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智能控制理论及应用复习
智能控制理论及应用复习
(紧扣课本)
绪论
经典控制和现代控制理论的统称为传统控制,
智能控制是人工智能与控制理论交叉的产物,是传统控制理论发展的高级阶段。智能控制是针对系统的复杂性、非线性和不确定性而提出来的,
传统控制和智能控制的主要区别:
传统控制方法在处理复杂化和不确定性问题方面能力很低;
智能控制在处理复杂性、不确定性方面能力较高。 智能控制系统的核心任务是控制具有复杂性和不确定性的系统,而控制的最有效途径就是采用仿人智能控制决策。
传统控制是基于被控对象精确模型的控制方式;
智能控制的核心是基于知识进行智能决策,采用灵活机动的决策方式迫使控制朝着期望的目标逼近。
传统控制和智能控制的统一:
智能控制擅长解决非线性、时变等复杂的控制问题,而传统控制适于解决线性、时不变等相对简单的控制问题。
智能控制的许多解决方案是在传统控制方案基础上的改进,因此,智能控制是对传统控制的扩充和发展,传统控制是智能控制的一个组成部分。
智能控制应用对象的特点
(1)不确定性的模型
模型未知或知之甚少;
模型的结构和参数可能在很大范围内变化。
(2)高度的非线性
(3)复杂的任务要求
例如,要求系统对一个复杂的任务具有自行规划和决策的能力;要求除了实现对各被控物理量定值调节外,还要实现整个系统的自动启停、故障的自动诊断以及紧急情况的自动处理等功能。
智能控制的基本特点
(1)分层递阶的组织结构
(2)多模态控制
(3)自学习能力
(4)自适应能力
(5)自组织能力
(6)优化能力
智能控制系统的主要类型
模糊控制
神经网络控制
专家控制系统
分层递阶智能控制 (该系统由组织级、协调级、执行级组成,按照自上而下精确程度渐增、智能程度渐减的原则进行功能分配。
在这类多层智能控制系统中,智能主要体现在高层次上,其主要作用是模仿人的功能实现规划、决策、学习和任务协调等任务。
执行级仍然采用现有数学解析控制算法,对数值进行操作和运算。 )
与常规控制方法相比,模糊控制有以下特点:
①模糊控制完全是在操作人员控制经验基础上实现对系统的控制,无需建立数学模型,是解决不确定性系统的一种有效途径。
②模糊控制具有较强的鲁棒性,被控对象参数的变化对模糊控制的影响不明显,可用于非线性、时变、时滞系统的控制。
③由离线计算得到控制查询表,提高了控制系统的实时性。
④控制的机理符合人们对过程控制作用的直观描述和思维逻辑,为智能控制应用打下了基础。
人工神经网络具有几个突出的特点:
①可以充分逼近任意复杂的非线性关系;
②所有定量或定性的信息都分布贮存于网络内的各神经元的连接上,故有很强的鲁棒性和容错性;
③采用并行分布处理方法,使得快速进行大量运算成为可能;
④可学习和自适应不知道或不确定的系统。
专家控制系统具有如下特点:
①它在一定程度上模拟人的思维活动规律,能进行自动推理,善于应付各种变化,具有透明性和灵活性。
②它可以不断监督生产过程,实现特定性能指标下的优化控制,能处理大量低层信息,可进行操作指导。
③相对传统控制,扩展了许多功能,如复杂系统的高质量控制,故障诊断和容错控制,参数和算法的自动修改,不同算法的组合等。
④深层知识的引入,可以弥补专家经验的不足,可以自然地消除决策冲突。
分层递阶智能控制具有两个明显的特点:
①对控制来讲,自上而下控制精度愈来愈高;
②对识别来讲,自下而上信息回馈愈来愈粗略。
模糊控制器的一般结构
神经网络控制的3种典型结构
(a)PID控制 (b)模型参考自适应控制 (c)前馈反馈控制
分层递阶智能控制 (图)
模糊控制
1.确定隶属函数应遵循的一些基本原则:
1)表示隶属函数的模糊集合必须是凸模糊集合
2) 变量所取隶属度函数通常是对称的、平衡的
3) 隶属度函数要符合人们的语义顺序,避免不恰当的重叠
4) 论域中每个点至少属于一个隶属函数的区域,并应属于不超过两个隶属函数的区域。
5) 当两个隶属函数重叠时,重叠部分对两个隶属函数的最大隶属度不应有交叉。
6) 当两个隶属函数重叠时,重叠部分的任何点的隶属函数的和应该小于或等于1。
2. 同时满足自反性,对称性,传递性的模糊关系称为
论域上的一个模糊等价关系
3. 模糊语言变量
一个语言变量可定义为一个五元体
式中N为语言变量的名称; T(N)为语言变量语言值名称的集合;U为论域;G为语法规则;M为语义规则 。
4. 模糊
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