北京交通大学研究生课程(神经网络模糊控制及专家系统)第一章

神经网络、模糊控制及专家系统张严心2015年研究生课程主要教学参考书教材：王耀南，智能控制系统——模糊逻辑、专家系统、神经网络控制，湖南大学出版社，1996主要参考书:[1]王永骥，涂健，神经元网络控制，机械工业出版社，1998[2]诸静，模糊控制原理与应用，机械工业出版社，1995[3]C.H.Chen,Fuzzylogicandneuralnetworkhandbook,NewYork:McGraw-Hill,c1996[4]SimonHaykin,Neuralnetworks:acomprehensivefoundation,Beijing:TsinghuaUniversityPress,2001[5]KevinM.Passino,StephenYurkovich,Fuzzycontrol,Beijing:TsinghuaUniversityPress,2001[6]SpyrosG.Tzafestas,Methodsandapplicationsofintelligentcontrol,Dordrecht:KluwerAcademicPub.,1997[7]Zi-XingCai,Intelligentcontrol:principles,techniquesandapplications,Singapore:WorldScientific,1997[8]王伟，人工神经网络原理——入门与应用，北京航空航天大学出版社，1995[9]阎平凡，张长水，人工神经网络与模拟进化计算，清华大学出版社，2000[10]杨辉，王金章，模糊控制技术及其应用，江西科学技术出版社，1997[11]刘增良，刘有才，模糊逻辑与神经网络——理论研究与探索，北京航空航天大学出版社，1996[12]张乃尧，阎平凡，神经网络与模糊控制，清华大学出版社，1996[13]史忠科，神经网络控制理论，西北工业大学出版社，1997主要教学参考书先修内容现代控制理论或线性系统线性代数或矩阵分析MATLAB语言第一部分概述（3）第二部分模糊控制（12）第三部分神经网络（10）第四部分集成智能控制系统（7）课程安排第一章绪论第二章模糊控制的数学基础第三章模糊控制的基础理论第四章模糊控制系统与模糊控制器第五章常用人工神经网络原理及学习算法第六章神经网络控制器设计第七章集成智能控制系统理论第八章其他智能控制总学时:32学时，1-8周，每周4学时智能家居开关图示世界上最小机器人身高只有16.5厘米、体重仅有350克，但能在90种不同背景音乐的伴奏下行走、跳舞，还能听懂10个语言命令、完成200多种动作、说出约180个短语！资料图片：一种能钻入血管的机器人想象图北京一家企业展出的机器人在演奏架子鼓懂得“甜言蜜语”的会话机器人逗得女客商笑逐颜开哈工大计算机学院展出的机器人随着音乐表演团体操一名客商在和汉服装扮的机器人交流高精度仿真机器人空中机器人比赛水中机器人比赛舞蹈机器人比赛中国载人航天工程是我国航天史上迄今为止规模最大、系统组成最复杂、技术难度和安全可靠性要求最高的跨世纪国家重点工程，包括：航天员、空间应用、载人飞船、运载火箭、发射场、测控通信、着陆场、空间实验室等八大系统组成。在工程实施方面主要又包括：卫星、神舟载人飞船和嫦娥探月三大系统。载人航天卫星测控地面测控站我国已建成了比较完整的陆海基测控网，能完成从近地轨道卫星到地球同步卫星的测控任务。我国的测控技术的某些方面己处于国际先进水平。测控是工程控制科学与通信技术结合的一体化工程，其特点有：1）多任务测控；2)深空跟踪；3）卫星测控设备；4）测控和通信。智能控制室解决方案包括：●基础环境建设：通过照明、温度、声学需要进行环境建设和综合布线，为控制室提供一个可靠、舒适、功能分区的环境。●显示系统解决方案：包括大屏幕拼接墙系统、辅助显示系统、桌面显示系统、信号接入系统等，用于支撑不同用途下操作员、领导、参观者等多种角色的需要。显示系统根据控制室空间环境，信号的种类和使用特点综合设计。●拾音扩音解决方案：包括拾音子系统、处理子系统、扩声子系统，用于支持在会议、报告、指挥等场景下声音传送的需要。●数字会议解决方案：由网络子系统、投影显示子系统、音响子系统、监控子系统、会议发言子系统、灯光效果子系统和中央控制子系统等组成，提供会议报到、发言、表决、翻译、摄像、音响、显示等功能。●集中控制解决方案：提供一体化的方式，对控制室内的设备设施如：灯光、窗帘、大屏、矩阵、信号源进行统一控制的功能，可以大大降低支持人员的工作强度。●视频会议解决方案：提供控制室与其他单位之间面对面的信息沟通的通道。●视频整合解决方案：通过视频整合可以将不同时期、采用不同技术分别建立的视频监控系统整合到一个平台上，统一的进行查看●网络通信解决方案：为控制室工作人员提供语音、数据、无线等多种渠道的通信方式，保障通信的质量。●卫星通信解决方案：应急状态下的备份通信方式，可在重大灾害发生时提供关键信息的通信，也可对不具备通信条件的地区进行通信覆盖。●控制台与人体工学解决方案：针对控制室工作岗位的要求，及工作者的工作范围和使用极限，设计专门的可调、耐用、舒适的控制台。山西电力调度中心北京电力应急指挥中心复杂系统智能控制研究开发平台宿舍安全用电智能控制器智能主要用于学校学生宿舍、厂矿企业、建筑工地的员工集体宿舍及医院病房等一切禁止使用“电炉、热得快、电饭锅、电水壶”等电器的场所。它不同于断电器等其它用电保护装置（断电器只能过载断电，相当于保险丝的作用，需人工操作才能恢复供电），它能在用电设备接入电路后1秒钟内自动识别出用电器是否属于厂规禁用的用电设备。如果接入的是禁用电器（如热得快、电炉、电饭锅、电取暖器等）它将自动停止供电，只有在撤除非法用电器以后才能自动恢复正常供电；如属于允许使用的用电器（如电脑、电视机、电风扇、照明灯、充电器等）则正常供电，可以说本产品是使用热得快等违规用电行为的“克星”。招商银行深圳蛇口支行会议室安装150寸4:31080P高清大屏幕实图集成智能控制、高清1080P多画面显示、一览无余笔特尔高清大屏幕智能控制系统沟槽式公厕电磁阀智能控制冲水器Linux家庭智能控制系统最近很多人看2012年的新片《亲家过年》其中文章的语音机器人MARY更是让很多网友羡慕不已，有人说这是文章理想中得机器人，其实不然，这是基于linux系统的家庭智能控制系统。智能系统属于linux家庭智能系统，其中这部电影里所展示的只是其中的一小部分，其中还包含电器智能控制，家庭灯光系统控制，安防智能防护和家庭电表水表自动抄表等功能，客户可以采用语音的方式、智能手机客户端、任何能上网电脑、控制家中所有的和电有关的设备，达到舒适的享受生活的乐趣。这种系统多应用于大型企业的管理中，如富士康总控制室门禁，安防，火警报警等很多系统都与这智能控制系统相连接！美国Infocomm：河东展智能控制系统方案城市照明智能控制系统电动轮椅车智能控制器安卓星汽车手机智能控制系统有的手机远程启动车辆、手机远程熄火车辆、手机远程监听、手机定位功能、各种报警提示等多项实用功能为众多车主带来方便同时，也为汽车智能化时代到来拉开帷幕。简易月卡型停车场智能控制系统指纹电梯门禁智能控制系统分体式太阳能热水器智能控制仪第一部分概论第一章绪论（3学时）§1.1控制理论发展的几个阶段§1.2智能控制的基本设计方法§1.1.1.古典控制论（经典控制论阶段）§1.1.2.现代控制理论（20世纪60年代）§1.1.3.智能控制理论（20世纪70年代）§1.2.1模糊控制（Fuzzycontrol)§1.2.2神经网络控制系统（Neuralnetworkcontrol)§1.2.3专家控制系统（湖南大学出版社）1.1控制理论发展的几个阶段被控对象输入控制器传感器输出inputcontrolobjectoutputsensor19世纪J.C.Maxwell对具有调速器的蒸汽发动机系统进行线性常微分方程的描述及稳定性分析19世纪劳斯判据（1872）胡尔维茨（1890）李亚谱诺夫（1892）20世纪乃式判据（1932）1.1.1古典控制论（经典控制论阶段）1.1.2现代控制理论（20世纪60年代）1.1.3智能控制理论（20世纪70年代）Fig.1-11.1.1.古典控制论（经典控制论阶段）50年代前后的控制理论被称为“自动调节原理”对象I：单入、单出（SISO）、线性定常系统频域理论：传递函数、频率特性、根轨迹分布波德伊凡思BootLotusBodeplot伊凡思的根轨迹法BodeEvans劳斯（E.J.Routh）—赫尔维茨（Hurwitz）代数判据奈奎斯特（H.Nyquist）稳定性判据对象II：非线性系统描述函数分析庞加莱（Poincare）的相平面分析法1.1控制理论发展的几个阶段1.1.2.现代控制理论（20世纪60年代）对象MIMO非线性——时变线性——定常时域理论状态方程（1）能控性能观测性（2）李亚谱诺夫的稳定性理论（直接法）和李亚谱诺夫函数（亦称V函数）（无须求解）（3）统计函数理论相关函数的系统动态特定测量方法（即系统识别）和卡尔漫滤波理论（4）系统最佳控制系统性能指标泛函最小模型精确对象参数发生变化数学模型不准确线性系统理论最优控制理论系统辨识随机控制理论缺陷设计方法越来越数学化依赖理解化的精确的对象数学模型实际生产过程中有许多需要靠操作人员的知识和逻辑思维来解决的问题，现代控制理论显得无能为力。控制算法较为理想化（高维、强耦合、时变、非线性及分布参数等系统、缺乏实用、简便及有效的分析和综合方法）1.1控制理论发展的几个阶段自适应控制鲁棒控制改变自动控制律的参数或结构考虑对象参数的变化（一定范围内）不改变控制器的参数或结构极大值原理（苏联学者庞特里亚金）哈密尔顿—雅可比（Hamilton-Jacobi）贝尔曼（Bellman）1.1.3.智能控制理论（20世纪70年代）随着计算机技术得飞速进展系统信息的模糊性、不确定性、偶然性和不完全性采用人工智能的逻辑推理启发式知识，专家系统等模型可以不知道或不确知原因导致（1）傅京孙教授人—机控制器、机器人（2）J.M.Mendel教授空间飞行器1967,Leondes和Mendel（3）70年代，傅京孙，Glorioso和Saridi等人或提出建立智能控制理论的构思（4）1985年8月，美国纽约PRI。IEEE召开的智能控制专题讨论会，标志着智能控制作为一个新的学科分支被控制界公认。（5）1987年开始，每年一次智能控制国际研讨会首次提出“人工智能控制”得概念低层次控制中——常规控制器高层次智能决策——拟人化功能与经典控制论和现代控制论不同：研究的主要目标不在于被控对象，而是控制器本身，控制器不再是单一的数学解析型，而是数学解析和知识系统相结合的广义模型，是多种学科知识控制的系统。1.1控制理论发展的几个阶段被控对象输入智能控制器传感器输出黑匣子-先验智能——有关控制对象及干扰的先验知识，可以从一开始就考虑在控制系统的设计中反应性智能——在实时监控、辨识及诊断基础上对系统及环境变化的正确反应能力优化智能——包括对系统性能的先验性优化及反应性优化组织与协调智能——表现为对并行耦合任务或子系统之间的有效管理与协调智能控制系统的特点（1）“智能递增，精度递降”的一般组织结构的基本原理（2）开、闭环控制结合，定性与定量控制结合的多模态控制（3）具备学习功能、适应功能和组织功能（4）以知识表示的非数学广义模型和数学模型表示的混合控制过程。数学运算，符号运算的逻辑推理相结合（5）边缘交叉学科“智能”的分类1.1控制理论发展的几个阶段Fig.1-21.1.3.智能控制理论（20世纪70年代）1.2智能控制的基本设计方法基于模糊推理和计算的模糊控制器If—then—,Rule—basedControl基于人工神经网络的神经网络控制器NeuralNetwork基于专家系统的专家智能控制ExpertSystem基于信息论、遗传算法和以上3种方法的集成型智能