智能控制及其應用

《智能控制及其應用》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《智能控制及其應用（4頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、智能控制及其應用摘要智能控制是自動控制發展的高級階段，是人工智能、控制論、信息論、系統 論、仿生 學、 進化計算和計算機等多種學科的高度綜合與集成， 是一門新興的邊 緣交叉學科。 智 能控制的主要方法有人工神經網絡、 模糊控制與專家系統， 為解 決那些用傳統方法難以 解決的復雜系統的控制問題提供了有效的理論和方法。 目 前，智能控制已經被廣泛應用于 工業、農業、服務業、軍事航空等眾多領域，具 有廣闊的發展前景。關鍵詞 ： 智能控制 人工神經網絡 模糊控制 專家系統ABSTRACTIntelligent automatic control is the advanced stage of dev

2、elopment of automatic control It is comprehensive and integrated subject of artificial intelligence, cybernetics, information theory, system theory, bionics, evolutionary computation, computer and so on . It is a new edge of the overlapping subject. The main method of intelligent control are followi

3、ng ：artificial neural network , fuzzy control and expert system. In order to solve the complex control problem which is difficult to solve by the traditional methods. It provides effective theory and method. At present, the intelligent control has been widely used in industry, agriculture, services,

4、 military aviation, etc, and has a broad development prospects.Keywords: intelligent automatic control artificial neural network fuzzy control expert system引言隨著信息技術的發展， 許多新方法和技術進入工程化、 產品化階段， 這對自 動控 制技術提出了新的挑戰， 促進了智能控制理論在控制技術中的應用， 以解決 用傳統的方 法難以解決的復雜系統的控制問題。智能控制不僅包含了自動控制、 人工智能、 系統理 論和計算機科學的內容， 而且還從生物學

5、等學科汲取豐富的營 養，正在成為自動化領域 中最興旺和發展最迅速的一個分支學科。一、 智能控制的基本概念和特點 傳統的控制方法是建立在被控對象的精 確數學模型之上的， 而智能控制是針 對系統的復雜性、非線性、不確定性等提出來的。 IEEES 制系統協會把智能控制 歸納為：智能控制系統必須具有模擬人類學習和自適應的 能力。 一個智能控制系 統一般應具有以下一些特點：1. 智能控制具有混合控制特點，系統能以知識表示非數學廣義模型和以數 學表示的 混合控制過程， 采用開閉環控制和定性決策及定量控制相結合的多模 態控制方式；2. 智能控制系統具有足夠的關于人的控制策略、 被控對象及環境的有關知識 以及

6、 運用這些知識的能力；3. 智能控制系統具有自學習、 自適應、 自組織能力， 能從系統的功能和整體 優 化的角度來分析和綜合系統，以實現預期的控制目標；4. 智能控制系統有補償及自修復能力；5. 智能控制系統能對復雜系統 （ 如非線性、多變量、時變、環境擾動等 ） 進 行 有效的全局控制，并具有較強的容錯能力。二、智能控制的主要方法2.1 模糊控制模糊控制是基于模糊推理和模仿人的思維方法， 對難以建立精確數學模型的 對象實 施的一種控制， 其成功應用的根源在于模糊邏輯本身提供了由專家構造語 言信息并將其 轉化為控制策略的一種系統的推理方法， 以模糊集合、 模糊語言變 量與模糊邏輯推理為 基礎，

7、 以先驗知識和專家經驗為控制規則。 其基本思想是用 機器模擬人對系統的控制 , 就是在被控對象的模糊模型的基礎上運用模糊控制器 近似推理等手段 ,實現系統控制。在 實現模糊控制時主要考慮模糊變量的隸屬度 函數的確定 ,以及控制規則的制定二者缺一不 可。2.2 專家控制專家控制是智能控制的一個重要部分， 它在將人工智能中專家系統的理論和 技術同 自動控制的理論和方法有機結合的基礎上，在未知環境下模仿專家的智 能，實現對系統的 有效控制。專家系統一般由知識庫、推理機、解釋機制和知識 獲取系統等組成。 知識庫 用于存儲某一領域專家的經驗性知識、 原理性知識、 可 行操作與規則等， 可通過知識 獲取系

8、統對原有知識進行修改和擴充。 推理機根據 系統信息并利用知識庫中知識按一定 的推理策略來解決當前的問題。 解釋機制對 找到的知識進行解釋，為用戶提供了一個人 機界面。通過對知識的獲取與組織 , 按某種策略適時選用恰當的規則進行推理 ,以實現對 控制對象的控制。專家控制 可以靈活地選取控制率 ,靈活性高 ;可通過調整控制器的參 數 , 適應對象特性及環 境的變化, 適應性好;通過專家規則 ,系統可以在非線性、 大偏差的情況下可靠地工 作,魯棒性強2.3 神經網絡控制神經網絡是模擬人腦神經元的活動 ,利用神經元之間的聯結與權值的分布來 表示特 定的信息 ,通過不斷修正連接的權值進行自我學習 ,以逼

9、近理論為依據進行 神經網絡建 模 , 并以直接自校正控制、間接自校正控制、神經網絡預測控制等方 式實現智能控制。隨 著人工神經網絡應用研究的不斷深入，新的模型不斷推出， 在智能控制領域中，應用最多 的是BP網絡Hopfield網絡等。與傳統控制相比，它具有以下重要特性：非線性神經 元網絡在理論上可以充分逼近任意非線性函數；自學習和自適應能力；3并行式分布 處理機制； 04 數據融合能力。目前神 經網絡在信號處理、系統辨識和優化、模式識別、 故障診斷、機器人等多個領域 取得成功應用，它對智能控制的發展應用將具有重大而深遠 的意義。三、智能控制的應用目前，智能控制已經被廣泛應用于工業、農業、服務業

10、、軍事航空等眾多領 域，具 有廣闊的發展前景。主要表現在以下幾個方面：3.1 機械制造在現代先進制造系統中 ,需要依賴那些不夠完備和不夠精確的數據來解決難 以或無 法預測的情況 ,人工智能技術為解決這一難題提供了有效的解決方案。智 能控制隨之也被 廣泛地應用于機械制造行業 ,它利用模糊數學、神經網絡的方法 對制造過程進行動態環境 建模 ,利用傳感器融合技術來進行信息的預處理和綜 合。利用模糊集合和模糊關系的魯棒 性 ,將模糊信息集成到閉環控制的外環決策 選取機構來選擇控制動作。利用神經網絡的學 習功能和并行處理信息的能力,進行在線的模式識別 ,處理那些可能是殘缺不全的信息。3.2 智能儀器隨著

11、微電子技術、微機技術、人工智能技術和計算機通訊技術的迅速發展， 自動化儀器正朝著智能化、 系統化、 模塊化和機電一體的方向發展， 微型計算機 或微 處理機在儀器中得到廣泛應用， 已成為儀器的核心組成部件之一。 它能夠實 現信息的記 憶、判斷、處理、執行以及測控過程的操作、監視和診斷，因而這類 儀器被稱為”智能儀 器”。3.3 智能機器人智能機器人是一種能夠代替人類在非結構化環境下從事危險、 復雜勞動的自 動化機 器，是集機械學、力學、電子學、生物學、控制論、計算機、人工智能和 系統工程等多學 科知識于一身的高新技術綜合體。 機器人研究者們所關心的主要 研究方向之一是機器人 運動的規劃與控制。

12、一個規定的任務出臺之后， 設計人員 首先必須作出滿足該任務要求 的運動規劃； 然后，規劃再由控制來執行， 該控制 足以使機器人適當地產生所期望的運 動。3.4 智能監控在許多的工業連續生產線， 其生產過程需要監視和控制， 以保證高性能和高 可靠 性。為保持物理參數具有一定的精度確保產品的優質高產， 我們已在一些連 續生產線或 工業裝置上采用了有效的智能控制模式。 例如，旋轉水泥窯的模糊控 制、汽車工業的高 級模糊邏輯控制、 軋鋼機的神經控制、 工業鍋爐的遞階智能控 制以及核反器的知識基控 制等。3.5 醫療過程智能控制從 70 年代中葉起， 專家系統技術就被成功的應用于各種醫療領域。 醫用智能

13、 過程 控制的新例子之一就是一個用于控制手術過程中麻醉深度的病人平均動脈血壓(MAP)的模 糊邏輯控制系統。MA是衡量麻醉深度的重要參數。在該控制系統的設計和實現時，我 們采用模糊關系函數和語言規則。 本系統已在許多不同的外 科手術中得到成功應用。四、智能控制的發展前景智能控制廣泛應用于工業、農業、服務業、軍事航空等多個領域，解決了傳 統控制 無法解決的實際控制問題。 但是智能控制仍然只處于開創性階段。 就目前 智能控制系統 的研究和發展來看， 智能控制還有許多問題有待解決， 主要有以下 幾點： 加強理論研究，給出智能控制的穩定性、可測性、可控性、魯棒性定義及準則； 解決知識獲取和優化的瓶頸問

14、題，特別是動態系統的知識獲取和分類； 加強各種智能控制方法結合的耦合度；加強學習問題的研究，進而加快收斂速度，提高實時控制能力；融入更多領域知識，拓寬智能控制的范圍。智能控制是一門跨學科、 需要多學科提供基礎支持的科學， 智能控制很難存 在普 遍、統一的理論體系，因此，建立具有開放性、形式非唯一的集成化智能控 制框架是現實 的，也是必要的。參考文獻1 安寧，邱瑋煒，戚焐 . 智能控制綜述 J. 技術與市場 ,2010,5(17):10-11.2 胡博. 智能控制及其應用 J. 蕪湖職業技術學院， 2010，1(12).3 宋勝利. 智能控制技術概論 M 北京：國防工業出版社， 2008.4 習玲麗，王永初 . 智能控制的發展前景 J. 國立華僑大學機電及自動化學 院，2006.5 魏峰，胡騰，王曉明 . 智能控制研究的發展及應用 J. 工業控制計算機 2007(8).