人工智能智能控制PPT.ppt

人工智能,智 能 控 制,主讲内容,智能控制的发展与定义智能控制的结构理论智能控制的特点,1.1 智能控制的产生和发展,1965年，美籍华裔科学家傅京孙教授首先把人工智能的启发式推理规则用于学习控制系统。1966年，Mendel进一步在空间飞行器的学习控制系统中应用了人工智能技术，并提出了“人工智能控制”的概念。1967年，Leondes和Mendel首先正式使用“智能控制”一词。,1 智能控制的发展与定义,智能控制的产生和发展,1985年，在美国首次召开了智能控制学术讨论会。1987年又在美国召开了智能控制的首届国际学术会议，标志着智能控制作为一个新的学科分支得到承认。,1.2 智能控制的定义,智能机器:能够在定形或不定形、熟悉或不熟悉的环境中自主地或与操作人员交互作用以执行各种拟人任务的机器。自动控制:能按规定程序对机器或装置进行自动操作或控制的过程。智能控制:驱动智能机器自主实现其目标的过程。智能控制系统:用于驱动自主智能机器以实现其目标而无需人员干预的系统。,2.智能控制的结构理论,2.1 智能控制的结构理论 自从1971年傅京孙教授提出把智能控制作为人工智能和自动控制的交接领域以来，许多研究人员试图建立起智能控制这一新学科。提出了一些有关智能控制系统结构的思想，有助于对智能控制的进一步认识。智能控制具有十分明显的跨学科（多元）结构特点。,智能控制的结构理论,在此，主要讨论智能控制的二元交集结构、三元交集结构和四元交集结构三种思想，它们分别由下列各交集表示：IC=AI AC（1）IC=AI CT OR（2）IC=AI CT OR IT（3）Al人工智能(Artificial Intelligence);AC一自动控制(Automatic Control);OR运筹学(Operation Research)；IT信息论（Information theory）IC 智能控制(Intelligent Control);一表示交集.,二元结构 傅京孙(K.S.Fu)首先论述了人工智能与自动控制的交接关系，指出“智能控制系统描述自动控制系统与人工智能的交接作用”。,智能控制的结构理论,三元结构 萨里迪斯(Saridis)认为，二元交集的两元互相支配无助于智能控制的有效和成功应用，必须把远筹学的概念引入智能控制，使它成为三元交集中的一个子集。对这一问题的争论，在IEEE第一次智能控制国际讨论会上达到高潮。萨里迪斯还提出分级智能控制系统，由3个智能(感知)级组成：组织级、协调级、执行级。,知识组织器,组织级,协调级,执行级,分级智能控制系统,四元结构 在研究了前述各种智能控制的结构理论和各相关学科的关系之后，蔡自兴提出四元智能控制结构，把智能控制看做人工智能、自动控制、运筹学和信息论四个学科的交集。,把信息论作为智能控制结构的一个子集的理由,（1）“三论”缺一不可 三论：系统论、信息论和控制论 无论从哪一方面来看，三论都是相互作用和相互靠拢的。,信息论是智能控制必不可少的组成部分的论证：,钱学森的系统科学体系图（部分）,（2）知识是信息的一种形式 知识：对信息收集、分析、处理和优化而形成的“制品”，是结构信息的一种形式。智能控制的知识和经验源于信息，又可能被加工处理为新的信息，如指令、决策方案和计划等，用于控制系统或装置的活动。在人工智能中，也把盲目搜索称为无信息搜索，而把启发式搜索称为有信息搜索。由此可见，无论在人工智能或智能控制中，都离不开信息论的参与作用。,把信息论作为智能控制结构的一个子集的理由,（3）人体器官控制具有信息论的功能 智能控制系统，无论是基于知识的系统，还是基于神经网络的系统，或者是将来出现的其他什么系统，都力图模仿人体活动功能，尤其是人脑的思维和决策过程。,（4）智能控制以信息熵为测度 作为目前比较成熟的理论之一的萨里迪斯分级递阶智能控制理论，其各级采用熵作为测度。熵函数是现代信息论的重要基础之一。把熵函数和信息流一起引入智能控制系统，正表明了信息论是组成智能控制的不可缺少的部分。,2.2智能控制器的一般结构,控制过程设计是系统模型、实际结构和任务形式化的综合。智能控制器的设计具有下列特点的组合：（1）具有以微积分（DIC）表示和以技术应用语言（LTA）表示的混合系统方法。（2）采用不精确的和不完全的装置分层模型。（3）含有很多传感器递送的分级和不完全的外系统知识，并在学习中不断加以辨识、整理和更新。（4）把任务协商作为控制系统以及控制过程的一部分来考虑。,在上述讨论的基础上，我们能够给出智能控制器的一般结构，如下图 所示。,3.智能控制的特点,（1）同时具有以知识表示的非数学广义模型和以数学模型表示的混合控制过程。智能控制以知识进行推理，以启发引导求解过程。智能控制系统的设计重点不在常规控制器上，而在智能机模型上。（2）智能控制的核心在高层控制，即组织级。高层控制的任务在于对实际环境或过程进行组织，即决策和规划，实现广义问题求解。,智能控制的特点,（3）智能控制是一门边缘交叉学科。智能控制的发展需要各相关学科的配合与支持，同时也要求智能控制工程师是一个知识工程师。美国工程科学院院士傅京孙教授曾经指出：“模式识别必须与人工智能相结合，才能有更大的发展。”（4）智能控制是一个新兴的研究领域。无论在理论上或实践上它都还不成熟、很不完善，需要进一步探索与开发。诺贝尔奖获得者、国际著名的经济学家和人工智能学家西蒙（Simon）说过：“进行好的理论研究，重要问题之一是找到一个相关的信息理论；我所更新的经济学决策的主要部分是对经济决策理论进行修正”。,智能控制 应用示例,丰田油电混合动力系统,智能混合动力电动轿车整车控制系统,智能混合动力电动轿车的系统构成简图,整车分层控制系统结构图,该系统能实现对整车的综合协调控制,在实现整车各项功能的同时,确保整车具有系统最优的安全性、经济性和驾驶性能。,智能混合动力电动轿车的整车分层控制体系共分4 层,其中顶层为智能辅助驾驶控制目标制定层,根据自车与前车的车辆状态以及驾驶员输入巡航车速对智能辅助驾驶子模式进行识别,并制定各种模式下的整车纵向期望加速度;上层为整车驱/制动转矩制定层,分别制定手动驾驶模式和自动驾驶模式下的需求转矩,并根据驾驶操作对整车驾驶模式进行判别和协调不同的转矩需求,最终制定出整车期望驱/制动转矩;中层为总成转矩分配层,根据部件总成状态信息和期望驱/制动转矩,对动力系统工作模式进行识别并制定各总成部件的期望转矩命令;下层为总成转矩协调控制层,对发动机和电机驱动转矩以及电机与EVB 系统制动转矩进行协调控制,最终确定发动机和驱动电机的转矩命令以及EVB 装置的制动压力命令。,整车分层控制系统,