仿人智能控制系统-西安工程大学控制工程与智能检测实验教学示范中心.ppt

智能控制技术 西安工程大学 5 仿人控制 1 仿人控制原理与原型算法 2 仿人控制器的智能属性 3 仿人控制的特征模型和决策模态 4仿人控制器的设计与实现 5仿人控制器的设计与实现示例 5 仿人控制 1. 仿人控制的基本原理 在模拟人的控制结构的基础上，进一步研究和模拟人的控制行为与功能，并把它用于控制系统，实现控制目标。 仿人控制研究的主要目标：控制器本身如何对控制专家结构和行为的模拟。 仿人控制理论的具体研究方法：从递阶控制系统的最底层（执行级）入手，充分应用已有各种控制理论和计算机仿真结果直接对人的控制经验、技巧和各种直觉推理能力进行测辨和总结，编制成各种实用、精度高、能实时运行的控制算法，并把它们直接应用于实际控制系统，进而建立起系统的仿人控制理论体系，最后发展成智能控制理论。 1 仿人控制原理与原型算法 1. 仿人控制的基本原理 1 仿人控制原理与原型算法 任务适应层 + _ 扰动受控对象 反馈 参数校正层 直接控制层 公共数据库 E R U Y （4）启发式和直觉推理问题求解. 仿人控制在结构和功能上具有以下基本特征： （1）递阶信息处理和决策机构； （2）在线特征辨识和特征记忆； （3）开闭环结合和定性与定量结合的多模态控制； 1 仿人控制原理与原型算法 2. 仿人控制的原型算法 误差相平面上的特征和控制模态 当系统误差处于误差相平面的第一与第三象限，即 或 且 时，仿人智能控制器工作于比例控制模态； 当误差处于误差相平面的第二与第四象限，即 或 时，仿人智能控制器工作于保持控制模态。 2 仿人控制器的智能属性 （1）一般传统控制器的输入输出关系是一种单映射关系，而仿人控制器原型是一种双映射关系，即一种变模态控制，一种开闭环交替的控制模式。 （2）在仿人控制原型算法中，控制策略与控制模态的选择和确定是按照误差变化趋势的特征进行的，而确定误差变化趋势特征的集合反映在误差相平面上的全部特征，构成整个控制决策的依据，即特征模型。 （3）仿人控制器原型在维持模态时对误差极值的记忆和利用，与人的记忆方式及对记忆的利用相似，即两者具有相似的特征记忆作用。 根据受控系统输出偏差e、偏差导数 以及它们的适当组合构成的特征变量,划分动态特征模式,并通过这些特征模式描述系统的动态行为特征,或用这些特征模式直观地反映系统的动态过程,以期为智能控制决策提供依据。 3 仿人控制的特征模型和决策模态 1.人控制的特征模式与特征辨识 （1） 描述动态系统特征状态的特征基元和特征模式 受控系统动态过程的输入和输出数据(序列)包含受控过程的全部信息。由系统输出偏差e、偏差导数 、偏差二阶导数 构成描述受控系统特征状态的特征信息源,并用集合E表示: 3 仿人控制的特征模型和决策模态 1.人控制的特征模式与特征辨识 (2) 特征模型的定义及形式化描述 特征模型Φ是一种智能控制系统动态特性的定量与定性综合描述的模型,是根据不同的控制问题求解和控制指标要求而对系统动态信息空间∑的一种划分；划分出的每个子区域表示系统的一种特征状态φi。特征模型Φ为全部特征状态的集合,即: Φ ={ φ1，φ2，…，φr}，φi ∈ Σ 特征状态由一些特征基元qi的组合来描述。 3 仿人控制的特征模型和决策模态 1.人控制的特征模式与特征辨识 3.特征辨识与特征记忆 特征辨识:智能控制系统根据特征模型对采样信息进行在线处理和模式识别，确定系统当前所处状态的过程。 特征记忆：智能控制对反映前期决策与控制效果的特征量及反映控制任务要求和受控对象性质的特征量的记忆。令特征记忆量的集合为: 在仿人智能控制系统中,往往利用特征记忆来消除偏差,改善控制品质,直接影响控制输出。 控制(决策)模态集合Ψ是控制输出U与误差信息E和特征记忆信息 (合记为R)间的一种定量或定性映射关系F的集合,记为: 3 仿人控制的特征模型和决策模态 1.仿人控制的多模态控制 1.多模态控制 (决策) 特征辨识根据特征模型在线确定系统当前所处特征运动状态,而控制器按照特征辨识结果选择相应的控制模态。 或者 Fi → IF(条件) THEN(操作或结论) 智能控制中这种不断变化的控制策略为多模态控制(决策)。 典型的仿人控制模态基元有比例(m1)控制模态基元、微分控制(m2)模态基元、积分控制(m3)模态基元及其组合(如PID)模态基元、极值采样保持(m5)与稳态保持(m4)