到机器人的控制。,75: Holland,Adaptation in natural and artificial systems.,成为遗传算法的经典之作,。,12,1990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,13,1.6 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,14,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,15,专家系统,expert system,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,16,模糊集合,Fuzzy Sets,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,17,神经网络,Neural Networks,BP网,输入层,隐含层,输出层,18,遗传算法,Genetic Algorithm,理论基础：达尔文的“适者生存”思想,生物的进化，通过一代一代的演化，好的特征被保留，坏的特征被逐步淘汰(?),Simulated Evolution的三个分支,1. Evolution strategies,2. Evolutionary programming,3. Genetic algorithms,都属于Soft Computation,19,