智能控制技术及其应用

智能控制技术及其应用主讲:张明路教授、博士生导师2002.11.10机械学院科普知识教授系列讲座机械学院科普知识教授系列讲座控制的发展经典控制：奠基人：H.Nyquist，1932年由反馈放大器发展而来，60年代末，已经成熟。主要研究：适用于SISO常系数线性系统。模型：传递函数。主要贡献：PID调节器手动控制经典控制现代控制智能控制机械学院科普知识教授系列讲座控制的发展现代控制：奠基人：Belman（动态规划）,Kalman（Kalman滤波、估计理论），80年代形成系统的现代控制理论体系。主要研究：适用于MIMO线性系统。模型：状态空间描述。主要贡献：最优控制、系统辨识、最优估计、自适应控制机械学院科普知识教授系列讲座控制的发展大脑眼等器官控制对象手传感器控制对象执行机构控制器机械学院科普知识教授系列讲座智能控制的主要特点及发展过程传统控制：•定义：经典控制与现代控制的统称。•特点：Model-basedcontrol.智能控制：•问题的提出：*模型的不确定性*高度的非线性*控制的复杂性机械学院科普知识教授系列讲座智能控制的主要特点及发展过程智能控制：•主要贡献者：*K.S.Fu:人机共栖的智能控制系统Free-Person自主控制系统*Saridis:分层递阶智能控制系统（右图）：*K.J.Astrom:将专家系统引入智能控制系统。组织级协调级执行级对象识别机械学院科普知识教授系列讲座智能控制的主要特点及发展过程•智能控制：•定义：*感性定义：模拟人的逻辑（抽象）、直觉（形象）、顿悟（灵感）思维。*过程定义：从控制的三要素出发，具有智能信息处理、智能反馈、智能决策的控制方式。智能信息处理？智能反馈？智能决策？机械学院科普知识教授系列讲座智能控制的主要内容•神经网络•模糊控制•物元分析与可拓集合理论•混沌论•遗传算法机械学院科普知识教授系列讲座智能控制与传统控制的主要区别•处理问题的能力•控制模型•核心内容•解决对象机械学院科普知识教授系列讲座智能控制的主要内涵模糊控制•量的概念：模糊数学模糊性统计数学随机性不确定性经典数学确定性量•主要解决的问题：将二值逻辑推广到多值逻辑，解决事物本身的模糊性。机械学院科普知识教授系列讲座智能控制的主要内涵模糊控制•解决方法：TheanticipantvalueA/DCalculatingcontrolvariableFuzzyficationRulesoffuzzycontrolFuzzyreasoningDefuzzyficationD/AExecutivemachineObjectundercontrolTransducerFuzzycontroller机械学院科普知识教授系列讲座智能控制的主要内涵神经网络控制•神经元模型：多输入单输出的非线性的信息处理单元。...yΣω2ω1ωnX1X2XnfθX0=1机械学院科普知识教授系列讲座智能控制的主要内涵神经网络控制主要解决的问题通过对信息的时间和空间上处理，实现对信息的自组织、自学习、自联想等功能。解决问题的方法：利用多个神经元组成的神经网络实现对事物的联想与识别。..................X1XnXi1mi1jn1krYnYjY1ωikωkj输入层输出层隐含层机械学院科普知识教授系列讲座智能控制的主要内涵混沌控制•混沌：世界中的混乱、无秩序的现象。•主要研究的问题：从混沌现象中，通过自组织产生有序规律。如蝴蝶效应。遗传算法下面举例说明——求]200[max,)(2，xxxf机械学院科普知识教授系列讲座智能控制的主要内涵初始群体的生成与编码12346213800110000100110101000适应度检测f(x)=x236416964选择（计算选择概率）Ps=fi/(∑f)0.1320.0150.620.23赌轮计数1021复制00110011010110101000配对1-22-13-44-3交叉位置3322001|10011|0101|10101|000子代00101011100100001101514813…………………………机械学院科普知识教授系列讲座智能控制技术在移动机器人中的应用所采用的传感器•超声传感器•视觉传感器•位移传感器•速度传感器•红外传感器环境识别避障路径或目标跟踪定位系统技术集成---自主决策技术机械学院科普知识教授系列讲座公共安全机器人系统“911”以来，各国更加强了对安全与反恐机器人的研制工作。其中，美国处于领先地位。在美国，军方选择了iRobot公司的Packbot和Foster-Miller公司的Talon作为目前反恐机器人的主流产品，共订购了两家公司价值2.64亿美元的机器人。机械学院科普知识教授系列讲座公共安全机器人技术方向1、模块化：机械上、电子上、软件上模块化。不同功能的机器人可以由不同的模块组成；2、机器人的智能最为实用的半自主和半遥控模式；3、开发机器人的专用开放式主板：基于多CPU的专用主板；4、开发一个开放式的通用软件平台：最重要，类似人的大脑；5、致力于公共安全机器人标准的建立：标准必须是通过产业来牵引的。机械学院科普知识教授系列讲座五公斤级系列机械学院科普知识教授系列讲座160公斤级机械学院科普知识教授系列讲座便携式的车体检测机械学院科普知识教授系列讲座固定的多自由度云台机械学院科普知识教授系列讲座立体公共安全机器人网络机械学院科普知识教授系列讲座移动机器人应用实例HEBUT-1智能移动机器人图5.13移动机器人跟踪实验Fig5.13Mobilerobottracking图5.13移动机器人跟踪实验Fig5.13Mobilerobottracking移动机器人无冲突运行实验Mobilerobotmovingwithoutcollision移动机器人跟踪实验Mobilerobottracking机械学院科普知识教授系列讲座移动机器人应用实例全方位转向移动机器人试验平台机械学院科普知识教授系列讲座移动机器人应用实例核废料探测机器人机械学院科普知识教授系列讲座移动机器人应用实例小型三轮移动机器人试验平台机械学院科普知识教授系列讲座移动机器人应用实例多机器人协调控制机械学院科普知识教授系列讲座移动机器人应用实例三轮移动机器人协调技术试验平台机械学院科普知识教授系列讲座移动机器人应用实例智能轮椅无人驾驶自主车辆机械学院科普知识教授系列讲座移动机器人应用实例无人驾驶自主车辆机械学院科普知识教授系列讲座移动机器人应用实例日本火星探测机器人机械学院科普知识教授系列讲座移动机器人应用实例美国火星探测机器人机械学院科普知识教授系列讲座移动机器人应用实例“先驱者”赛车机械学院科普知识教授系列讲座移动机器人应用实例无人驾驶振动式压路机机械学院科普知识教授系列讲座移动机器人应用实例Wheeledandtrackedremote-controlledplatforms（法国）机械学院科普知识教授系列讲座移动机器人应用实例VigilandObservationandSurveillanceMobileRobot机械学院科普知识教授系列讲座移动机器人应用实例REXInspection&MaintenanceofMainSewers机械学院科普知识教授系列讲座移动机器人应用实例“土拨鼠”（右）和“野牛”（左）排爆机器人机械学院科普知识教授系列讲座移动机器人应用实例我国研制的排爆机器人机械学院科普知识教授系列讲座移动机器人应用实例德国的排爆机器人机械学院科普知识教授系列讲座移动机器人应用实例危险场合下的排爆机器人机械学院科普知识教授系列讲座移动机器人应用实例Inspectionandmaintancerobotfornuclearindoorenvironments机械学院科普知识教授系列讲座移动机器人应用实例危险环境下的清理机器人机械学院科普知识教授系列讲座移动机器人应用实例昆虫机器人机械学院科普知识教授系列讲座移动机器人应用实例昆虫机器人机械学院科普知识教授系列讲座移动机器人应用实例宠物机器人机械学院科普知识教授系列讲座移动机器人应用实例机器狗机械学院科普知识教授系列讲座移动机器人应用实例“先行者”类人型机器人机械学院科普知识教授系列讲座智能空间智能空间（SmartSpace）是一个嵌入了计算、信息设备和多模态的传感装置的工作空间，其目的是使用户能非常方便地访问其中的信息、获得计算机的服务，从而高效地进行单独工作和与他人协同工作。智能空间的应用价值目前还可以直接体现在它的具体用途上，如智能会议室、作战指挥室、智能教室、能照料人的智能家居等。机械学院科普知识教授系列讲座智能空间应用构思智能空间网络保健医生室内定位系统家庭卫士网络机器人光环境交互系统主题：BetterIntelligenceBetterLife机械学院科普知识教授系列讲座家庭网络保健系统a)组成：建立开放式架构的家庭保健医生智能机器人平台；b)性能：对人体的健康状况进行监督，通过网络和网络化的健康保健数据中心，记录人每天的健康数据。通过对数据库数据进行观察和处理，可以将医生的建议和忠告反馈给用户，并对健康进行预警。C）主要参数：测量人体温度、血压、脉搏、心电图；结合人体重量等参数分析人体的水平衡状态；机械学院科普知识教授系列讲座家庭卫士网络机器人a)组成：2轮差动的类人形移动平台、1DOF头部、自主导航系统；b)性能：负责家庭环境的安全检测，如煤气、空气质量、无人环境下的守卫。并通过无线网络与主人通报。同时能控制家中的部分电器，儿童在家的守护。C）主要参数：重量20公斤；速度〉30厘米/秒；电池使用时间〉2小时；测量环境的温度、湿度、煤气的含量，准确率95%以上；Internet控制机械学院科普知识教授系列讲座结束语杨伯军制作