智能控制技术及其应用绪论.ppt

,邱建琪,智能控制技术及其应用,一、控制理论的发展过程,二、智能控制的主要分支,四、本课程的主要内容,三、智能控制系统的特点,一、控制理论发展的三个阶段：,1、经典控制理论：主要研究线性定常系统，SISO，分析方法为频率响应法和根轨迹法。,2、现代控制理论：研究非线性时变系统，MIMO，分析方法采用状态空间分析法。,3、智能控制理论：研究对象的模型具有不确定性、高度非线性、复杂多任务要求等特点。,二、智能控制的主要分支：,1、学习控制:学习控制采用模式识别技术获得控制回路当前的状态，然后根据回路状态、储存的历史信息和经验知识做出控制决定。由于学习控制受储存的知识的限制，因而它至今还没有得到广泛的应用。,2、专家系统:专家系统将专家系统的理论与技术同控制理论方法与技术相结合，在未知环境下，仿效专家的智能，实现对系统的控制。专家控制系统使用一个知识库来做出控制决定，知识库由专家的经验知识、在线获得的系统信息和推理机组成。专家系统适用于生产计划、调度和故障诊断等决策问题，但不适用于解决连续控制问题。,关于智能控制有多种不同的定义。智能控制可以包括如下几种方法：学习控制、专家系统、模糊控制、神经网络控制、混合控制方法。,二、智能控制的主要分支：,3、模糊控制:与学习控制和专家系统不同，模糊控制以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础，模拟人的近似推理和决策过程。目前，在工业上投入运行的模糊控制器大都由一组模糊规则组成，通过一定的模糊推理机制确定控制作用。,4、神经网络控制:神经网络控制是一种使用人工神经网络的控制方法。以非线性、大规模并行处理为主要特征的神经网络以生物神经网络为模拟基础，试图模拟人的形象思维以及学习和获取知识的能力。它具有学习、记忆、联想、容错、并行处理等多种能力，已在控制领域得到广泛的应用。,5、混合控制:专家系统、模糊逻辑、神经网络、遗传算法及其他技术的交叉结合。,三、智能控制系统的特点,智能控制系统具备以下特点：,1、智能控制系统一般具有以知识表示的非数学广义模型和以数学模型表示的混合控制过程。适用于含有复杂性、不完全性、模糊性和不存在已知算法的生产过程。,2、智能控制器具有分层信息处理和决策机构。,3、智能控制器具有非线性和变结构特点。,4、智能控制器具有多目标优化能力。,5、智能控制能够在复杂环境下学习。,四、本课程的主要学习内容,作为智能控制的入门课程，本课程仅对简单的智能控制内容进行介绍和分析，主要介绍两种常用的智能控制理论：,（1）模糊控制,（2）神经网络控制,其中模糊控制在电气工程领域最具实际应用价值，已经在实际控制系统中取得巨大成功。,本课程对智能控制所涉及的复杂的数学理论不作深入介绍，侧重于智能控制的实际工程应用。,第一部分：模糊控制,一、为什么研究模糊系统,二、什么是模糊系统,四、模糊控制系统概述,三、模糊理论的主要研究领域,六、模糊理论及其应用的简史,五、模糊控制系统的应用领域,模 糊 控 制 概 述,一、为什么研究模糊系统,在文献中，认为研究模糊系统理论的原因主要有：,1、现实世界太复杂以至于无法做到精确描述，所以为了得到一个合理的且可跟踪的模型必须引入近似性（即模糊性）概念。,2、随着向信息时代的迈进，人类知识变得日益重要。我们需要一种理论，能系统地描述人类知识并将其同其它信息（如数学模型和感官测量）一起嵌入到工程系统中。,从本质上看，我们想要强调的是：尽管模糊系统理论描述的现象可能是模糊的，但理论本身确是精确的。,现实世界中的模糊概念,二、什么是模糊系统,1、模糊系统是一种基于知识或规则的系统。其核心就是所谓的IF-THEN规则所组成的知识库。,二、什么是模糊系统,Ex2:喝水时，如果觉得水太热，我们会适当加一些凉水，相反如果水太冷，就要加一些热水。这里“冷”、“热”以及“适当”都是一些模糊概念。,三、模糊理论的主要研究领域,模糊理论,模糊集合、模糊测度、模糊分析、模糊关系、模糊拓扑,模糊控制,多目标优化，模糊数学规划,模糊数学,通讯,模糊信号处理,可能性理论，不确定性的度量,模糊逻辑原理，近似推理，模糊专家系统,模糊系统,模糊决策,不确定性与信息,模糊逻辑与人工智能,四、模糊控制系统的概述,1、模糊控制系统的非线性逼近能力：任意精度逼近任一非线性控制曲线。,2、模糊控制系统的数学本质：模糊控制器本质上是非线性PI、PD或PID控制器。例如当模糊控制器采用偏差和偏差变化输入，增量式输出时，为非线性PI控制器；当模糊控制器采用偏差和偏差积分输入，位置式输出时，为非线性PD控制器；当模糊控制器采用偏差、偏差变化和偏差积分输入，位置式输出时，为非线性PID控制器。,怎么理解模糊控制系统的非线性逼近能力,小费（TIP）问题,四、模糊控制系统的概述,3、模糊控制系统的特点：,（a）模糊控制是柔性的。对于给定的系统，很容易处理以及增加新的功能，而不需要从头做起。,（b）模糊控制是建立在自然语言基础上的，对模型的精确性要求不高。,（c）模糊控制能充分利用专家经验知识。,（d）模糊控制易与传统的控制技术相结合。,四、模糊控制系统的概述,4、模糊控制系统的典型结构：,模糊化：把精确的数字量转换为模糊量；,模糊逻辑推理：基于知识库（数据库和规则库）进行模糊推理运算；,解模糊化：模糊量转换为精确的数字量。,一、小费问题：,1.非模糊的逻辑方法：,（1）最简单的情况顾客总是多给帐单的15%作为小费。,（1）,（2）,（3）,（2）考虑服务质量的好坏，所给小费从5%-25%变化。,（3）考虑服务质量和食物质量的好坏（两者加权因子相同），所给小费从5%-25%变化。,一、小费问题：,（4）,（5）,（5）通常都给15%小费，只有服务或者食物特别好或者特别不好时才有所改变，分段线性关系（图1.7），从5%-25%变化。,（4）考虑服务质量和食物质量的好坏,两者加权因子不同，服务质量占小费的80%，而食物占20%，所给小费从5%-25%变化。,一、小费问题：,（1）当服务很差时，小费比较少。,2.模糊逻辑方法：,（2）当服务比较好时，小费中等。,（3）当服务非常好时，小费比较高。,（4）当食物很差时，小费比较少。,（5）当食物很好时，小费比较高。,一、小费问题：,3.模糊推理系统框图：,一、小费问题：,（6）,4.模糊推理结果：,五、模糊控制系统的应用领域,1、家用电器领域,2、数字图象稳定器,3、汽车中的模糊系统,4、水泥窑的模糊控制,5、地铁的模糊控制,六、模糊理论及其应用简史,1、20世纪60年代（美国）：模糊理论的萌芽（Lotfi A.Zadeh）,2、20世纪70年代（欧洲）：模糊理论继续发展并出现了实际应用,3、20世纪80年代（日本）：模糊理论的大规模实际应用产生飞跃,4、20世纪90年代至今（全球）：模糊理论进一步发展的方向,5.自适应模糊控制技术；,内容安排,1.模糊控制的数学基础；,2.模糊控制系统的组成、分析与设计；,3.应用MATLAB软件设计模糊控制系统；,7.模糊控制技术在电气工程领域的应用；,4.模糊PID控制系统专题；,6.ANFIS原理与应用；,参考书目,天气冷热,雨的大小,风的强弱,人的胖瘦,年龄大小,个子高低,The End,