智能控制研究现状.pdf

智能控制研究现状

摘要：介绍了智能控制的产生背景以及智能控制的技术概况，对今后智能控制的

发展前景进行了展望。

关键词：智能控制；专家控制；神经网络控制；模糊控制；智能优化

1.引言

智能控制是近年来控制界新兴的研究领域，是一门边缘交叉学科。智能控制

技术在很多领域得到了广泛应用，如制造业、工业工程、能源工程、生物医学工

程、汽车以及飞行器等。智能控制是一种直接控制模式，它建立在启发、经验和

专家知识等基础上，应用人工智能、控制论、运筹学和信息论等学科相关理论，

[1]

驱动控制系统执行机构实现预期控制目标。智能控制是自动控制发展的高级阶

段，为解决那些用传统方法难以解决的复杂系统的控制问题提供了有效的理论和

方法。它处于控制科学的前沿领域，代表着自动控制科学发展的必威体育精装版进程。

2.智能控制产生的背景

科学技术的产生和发展主要由生产发展需求和知识水平所决定，控制科学也

不例外。二十世纪以来，控制科学与技术得到了迅速发展，由研究单输入单输出

被控对象的经典控制理论发展形成了研究多输入多输出被控对象的现代控制理

论。经典控制理论主要是采用频域法对控制系统进行描述、分析和设计，现代控

制主要采用时域的状态空间方法。二十世纪六十年代，由于空间技术、海洋工程

[2]

和机器人技术发展的需要,控制领域面临着被控对象的高度复杂性和不确定性,

以及人们对控制性能要求越来越高的挑战。被控对象的高度复杂性和不确定性主

[3]

要表现为对象的高维、高度非线性和不确定性，高噪声干扰、强耦合，系统工

作点动态突变性，以及分散的传感元件与执行元件，分层和分散的决策机构，复

杂的信息模式和庞大的数据量。面对复杂的对象，复杂的任务和复杂的环境，用

[4]

传统控制（经典控制和现代控制）的理论和方法去解决是不可能的。原因：（1）

传统的控制理论都是建立在以微分和积分为工具的精确数学模型之上的，而复杂

系统的复杂性和不确定性都难以用精确的数学模型描述，否则就会使原问题丢失

很多信息，例如：骑自行车沿一条曲线行走这套看似简单的动作，如果我们要把

这一系列的动作和环境建立出精确的数学模型，然后再一步一步按模型去操作，

可以想象其过程是多复杂而又难以实现；（2）传统的控制理论虽然也有办法对付

控制对象的不确定性和复杂性，如自适应控制和Robust控制可以克服系统中所

包含的不确定性，保证控制系统的控制质量不变，达到优化控制的目的。但他

仅适用于系统参数在一定范围内缓慢变化的情况，其优化控制的范围是很有限

的。（3）传统的控制系统要求输入的信息比较单一，而现代的控制系统要面对复

杂系统以各种形式（视觉、听觉、触觉和直接操作的方式）将周围环境信息作为

输入的状况，并将各种信息进行融合、分析和推理，再随环境与条件的变化，相

应地采取对策或行动。传统的控制策略单一，不能适合高层决策问题，所以智能

控制应运而生。

3.智能控制技术概况

[5]

智能控制具有处理非线性、时变和不确定信息等优点。理想的智能控制系

统除了满足一般控制系统的性能要求外，还应具有自学习、自适应、自组织和自

结构等功能。自学习为系统对一个未知控制环境提供的信息进行识别、记忆和学

习，并利用积累的经验进一步改善自身性能的能力；自适应为系统适应受控对象

的动力学特性变化、环境变化和运行条件变化等的能力，其实质是不依赖于模型

的自适应估计；自组织为控制系统对于复杂任务和分散的传感信息具有的自组织

和自协调功能，从而使控制系统具有主动性和灵活性，可以在任务要求的范围内

自行决策并主动采取行动；自结构为控制系统具有的参数自调整与结构自构建的

能力，它通过引入学习机制，根据给定的学习数据集，运用少量的规则解释控制

系统内知识，在系统运行的初始阶段，系统内没有规则，规则通过在线学习建立

[6-7]

和调整，同时对数学模型的结构和参数进行确认。

为了实现预