第一章：智能控制理论与方法绪论.ppt

智能控制理论与方法Intelligent Control Theory and Methods 教师姓名：张勇 日期：2011-09-05 Personal Information Native Place: Linqing, Shandong Province 00/9-04/7: BEng, Daqing Petroleum Institute (Daqing) 04/9-07/6: MASc, Jiangnan University (Wuxi) 07/6-08/4: Electronic Eng., Sunpentown （Wuxi）Appliance Co., LTD 08/7-xx/x: Inner Mongolia University of Science and Technology Research Interests: System Identification Intelligent Control Part-time in Academic Positions: Referee of the Journal of Acta Automatica Sinica E-mail: yinghuzhangyong@163.com HomePage: /teacher/yhzy/index.html 第一章：智能控制概述 控制科学的历史回顾 传统控制的局限性——智能控制产生的背景 智能控制的基本概念 智能控制与传统控制的差别和联系 智能控制定义 智能控制的主要研究内容 本课程的主要研究内容 1.1 控制科学的历史回顾 1788年，James Watt将反馈控制思想应用到蒸汽机； 1868年，Maxwell完成飞球调节系统的稳定性分析； 1892年，Lyapunov发表《论运动稳定性的一般问题》，但二战后才得到关注； Routh和Hurwitz（1875,1895）通过判断系统的特征根是否在左半平面判定系统是否稳定； 从20世纪20年代开始，以反馈控制理论为代表，形成了自动控制理论（经典控制理论），著名的控制学者有：Black、Nyquist、Bode等； 1.1 控制科学的历史回顾 随着航空航天事业的发展，50、60年代形成以多变量控制为特征的现代控制理论，主要代表有：Kalman的滤波器、Pontryagin的极大值原理、Bellman的动态规划、和Lyapunov的稳定性理论； 70年代初，以分解和协调为基础，形成了大系统控制理论，用于复杂系统的控制，重要理论有：递阶控制理论、分散控制理论、排队论等。主要用于资源管理、交通控制、环境保护等。 1.1 控制科学的历史回顾 理论与实际应用之间的巨大差别, PID占主导地位?? 控制学科高度的交叉性、应用的广泛性； 数学基础工具难以被多数技术人员所掌握； 控制技术需要其它技术支持，如通信、计算机； 实际应用的复杂性、多变性、不确定性； 高校教育与企业管理体制问题，技术投入力度不够。 1.2 传统控制的局限性 ——智能控制产生的背景 科学技术和生产的迅速发展是智能控制学科发展的动力；如： ☆ 航空航天技术 ☆ 火炮技术 ☆ 机器人技术 以单纯数学解析结构为基础的传统控制理论，面对不断涌现的复杂系统，越来越受到限制 什么是复杂系统 控制对象的复杂性 ☆ 系统模型结构和参数的不确定性 ☆ 高度的非线性 ☆ 时变性 环境的复杂性 ☆ 变化的不确定性 控制任务和目标的复杂化 ☆ 控制目标和任务的多重性 ☆ 任务集合处理的复杂性 传统控制理论的局限性 传统控制理论建立在精确的数学模型基础上；对建立在工程技术语言描述基础上的新型复杂系统，精确的数学模型很难建立。 不适应大系统参数和结构的变化 ☆ 自适应及自校正控制——通过对系统某些重要参数估计来克服小的、变化较慢的参数不确定性和干扰； ☆ 鲁棒控制——在参数或频率响应处于允许集合内，保证被控系统的稳定 ☆ 自适应控制和鲁棒控制不能克服数学模型严重的不确定性和工作点剧烈变化。 传统的控制系统输入信息模式单一，通常处理较简单的物理量：电量、机械量。复杂系统要考虑：视觉、听觉、触觉信号，包括图形、文字、语言、声音等信息。  克服传统控制理论的局限性，产生了模拟人类思维和活动的智能控制。 1.3 智能控制的基本概念 1965年，傅京孙提出建立智能控制理论； 1967年，Leondes等人正式提出智能控制的概念； 1971年，傅京孙提出智能控制（IC）是自动控制（AC）和人工智能（AI）的交集，即IC=A