第2章 递阶控的制系统.pdf

朱明_控制工程系 第二章 递阶控制系统 2.1 递阶智能机器的一般理论 2.1.1 递阶智能机器的一般结构 1.递阶智能机器的级联结构 递阶智能控制系统是由三个基本控制级构成的，其级联交互结构如图２.１所示。图中， 为自执行级至协调级的在线反馈； 为自协调级至组织级的离线反馈信号；C = {c1, c2, ... , cm}为输入指令；U = {u1, u2, ... , um}为分类器的输出信号，即组织器的输入信 号。 图 2.1 递阶智能机器的级联结构 这一递阶智能控制系统是个整体，它把定性的用户指令变换为一个物理操作序列。系统的 输出是通过一组施于驱动器的具体指令来实现的。一旦接收到初始用户指令，系统就产生操 作，这一操作是由一组与环境交互作用的传感器的输入信息决定的。这些外部和内部传感器提 供工作空间环境（外部）和每个子系统状况（内部）的监控信息；对于机器人系统，子系统状 况，有位置、速度和加速度等。智能机器融合这些信息，并从中选择操作方案。 图２.１所示的三级递阶结构具有自顶向下(top-down)和自底向上(bottom-up)的知识（信 息）处理能力。自底向上的知识流决定于所选取信息的集合，这些信息包括从简单的底层（执 行级）反馈到最高层（组织级）的积累知识。反馈信息是智能机器中学习所必需的，也是选择 替代动作所需要的。 2. 组织级（Organization level） 组织级代表控制系统的主导思想，并由人工智能起控制作用。根据贮存在长期存储内的本 原数据集合，组织器能够组织绝对动作、一般任务和规则的序列。换句话说，组织器作为推理 机的规则发生器，处理高层信息，用于机器推理、规划、决策、学习（反馈）和记忆操作，如 图２.２所示。 图２.２ 组织级的结构框图 1 朱明_控制工程系 3. 协调级（Organization level） 协调级是上（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。协调级借助于产生一个适当的子任务序列来执行原指令，处理实时信息。这涉及短期存 储器（如缓冲器）内决策与学习的协调。为此，采用具有学习能力语言决策图，并对每动作指 定主（源）概率。各相应熵可由这些主概率直接得到。已把Petri 网变迁技术用于实现这种决 策图。此外，Petri 网能够提供必要的协议，以便在协调器间进行通讯，综合机器的各种活 动。协调级由一定数量的具有固定结构的协调器组成，每个协调器执行某些指定的作用。各协 调器间的通讯由分配器（dispatcher）来完成，而分配器的可变结构是由组织器控制的，见图 ２.３。 图２.３ 协调级的结构