安徽建筑大学。智能控制。第二章.ppt

第2章 递阶控制 主要内容： 1、递阶智能机器的一般结构 2、递阶智能控制系统举例 2.1 递阶智能机器的一般结构 递阶智能控制（Hierachical Intelligent Control）是在人工智能、自适应控制以及运筹学等理论的基础上逐渐发展形成的，是智能控制最早的理论之一。 1、大系统的基本控制结构 复杂大系统的的特点：阶次高、子系统相互关联，系统的评价目标多且相互矛盾，故分解为互相关联的子系统。 根据信息交换的方式和子系统关联方式的不同，可将大系统控制分为以下三种基本类型： 2、递阶控制的基本原理 最下面一级的每个控制器只控制一个子系统。每一级控制器从上一级控制器接受信息，以控制下一级，各控制器之间的冲突由上一级进行协调。 协调的目的：通过对下层控制器施加干预信号来调整该层各控制器的决策，满足整个系统的控制目标。完成协调作用的决策单元称为协调器。 递阶系统协调控制的任务是使大系统中的各子系统相互协调、配合、制约、促进。从而在实现各子系统的子目标、子任务的基础上，实现整个大系统的总目标、总任务。 递阶控制的基本原理：把一个总体问题P分解成若干有限数量的子问题Pi（i=1, 2 , … , n）。总体问题P的目标是使复杂系统的总体性能指标取得极值。 当不考虑各子问题之间的关联时，有 考虑到子问题之间因关联产生冲突，引入协调参数λ，以解决关联产生的目标冲突。用 代替 Pi，有 递阶智能控制系统作为一个整体，把用户指令转为一个物理序列，系统的输出是一组施加于被控过程的具体指令。系统的操作是由用户指令及与环境交互作用的传感器的输入信息决定的。 传感器分为外部传感器和内部传感器，分别提供工作环境（外部）和每个子系统（内部）的监控信息。 协调级是递阶智能控制系统的次高级，其任务是协调各控制器的控制作用与各子任务的执行。它是上（组织）级和下（执行）级间的接口，承上启下，并由人工智能和运筹学共同作用。 为了完成上述任务，分配器需具备以下功能： 1）通信功能 它能够向上层的组织级和下面的协调级发送和接受信息。 2）数据处理功能 它能对组织级来的命令信息和从协调器来的反馈信息进行描述，并可为分配器的决策单元提供信息和对它进行修改。 3）任务处理功能 它能对要执行的任务进行识别，为相应的协调器选择合适的控制步骤，以及为组织级产生必要的反馈信息。 4）学习能力 它能够根据任务不断执行所取得的经验来逐渐减小决策过程的不确定性，以达到不断改进任务执行的能力。 2.2 递阶智能控制系统举例 环境识别子系统：由道路标志线识别和前方车辆识别两个子系统组成。前者能够实时识别当前及左右共三条车道线，实时输出处理结果；对车道上非标志线的标志及车辆干扰具有免疫力，并较好地解决了对车体震动和光照变化的适应性问题；后者能够实时识别前方车辆距离及相对速度，具有较好的抗干扰性及适应性。 驾驶控制子系统：包括行为决策、行为规划以及操作控制等主要模块。本子系统对受控对象的非线性、环境的严重不确定性具有很好的适应能力；能够满足系统实时性要求；其方向及速度跟踪精度高；并具有系统监督模块，可实现系统状态的在线监督、预警及紧急情况处理。 （2）自主驾驶的硬件系统 主控计算机及接口 执行机构 传感器 主控计算机及接口：担负驾驶控制和环境识别的计算工作。接口主要有：A/D转换器、D/A转换器、各种运动控制卡、记数器及数字量输入输出设备等。 执行机构：根据汽车各操纵机构的不同特点分别采用了步进电机驱动和液压驱动两种执行机构。 传感器：包括环境传感器（摄像头）、车体姿态传感器和自动驾驶执行部件传感器。传感器信号经过预处理电路板的滤波和放大后，通过计算机接口板进入相应的处理机。 软件设计与系统的实时性的特点： 1） 任务优先级设置与抢断式任务调度； 2） 基于系统时钟的软件同步机制； 3） 分布式共享数据存储。 2、汽车自主驾驶系统的递阶结构 操作控制层 行为规划层 行为决策层 任务规划层 操作控制层：把来自行为规划层的规划轨迹转化为各执行机构动作，并控制各执行机构完成相应动作，是整个自主驾驶系统的最底层。包括车速控制器、方向控制器、刹车控制器、节气门控制器、转向控制器及信号灯/喇叭控制逻辑等。 行为规划层：是行为决策层和操作控制层之间的接口，它负责将行为决策层产生的行为符号转换为操作控制层的传统控制器所能接