智能控制Ch10-展望

CentralSouthUniversity智能控制Ch.10NetworkedControl第十章智能控制展望CentralSouthUniversity回顾智能控制发展历程自动控制在发展中面临机遇与挑战人工智能的发展为自动控制的智能化创造条件各种新思想的出现为智能控制提供发展新空间,形成新的智能控制研究方向和领域应用需求促进智能控制的进一步发展CentralSouthUniversity第10章智能控制展望10.1人工智能争论及其对智能控制的影响AIArgumentandItsInfluencestoIC10.2智能控制的应用研究问题IssuesforApplicationResearchofIC10.3智能控制进一步研究的问题IssuesforfurtherStudyofIC10.4展望智能控制的发展ProspecttoDevelopmentofIC10.5结束语ConcludingRemarks智能系统与智能软件研究所CentralSouthUniversity10.1AIArgumentandItsInfluencestoIC人工智能争论及其对智能控制的影响10.1.1MailAcademicCirclesofAI人工智能的主要学派Symbolism（符号主义）Connectionism（连接主义）Actionism（行为主义）CentralSouthUniversity10.1人工智能争论及其对智能控制的影响10.1.1人工智能的主要学派目前人工智能的主要学派有下列3家：符号主义，又称为逻辑主义、心理学派或计算机学派，其原理主要为物理符号系统（即符号操作系统）假设和有限合理性原理连接主义，又称为仿生学派或生理学派，其原理主要为神经网络及神经网络间的连接机制与学习算法行为主义，又称进化主义或控制论学派，其原理为控制论及感知—动作型控制系统CentralSouthUniversity1.符号主义Symbolicism—Logicism,Psychlogism,ComputerismAIOriginsfrommathematiclogic.Cognitiveelement—symbol.CoreofAI—KnowledgeandKnowledge-basedtheoreticalsystem.Itisbasedonhypothesisofsymboloperationsystemandprincipleoflimitreasonability.Representatives:Newell,Shaw,SimonandNilssonCentralSouthUniversity2.连接主义Connectionism—Bionicsism,PhysiologismAIOriginsfromBionics.Thinkingelement-neuronBrainworkingmodeItbasedonNNandconnectionismandlearningalgorithmbetweenNN.Representatives:Meculloch-Pitts,HopfieldandRumelhartCentralSouthUniversity3.行为主义Actionism—Evolutionism,CyberneticsismAIOriginsfromCybernetics.Intelligencedependsonperceptionandactions.Perception-actionworkingmodeEvolutionandinteractionItbasedonCyberneticsandcontrolprincipleofperception-action.Representatives:Winner,BrooksCentralSouthUniversity10.1.2ArgumentonAITheory对人工智能理论的争论人工智能尚未形成一个统一的理论体系。各个人工智能学派对于AI的基本理论问题均有不同的观点符号主义认为人的认知基元是符号，而且认知过程即符号操作过程连接主义认为人的思维基元是神经元，而不是符号处理过程行为主义认为智能取决于感知和行为（所以被称为行为主义），提出智能行为的感知——动作模式10.1人工智能争论及其对智能控制的影响CentralSouthUniversity10.1.3InfluencesofAItoIC人工智能争论对智能控制的影响20世纪60～80年代，智能控制受符号主义影响，以基于知识的控制为主要研究方向。如：专家控制、学习控制以及模糊控制，并与递阶控制相结合。80年代末～90年代，连接主义迅速崛起，促进了智能控制的发展。如：神经控制和复合神经控制。基于感知－动作机制的行为主义之所以称为控制论学派，就是因为它的作用原理与反馈控制一致。这里，自动控制影响了人工智能。10.1人工智能争论及其对智能控制的影响CentralSouthUniversity10.2IssuesforApplicationResearchofIC智能控制应用研究领域10.2.1Planning&ControlofIntelligentRobots智能机器人规划与控制MultipleAutonomousUnderseaVehicle,MAUV，其结构图采用分段分层框架。任务优先权数值世界模型数据库传感信息处理传感器环境驱动器任务分解目标选择评价感知状况内部外部动作预测状况规划CentralSouthUniversity10.2.2IntelligentMonitoringofProductionProcess生产过程智能监控许多工业连续生产过程需要监控，以保证高性能和高可靠性工业锅炉智能控制的混合控制框图10.2智能控制的应用研究问题专家控制器多模型控制器自校正PID控制器专家系统过程KUReY-+控制器开关123.…CentralSouthUniversity工程机械智能化在工程机械中使用智能技术，使得工程机械能够通过各种传感器获取工作过程和环境信息，并借助智能技术自主或交互地做出决策与控制。智能化工程机械具有自我感知、自主决策、自动控制等功能，是一类智能机器人。CentralSouthUniversity10.2.3ICinFMS自动加工系统的控制智能基于Petri网的自动加工智能控制系统的结构图10.2智能控制的应用研究问题决策器…第一级传感器1传感器m加工过程、运输和检验驱动器1驱动器n区域控制器监控器数据库知识库…控制器第二级第三级驱动加工过程传感CentralSouthUniversity10.2.4IntelligentFDD智能故障检测和诊断故障检测和诊断与过程监控密切相关。一个高级的过程控制系统应当具有故障自动检测和自诊断能力，以保证系统工作的高度可靠性人们已对特别重要和复杂系统的故障诊断的重要性引起前所未有的重视（如核电站，大型水库，空间站等）智能故障检测与诊断系统是一个问题求解的计算机系统，也是一种智能控制系统。它一般由知识库（故障信息库）、诊断推理机构、接口和数据库等组成。典型的IFDD系统有太空站热过程控制系统的故障诊断、火电站锅炉给水过程控制系统的故障检测与诊断和雷达故障诊断专家系统等10.2智能控制的应用研究问题CentralSouthUniversity10.2.5ICinAerospaceVehicle飞行器的智能控制智能控制已被应用于飞行过程控制，整个飞行控制过程由飞机数学模型来表示。下图所示为一飞行器的飞行智能控制系统的制导、领航和控制结构，其中用虚线表示领航员的作用，以期与计算机的作用进行比较。10.2智能控制的应用研究问题决策调节控制制导飞行目标领航估计飞行器传感输入CentralSouthUniversity10.2.6ICinMedicalProcess医疗过程智能控制一个用于控制手术过程中麻醉深度的病人平均动脉血压(MAP)的模糊逻辑控制系统有两类扰动因手术、心血管病和用药引起病人痛苦而出现的噪声因仪器校准和电灼等引起的血压和人工制品的测量噪声10.2智能控制的应用研究问题模糊逻辑控制器手术扰动汽化器病人半封闭回路-期望血压人工制品测量血压uey+CentralSouthUniversity10.2.7IntellectualizedInstruments智能仪器微型计算机或微处理机在仪器中的广泛应用，已成为仪器的核心组成部件之一，它能够实现信息的记忆、判断、处理、执行以及测控过程的操作、监视和诊断，并使这类仪器被称为“智能仪器”比较高级的智能仪器具有多功能、高性能、自动操作、对外接口、“硬件软化”和自动测试与自动诊断等功能。10.2智能控制的应用研究问题CentralSouthUniversity10.3IssuesforfurtherStudyofIC智能控制的进一步研究问题控制问题的表示认知控制器（含认知计算）对智能机器研究的建议组织器工作方法具有判断能力的智能机器的设计用于设计智能机器的语言方法对用户指令解释不当的灵敏性分析智能机器每个功能的可靠性分析要实现Boltzman机的优化控制模式复合与集成第10章展望智能控制CentralSouthUniversity10.4展望智能控制的发展ProspecttoDevelopmentofIC10.4.1LookingforNewerTheoryFrame寻求更新的理论框架智能控制研究尚存在一些需要解决的问题宏观与微观分离全局与局部隔开理论与应用脱节上述存在问题和其它相关问题说明人脑的结构和功能要比人们想象的复杂得多需要寻找和建立更新的智能控制框架和理论体系CentralSouthUniversity10.4.2CreatingfinerTechniqueIntegration进行更好的技术集成智能控制技术是人工智能技术与其它信息处理技术，尤其是信息论、系统论、控制论和认识工程学等的集成集成智能控制系统的相关学科关系图10.4展望智能控制的发展计算技术生理学心理学语言学认知科学人类学社会学哲学系统学人类控制知识智能控制系统CentralSouthUniversity10.4.3DevelopingbetterApplicationMethods开发更优的应用方法必须开发新的硬件和软件实现智能控制需要硬件的保障软件应是智能控制的核心智能控制应用方法研究中有许多引人注目的课题提高运行速度，实现实时控制提高对传感信息和环境的解释能力设计新的模块化传感器和接口改善信息处理和识别能力等10.4展望智能控制的发展CentralSouthUniversity10.4.3DevelopingbetterApplicationMethods开发更优的应用方法(续)控制软件方面的研究课题开发面向任务的独立和通用的程序设计语言考虑CAD、CAM、CIMS和CIPS等要求能够描述各种控制过程处理缓慢变化信号和故障实现智能控制系统的优化等10.4展望智能控制的发展CentralSouthUniversity10.5ConcludingRemarks小结智能控制己初具学科体系在基础理论方面涉及传统人工智能的知识表示和推理、计算智能(如模糊计算、神经计算和进化计算等)和机器学习等在技术方法方面从递阶控制、专家控制、模糊控制、神经控制、学习控制、仿人控制和进化控制等系统加以研究第10章展望智能控制CentralSouthUniversity10.5ConcludingRemarks小结人类的进化归根结底是智能的进化，而智能反过来又为人类的进一步发展服务学习与研究智能系统、人工智能、智能机器人和智能控制等,其目的就在于创造和应用智能技术和智能系统为人类进步服务。智能控制从无到有，从小到大，在世界范围内得到快速发展。智能控制的明天一定更加美好，必将为人类进步做出更大贡献。第10章展望智能控制