智能控制理论与智能控制系统

智能控制理论与智能控制系统班级：自动化0904姓名：孙慧学号：2009001182摘要：本文介绍了“智能控制概念、理论及智能控制系统”，以便读者快速理解智能控制的中心内容并了解更多的相关信息。文中还有几个与该技术相关的例子，方便读者知道该技术的应用领域。关键字：智能控制、应用领域、智能手机、交通控制系统、智能建筑、火炮发射。一．智能控制的概念及理论智能控制（intelligentcontrols）在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。对许多复杂的系统，难以建立有效的数学模型和用常规的控制理论去进行定量计算和分析，而必须采用定量方法与定性方法相结合的控制方式。定量方法与定性方法相结合的目的是，要由机器用类似于人的智慧和经验来引导求解过程。因此，在研究和设计智能系统时，主要注意力不放在数学公式的表达、计算和处理方面，而是放在对任务和现实模型的描述、符号和环境的识别以及知识库和推理机的开发上，即智能控制的关键问题不是设计常规控制器，而是研制智能机器的模型。此外，智能控制的核心在高层控制，即组织控制。高层控制是对实际环境或过程进行组织、决策和规划，以实现问题求解。为了完成这些任务，需要采用符号信息处理、启发式程序设计、知识表示、自动推理和决策等有关技术。这些问题求解过程与人脑的思维过程有一定的相似性，即具有一定程度的“智能”。二.智能控制系统的概括及应用随着人工智能和计算机技术的发展，已经有可能把自动控制和人工智能以及系统科学中一些有关学科分支（如系统工程、系统学、运筹学、信息论）结合起来，建立一种适用于复杂系统的控制理论和技术。智能控制正是在这种条件下产生的。它是自动控制技术的最新发展阶段，也是用计算机模拟人类智能进行控制的研究领域。1965年，傅京孙首先提出把人工智能的启发式推理规则用于学习控制系统。1985年，在美国首次召开了智能控制学术讨论会。1987年又在美国召开了智能控制的首届国际学术会议，标志着智能控制作为一个新的学科分支得到承认。智能控制具有交叉学科和定量与定性相结合的分析方法和特点。一个系统如果具有感知环境、不断获得信息以减小不确定性和计划、产生以及执行控制行为的能力,即称为智能控制系统.智能控制技术是在向人脑学习的过程中不断发展起来的,人脑是一个超级智能控制系统,具有实时推理、决策、学习和记忆等功能,能适应各种复杂的控制环境.智能控制与传统的或常规的控制有密切的关系,不是相互排斥的.常规控制往往包含在智能控制之中,智能控制也利用常规控制的方法来解决“低级”的控制问题,力图扩充常规控制方法并建立一系列新的理论与方法来解决更具有挑战性的复杂控制问题.1.传统的自动控制是建立在确定的模型基础上的,而智能控制的研究对象则存在模型严重的不确定性,即模型未知或知之甚少者模型的结构和参数在很大的范围内变动,比如工业过程的病态结构问题、某些干扰无法预测,致使无法建立其模型,这些问题对基于模型的传统自动控制来说很难解决2.传统的自动控制系统的输入或输出设备与人及外界环境的信息交换很不方便,希望制造出能接受印刷体、图形甚至手写体和口头命令等形式的信息输入装置,能够更加深入而灵活地和系统进行信息交流,同时还要扩大输出装置的能力,能够用文字、图纸、立体形象、语言等形式输出信息.另外,通常的自动装置不能接受、分析和感知各种看得见、听得着的形象、声音的组合以及外界其它的情况.为扩大信息通道,就必须给自动装置安上能够以机械方式模拟各种感觉的精确的送音器,即文字、声音、物体识别装置.可喜的是,近几年计算机及多媒体技术的迅速发展,为智能控制在这一方面的发展提供了物质上的准备,使智能控制变成了多方位“立体”的控制系统。例如：键盘显示智能控制芯片HD7279及应用——袁静萍厉荣卫（引用：《常州技术师范学院学报》1999年04期）介绍一种新型串行接口的8位LED数码管及64键键盘智能控制芯片，论述了该芯片的特点和使用方法，并给出其在医院门诊呼号系统中的具体应用。使用该芯片，占用的I／O口线少，较常规的动态扫描电路具有硬件电路简单、软件工作量少、使产品的性价比高等优点。3.传统的自动控制系统对控制任务的要求要么使输出量为定值(调节系统),要么使输出量跟随期望的运动轨迹(跟随系统),因此具有控制任务单一性的特点,而智能控制系统的控制任务可比较复杂,例如在智能机器人系统中,它要求系统对一个复杂的任务具有自动规划和决策的能力,有自动躲避障碍物运动到某一预期目标位置的能力等.对于这些具有复杂的任务要求的系统,采用智能控制的方式便可以满足.4.传统的控制理论对线性问题有较成熟的理论,而对高度非线性的控制对象虽然有一些非线性方法可以利用,但不尽人意.而智能控制为解决这类复杂的非线性问题找到了一个出路,成为解决这类问题行之有效的途径.工业过程智能控制系统除具有上述几个特点外,又有另外一些特点,如被控对象往往是动态的,而且控制系统在线运动,一般要求有较高的实时响应速度等,恰恰是这些特点又决定了它与其它智能控制系统如智能机器人系统、航空航天控制系统、交通运输控制系统等的区别,决定了它的控制方法以及形式的独特之处..例如：智能控制理论在交通控制系统中的应用(引用：山东大学-技术论坛)目前，建立完善的智能交通系统是解决交通基础设施建设增长缓慢与机动车数目逐年迅速增长之间矛盾的最为有效的途径。智能交通控制系统作为智能交通系统的重要组成部分，受到国内外的广泛关注，取得了很多成果。部分基于数学模型和传统控制方法的智能交通控制机理已相对成熟，并在非拥挤交通路况条件下取得了令人满足的控制效果。然而伴随社会与交通的飞速发展，主要是城市交通路网规模及交通流量的急剧增长，传统交通控制系统的性能极限受到了极大的挑战，新的技术和方法的引进显得十分必要和非常迫切。智能控制理论是自动控制论与人工智能理论交叉的产物。对于具有不确定性，难以建立精确的数学模型的复杂控制对象，智能控制是行之有效的，因此决定了智能交通控制系统与智能控制理论相结合的必然性。模糊控制是一种重要的智能控制方法。模糊控制器的控制策略是通过学习、试验以及长期经验积累形成的，它可以用自然语言加以描述，而不依靠于精确的数学模型，特别适用于复杂系统和不确定对象，且具有较强的鲁棒性。因此，基于模糊逻辑的智能交通控制系统发展迅速。为改善传统主干线协调控制算法中车辆到达的不均匀性、路段速度变化、交通流离散、支线车辆排队数目等不确定因素的影响，使主干线上的车队尽量不停车地通过主干线，对传统主干线协调控制算法进行了深进的研究和改进，提出了一种新的主干线协调控制算法。该算法首先对单路口模糊控制器进行了改进，进步了绿时的利用率，减小了车辆排队延误和停车延误；然后根据跟驰理论提出一种全新的车流检测方法，结合中断请求思想，终极实现对主干线的实时协调控制。经仿真研究，此算法比传统算法的控制效果更优越。以上例子将每个路口定义为一个具有自主控制权的智能体，并采用基于强化学习的交通流实时自适应控制算法，然后基于多智能体技术构建“自下而上”的分布式智能交通控制系统。用VisualC6.O对路口智能体的强化学习控制算法在城市交通仿真系统中进行仿真，得到了强化学习控制算法与模糊控制算法直观的动态仿真曲线比较图，并显示在各性能指标上强化学习算法都更优越。5.与传统自动控制系统相比,智能控制系统具有足够的关于人的控制策略、被控对象及环境的有关知识以及运用这些知识的能力例如：灵活手机的问世（引用：《智能手机应用及技术报告》——CNKI期刊）智能手机作为嵌入设备的控制器可以有多种应用，如工业控制器、门禁控制产品、医疗仪器、安保系统、环境控制，甚至家居自动化设备。例如，MP4Solutions提供AirstripOB智能手机应用，产科医生可以远程访问到胎儿的实时心跳曲线，以及从GeneralElectric的CentricityPerinatal信息系统获得宫缩图。智能手机的实时显示可以消除护士转述时的可能错误，医生也可以更频繁地查看病人情况。AirstripOB支持多个医生访问多个病人，并能保证医疗保险信息交流与责任法案所要求的隐私保护。智能手机或聚合型移动设备技术能在一个口袋大小的外形尺寸中，组合有PDA功能、多媒体记录机和播放机、数字通信以及互联网接入等功能。同时，这些设备也能完成电话呼叫功能。智能手机实际上已消灭了便携PDA市场，因为它们有更大的处理功能，能完成很多以前笔记本电脑才能做的任务。IDC报告说，2006年第二季度，全球聚合移动设备的出货量达到创纪录的1930万台，连续增长1.9%，年增长42.1%。IDC将聚合移动设备定义为一种拥有如BlackBerry、Linux、Palm、Symbian或WindowsMobile高级操作系统的移动电话。6.与传统自动控制系统相比,智能控制系统能以知识表示的非数学广义模型和以数学表示的混合控制过程,采用开闭环控制和定性及定量控制结合的多模态控制方式。7.与传统自动控制系统相比,智能控制系统具有变结构特点,能总体自寻优,具有自适应、自组织、自学习和自协调能力.例如：华夏银行总行办公楼C-BUS智能照明控制系统应用实例(引用：2007年第6期—龙源期刊网)智能建筑的最大特点便是节能，而照明系统在整个大厦用电量占有很大的比例。作为一个大型高级建筑，它的灯光系统的控制水平的高低直接反映了大楼的水平。随着现代科技的飞速发展，人们对照明需求已不仅仅停留在传统的开关控制上。现代照明设计不但要满足建筑物里的照度标准，而且还应考虑到在建筑物里生活和工作的人们在生理上，心理上和精神上的需要。因此，照明光源的亮度大小和可调性以及色的柔和性在现代环境中是至关重要的。Ｃ－ＢＵＳ智能化照明管理系统正是这样一个满足各方需求的，完整的能源管理系统方案。C-Bus系统在澳大利亚、新西兰、香港、台湾、澳门以及马来西亚等东南亚地区有广泛的应用。悉尼2000年奥运会主会场，奥运村、澳门立法会、香港沙田赛马场，马来西亚电信大楼，华夏银行总行办公楼（南京目前最高的整幢采用智能照明系控制系统的大厦）统等大型场所均采用C-Bus智能化照明管理系统，深受用户好评。自1998年起，C-Bus系统开始在中国大陆市场推广，得到了广泛的关注并取得初步成果，相继在北京、上海、广州、深圳、南京、桂林等大中城市拥有了一批工程实例。C-Bus系统可对白炽灯、日光灯、节能灯、石英灯等多种光源调光，对各种场合的灯光进行控制，满足各种环境对照明的要求。而应用到C-Bus系统的地方有剧院、夜总会、医院、体育馆等建筑内。8.与传统自动控制系统相比,智能控制系统有补偿及自修复能力和判断决策能力.例如：舰炮综合智能控制方法探讨（引用：《火炮发射与控制学报》——CNKI期刊）为使舰炮向智能化和信息化方向发展,有必要开展智能控制理论在舰炮控制系统中的应用研究。舰炮控制系统不仅要完成随动系统控制、弹药输送过程中的机构动作控制及数据通信等基本功能,而且还要在此基础上完成人-机交互和故障分析定位等附加功能。目前舰炮控制系统常用的主要有集中控制和分散控制两种结构形式。分层递阶结构体现了分层信息处理与决策的方法,综合了集中控制和分散控制的优点,能兼顾系统的控制管理和单机运行控制。分析表明:舰炮综合智能控制系统应选择分级递阶控制结构。总之智能控制是以控制理论、计算机科学、人工智能、运筹学等学科为基础,扩展了相关的理论和技术,其中应用较多的有模糊逻辑、神经网络、专家系统、遗传算法等理论和自适应控制、自组织控制、自学习控制等技术。展望：我们都是步入大学校门的莘莘学子了，对未来充满憧憬，都有一颗成为国家栋梁的炽热之心，但是那需要有强硬的知识基础作后盾，熟练的实践技术作招数。我们展望世界经济、航天飞速发展，无疑与先进的技术关系密切。从原先的徒手到使用工具再到机械为辅最后到现在的无人控制下自动设备，这是技术上的进步，同时也带动了经济、航天及军事等领域的飞速发展，技术上的先进与否直接关系到一个国家的命运，若想发展，就要拥有先进的技术。总之技术决定一切。同学们，行动起来吧，用熟练而又先进的