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《智能控制》课程考试试题B《智能控制》课程考试试题B参考答案一、填空题(1)高级机器人(2)智能规划与调度(3)自动制造系统(4)故障检测与诊断(5)小深(DeepJunior)(6)卡斯帕洛夫(Kasparov)(7)硬件(8)软件(9)智能(10)智能化(11)选择模糊控制器的结构(12)选取模糊控制规则(13)确定模糊化的解模糊策略,制定控制表(14)确定模糊控制器的参数(15)傅京孙(16)萨里迪斯(17)蔡自兴(18)生物的进化机制(19)进化计算(20)反馈机制二、选择题1、C2、A3、A4、C5、D6、D7、B8、C9、A10、C三、问答题1、答:在研究了智能控制的二元、三元结构理论、知识、信息和智能的定义以及各相关学科的关系之后。蔡自兴教授提出了四元智能控制结构,把智能控制看作是自动控制、人工智能、信息论和运筹学四个学科的交集,如图1所示,其关系可用下式来描述。IC=AI∩CT∩IT∩OR图1智能控制的四元结构把信息论作为智能控制结构的一个子集是基于下列理由的:(1)信息论是解释知识和智能的一种手段;(2)控制论、系统论和信息论是紧密相互作用的;(3)信息论已成为控制智能机器的工具;(4)信息熵成为智能控制的测度;(5)信息论参与智能控制的全过程,并对执行级起到核心作用。2、答:传统控制理论在应用中面临的难题包括:(1)传统控制系统的设计与分析是建立在精确的系统数学模型基础上的,而实际系统由于存在复杂性、非线性、时变性、不确定性和不完全性等,一般无法获得精确的数学模型。(2)研究这类系统时,必须提出并遵循一些比较苛刻的假设,而这些假设在应用中往往与实际不相吻合。(3)对于某些复杂的和包含不确定性的对象,根本无法以传统数学模型来表示,即无法解决建模问题。(4)为了提高性能,传统控制系统可能变得很复杂,从而增加了设备的初投资和维修费用,降低系统的可靠性。传统控制理论在应用中面临的难题的解决,不仅需要发展控制理论与方法,而且需要开发与应用计算机科学与工程的最新成果。人工智能的产生和发展正在为自动控制系统的智能化提供有力支持。人工智能影响了许多具有不同背景的学科,它的发展已促进自动控制向着更高的水平──智能控制发展。智能控制具有下列特点:(1)同时具有以知识表示的非数学广义模型和以数学模型(含计算智能模型与算法)表示的混合控制过程,也往往是那些含有复杂性、不完全性、模糊性或不确定性以及不存在已知算法的过程,并以知识进行推理,以启发式策略和智能算法来引导求解过程。(2)智能控制的核心在高层控制,即组织级。高层控制的任务在于对实际环境或过程进行组织,即决策和规划,实现广义问题求解。(3)智能控制是一门边缘交叉学科。实际上,智能控制涉及更多的相关学科。智能控制的发展需要各相关学科的配合与支援,同时也要求智能控制工程师是个知识工程师。(4)智能控制是一个新兴的研究领域。无论在理论上或实践上它都还很不成熟、很不完善,需要进一步探索与开发。3、答:传统控制理论在应用中面临的难题包括:(1)传统控制系统的设计与分析是建立在精确的系统数学模型基础上的,而实际系统由于存在复杂性、非线性、时变性、不确定性和不完全性等,一般无法获得精确的数学模型。(2)研究这类系统时,必须提出并遵循一些比较苛刻的假设,而这些假设在应用中往往与实际不相吻合。(3)对于某些复杂的和包含不确定性的对象,根本无法以传统数学模型来表示,即无法解决建模问题。(4)为了提高性能,传统控制系统可能变得很复杂,从而增加了设备的初投资和维修费用,降低系统的可靠性。传统控制理论在应用中面临的难题的解决,不仅需要发展控制理论与方法,而且需要开发与应用计算机科学与工程的最新成果。人工智能的产生和发展正在为自动控制系统的智能化提供有力支持。人工智能影响了许多具有不同背景的学科,它的发展已促进自动控制向着更高的水平──智能控制发展。智能控制具有下列特点:(1)同时具有以知识表示的非数学广义模型和以数学模型(含计算智能模型与算法)表示的混合控制过程,也往往是那些含有复杂性、不完全性、模糊性或不确定性以及不存在已知算法的过程,并以知识进行推理,以启发式策略和智能算法来引导求解过程。(2)智能控制的核心在高层控制,即组织级。高层控制的任务在于对实际环境或过程进行组织,即决策和规划,实现广义问题求解。(3)智能控制是一门边缘交叉学科。实际上,智能控制涉及更多的相关学科。智能控制的发展需要各相关学科的配合与支援,同时也要求智能控制工程师是个知识工程师。(4)智能控制是一个新兴的研究领域。无论在理论上或实践上它都还很不成熟、很不完善,需要进一步探索与开发。3、答:模糊控制器值得研究的特性有静态和动态特性。对于静态特性,包括模糊控制规则的完整性、相容性和交互性,以及模糊控制器的鲁棒性。对于动态特性,包括模糊控制器的稳定性、灵敏性、可控性、收敛性、重复性(再现性)、精确性(精度)和映射特性等。图2为一自组织模糊控制器的结构图:图2自组织模糊控制器的结构它由基本层和自组织层两级构成;前者为一常规模糊语义控制器,后者对每一输入／输出响应的采样进行评价,并对控制器产生一个修正。该结构能够自动获得模糊控制器的规则库。当用FLC控制对象(装置)至期望响应时,新条件一旦出现,规则就被产生和修正。该控制器的主要部分有性能评价、对象建模、规则库更新和FLC保持等。性能评价单元用于分析精确装置有关性能目标的状态矢量(位置误差PE,误差变化CE),并对已辨识过的规则进行修正,以补偿任何恶劣性能的影响。修正是通过标量来调整规则结论的。采用可接受和不可接受两种阶跃响应相平面轨迹作为性能目标。装置(对象)模型用于考虑装置规则修正时的输入-输出极性、规则库更新单元用于检查哪条或哪几条规则可对当前的恶劣性能产生响应,并进行修正。自组织模糊控制器在学习试验过程中的连续采样时间内,不断(迭代)地改善规则库。4、答:递阶控制理论可被假定为寻求某个系统正确的决策与控制序列的数学问题,该系统在结构上遵循精度随智能降低而提高(IPDI)的原理,而所求得的序列能够使系统的总熵为最小。递阶智能机器的一般结构是由三个控制层级,即组织级、协调级和执行级构成的。这三个控制层级的功能和结构如下:(1)组织级组织级代表控制系统的主导思想,并由人工智能起控制作用。组织器作为推理机的规则发生器,处理高层信息,用于机器推理、规划、决策、学习(反馈)和记忆操作,如图1所示。图3组织级的结构框图(2)协调级协调级是上(组织)级和下(执行)级之间的接口,承上启下,并由人工智能和运筹学共同作用。协调级由一定数量的具有固定结构的协调器组成,每个协调器执行某些指定的作用。各协调器间的通讯由分配器来完成,而分配器的可变结构是由组织器控制的。(3)执行级执行级是递阶智能控制的底层,要求具有较高的精度但较低的智能;它按控制论进行控制,对相关过程执行适当的控制作用。执行级的性能可由熵来表示,因而统一了智能机器的功用。5、答:人工神经网络的下列特性对控制是至关重要的:(1)并行分布处理。神经网络具有高度的并行结构和并行实现能力,因而能够有较好的耐故障能力和较快的总体处理能力。这特别适于实时控制和动态控制。(2)非线性映射。神经网络具有固有的非线性特性,这源于其近似任意非线性映射(变换)能力。这一特性给非线性控制问题带来新的希望。(3)通过训练进行学习。神经网络是通过所研究系统过去的数据记录进行训练的。一个经过适当训练的神经网络具有归纳全部数据的能力。因此,神经网络能够解决那些由数学模型或描述规则难以处理的控制过程问题。(4)适应与集成。神经网络能够适应在线运行,并能同时进行定量和定性操作。神经网络的强适应和信息熔合能力使得网络过程可以同时输入大量不同的控制信号,解决输入信息间的互补和冗余问题,并实现信息集成和熔合处理。这些特性特别适于复杂、大规模和多变量系统的控制。(5)硬件实现。神经网络不仅能够通过软件而且可借助软件实现并行处理。近年来,一些超大规模集成电路实现硬件已经问世,而且可从市场上购到。这使得神经网络具有快速和大规模处理能力的实现网络。十分显然,神经网络由于其学习和适应、自组织、函数逼近和大规模并行处理等能力,因而具有用于智能控制系统的潜力。6、答:萨里迪斯(Saridis)于1977年提出了一种智能控制结构,它把傅京孙的智能控制二元结构扩展为三元结构,即把智能控制看作为人工智能、自动控制和运筹学的交接。萨里迪斯认为,构成二元交集结构的两元互相支配,无助于智能控制的有效和成功应用。必须把远筹学的概念引入智能控制,使它成为三元交集中的一个子集。这种三元结构后来成为IEEE第一次智能控制研讨会(1985年8月,纽约)的主题之一。在提出三元结构的同时,萨里迪斯还提出基于三个控制层次和精度随智能降低而提高(ＩＰＤＩ)原理的三级递阶智能控制系统,见图4,它主要由3个智能(感知)级组成:组织级、协调级和执行级。图4分级智能控制系统7、答:应用专家系统概念和技术,模拟人类专家的控制知识与经验而建造的控制系统,称为专家控制系统。图5给出了一种工业专家控制器(EC)的结构,其组成和各部分的作用如下:(1)知识库(KB):KB存放工业过程控制的领域知识,由经验数据库(DB)和学习与适应装置(LA)组成。经验数据库主要存储经验和事实。学习与适应装置的功能就是根据在线获取的信息,补充或修改知识库内容,改进系统性能,以便提高问题求解能力。(2)控制规则集(CRS):对受控过程的各种控制模式和经验的归纳和总结。(3)推理机构(IE):其复杂由于规则条数决定,如果搜索空间很小,推理机构(IE)就十分简单,采用向前推理方法逐次判别各种规则的条件,满足则执行,否则继续搜索。(4)特征识别与信息处理(FR＆IP):其作用是实现对信息的提取与加工,为控制决策和学习适应提供依据。它主要包括抽取动态过程的特征信息,识别系统的特征状态,并对这些特征信息进行必要的加工。