计算机软件及应用章管理系统控制.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/2/5,#,2025/5/31 周六,1,5,章 管理系统控制,控制定义：,为了改善某个或某些对象的,功能或发展,，需要获得并使用,信息,，以这种信息为基础而选出的加于该对象上的,作用,。,从中可以看出,控制,就是,施控主体,对,受控客体,的一种,能动作用,，这种作用能够使得受控客体根据施控主体的,预定目标,而,动作,，并最终达到这一目标。,控制的,三个基本的元素,：,作用者,，,被作用者,，以及将作用由作用者传递到被作用者的,传递者,。,2025/5/31 周六,2,第1节 优化控制,一、反馈,(一)基本概念,所谓反馈，就是将输出回输到原系统中去。,这一概念是,1920,年由贝尔实验室的哈罗德,布朗克首先在文献中提出的，一般是指电子放大器输出信号再回输到其输入端。,即一个闭环系统的,输出值,Y,要通过反馈装置回输到原来的输入端，再经过比较器与已给定的,目标值,J,相比较，得到,偏差信号，其值为,u=J-Y,，,它又成为新的,输入值,。,2025/5/31 周六,3,第1节 优化控制,一、反馈,图5,1 反馈系统,反馈装置,+,施控装置,受控装置,目标值,J,+,-,比较器,输入偏差信号,u,输入控制信号,u,扰动,输出,反馈信号,Y,2025/5/31 周六,4,第1节 优化控制,一、反馈,根据闭环控制系统中输入值,u=J-Y,的变化特性，可以将反馈区分为,正反馈,和,负反馈,。,正反馈,：目标值与输出值的,差值,u,愈变愈大,。即经过一系列的输入之后，系统离目标愈来愈远。,u,值从总的趋势说是单调上升的，或是发散的。,负反馈：,目标值与输出值的,差值,u,愈变愈小,。即经过一系列的输入之后，系统逐渐达到了目标值。,u,值从,总的趋势,是单调下降而趋近于零的。,负反馈的,特点,就是检出偏差，纠正偏差，以达到目标。,2025/5/31 周六,5,第1节 优化控制,一、反馈,负反馈的优势和使用场景：,负反馈,有利于制约系统偏离目标的行为，使系统沿着减小偏差的方向运行，最终使系统趋于稳定状态，恢复平衡。,控制论,认为，,“,一切有目的的行为都可以看做需要,负反馈,的行为,”,。,负反馈机制,在实现系统目标、保持系统的,稳定性,方面具有重要作用。,2025/5/31 周六,6,第1节 优化控制,一、反馈,正反馈的优势和使用场景：,正反馈则是越来越偏离目标值，甚至失去控制。这样看来，,似乎正反馈只起破坏、消极的作用,。其实，这种看法是,片面的,。,事实上，在有的系统中，恰恰需要,正反馈作用,。,例如，在原子弹的引爆装置中都要用到裂变链式反应，这种裂变链式反应就是一种,正反馈过程,，当用慢中子碰撞铀(如,U235),时，所放出的能量越来越大，中子越来越多。,又如在植物保护中，为了消灭有害的昆虫，往往大量繁殖这种害虫的天敌来灭虫，这也是一种,正反馈过程,。,2025/5/31 周六,7,第1节 优化控制,一、反馈,正反馈的优势和使用场景：,国外有些学者在20世纪60年代提出所谓,第二代、第三代控制论,，强调了正反馈的作用。,正反馈在一定条件控制下，也是一种促进系统远离平衡态的因素，使开放系统的某项参量值进入临界区，达到阈值，一般小的,“,涨落,”,通过正反馈作用，使原有状态失稳并产生突变现象，从而形成一种新的自组织现象，进而,形成耗散结构,的,动力机制,。,2025/5/31 周六,8,第1节 优化控制,一、反馈,正反馈和负反馈的关联：,正反馈、负反馈,是普遍存在于自然界与社会经济领域中的两种反馈机制，是事物发展中一对矛盾，,两者既是相互对立的，又是相互联系、相互转化的,。,正反馈,可以通过适当的调节措施,转化,为,负反馈。（如核电站）,社会经济大系统中，因素多，层次多，事物内部的因果关系复杂，,反馈机制,也是复杂的，一般都存在着,正、负反馈的复合机制,，要认真进行系统分析，掌握系统的内部结构和动态运行机制，才能进行有效的调节和保持系统的稳定和发展。,2025/5/31 周六,9,【例5一,1】,营销本质上不是卖产品,2001年8月25日，中央电视台对话节目播出了世界营销大师,米尔顿,科特勒,因质疑海尔进入手机领域可能引起品牌泛滥的趋势而来到青岛海尔集团总部与,张瑞敏,进行的对话，从而引发了一场关于营销的脑力激荡。下面摘录部分内容，帮助我们加深对正、负反馈的理解。,米：关于手机的问题我很抱歉，我今天参观了你的工厂，相信海尔一定会成为世界名牌。贵公司的产品给我留下了很深刻的印象，比如说你们的洗衣机，有夏天用的小洗衣机，还有洗地瓜的洗衣机，针对不同用户细分市场。你们能够做出这么多的产品，说明你们一定在市场调研方面投入了很多的时间和精力，那么我想知道，你们这一部分的投入占销售收入的比例是多大?,张：我们的市场调研方面是这样的。单纯地用于市场调研方面的费用不是太大，我们主要是在全国设立了,42个营销中心,，营销中心下面有很多,专卖店,，这些店和营销中心，负责不断地了解,用户的要求和意见,。比方说售后服务反馈回来的意见就成为开发的第一手的资料。所以这个信息反馈过程就等于是一个闭环，把最终端的售后服务和电话中心接到的意见提供给开发部门。,2025/5/31 周六,10,【例5一,1】,营销本质上不是卖产品,米：我认为，您如果依赖当地的或地区的分销中心推出新的概念、新的产品测试的话，是比较困难的，因为对,地区的分销中心来说，他们关注的只不过是产品,。如果你们这样做，可能会遇到摩托罗拉那样的问题，他们有非常好的想法，但,分散的营销不能很好地反馈信息,，最后这些产品不能很好地打到市场上去。一个好的客户服务体系只能保证留住客户，但是不能保证从市场上收集到客户对整个产品的信息反馈，如果说你们通过分销中心来进行这样一个服务的话，就,不如设有一个集中的营销调研中心,，通过它就可对整个产品、整个新思想进行非常好的测试，同时对产品的品质性能等，也会有一个非常一致化的反馈。,张：我们和摩托罗拉有一个非常大的不同，就是我们对员工灌输这样一个概念：,从本质上讲，营销不是卖而是买。,买进来的是用户的意见，然后根据用户的意见改进，,达到用户的满意，最后就买到用户的忠诚度。,2025/5/31 周六,11,【例5一,1】,营销本质上不是卖产品,摩托罗拉,在中国的销售公司有很多，它们的,分销中心是专门销售的,，它,不能将用户的意见反馈给摩托罗拉总部,。,我们的分销中心,是自己建立的，它属于我们，它,很重要的一个任务就是必须把用户的意见反馈回来,，而且反馈回来对它有好处，因为我们改进以后又可以促进它的销售，所以就像你哥哥菲利普,科特勒书中说的那样，,“,营销说到底是营销一种需求,”,。也就是说营销一种潜在的需求。所以我们就把它提炼了一下，就是对我们来说，营销从本质上讲不是卖，而是买。如果通过这个媒介，得到用户对企业忠诚的心，那我们就成功了。,米：我非常敬重贵公司以客户为本的想法，你们非常接近客户，而且拥有自己的渠道，拥有自己的分销点，但我想知道，,你们怎样把客户信息反馈给营销部门,。因为通常情况下，有了客户信息以后，,在向营销部门传输的过程中，可能会遗失掉,，从而不能及时反馈到营销部门那里，那么你们怎样保证将客户信息及时反馈到营销部门那里，给你们创造最大的营销价值呢?,2025/5/31 周六,12,【例5一,1】,营销本质上不是卖产品,张：,我们在各地获取的所有信息，当天都会传输到总部，总部再对这些信息进行分类整理。,米：你的意思是将各地的信息收集起来反馈到总部。那么它体现了客户关系管理系统的思想，但是,客户关系管理实际上只涉及分销商和零售商,。你们是否有这样一个体系，可以对最终端的客户进行一些满意度的调查，并且能够及时地反馈上来?,张：我们的这个系统不仅仅像你所说的只涉及分销商和零售商，,我们这个市场反馈系统是一直到终端，到具体的用户。我们这个中心会对具体在商场里买我们产品的用户进行登记，我们会直接用电话找到他们。,米：张先生通过些调查报告及第三方的市场分析报告，能否直接看到用户?看到你的用户在想什么?或者说看到你们海尔的品牌在用户的心目中是一个什么样的定位?,张：,我只相信那些报告的一半，另外一半必须我们自己去看，每个星期天我们一定要到商场去看。,2025/5/31 周六,13,第1节 优化控制,一、反馈,(二)反馈控制,反馈控制的作用：,用于稳定控制,中，可以使被控量稳定于目标值的容许偏差范围内，因此一个系统要实现稳定，必须应用反馈控制；,用于随机控制,中，可以使被控量对应于随机输入量，确保系统对计划目标变化进行跟踪与适应，例如企业的产品结构、规格、质量与品种需随市场需求的变化而变化；,用于最优控制,中，可以使系统在多因素、多目标的复杂情况下选择最佳方案，实现最佳或满意的效果。,2025/5/31 周六,14,第1节 优化控制,一、反馈,反馈控制的局限性：,1正反馈效应。,一般来说，利用反馈控制的,目的要获得负反馈,效应，增强系统的稳定性。而负反馈效应的获得取决于施控主体对,偏差性质及方向,的判断的准确程度和调节措施是否得当。,如果对偏差的性质及方向判断错误,，把正向偏差判断为负向的，或把负向的偏差判断为正向的，或者虽对偏差方向判断准确，但,采取了不正确的调节措施,，结果就会恰得其反，强化或,扩大偏差，加剧系统的不稳定,，这就是正反馈效应。,2025/5/31 周六,15,第1节 优化控制,一、反馈,产生这种正反馈效应的原因有三点：,反馈信息失真,，对问题的性质或方向判断错误；,比较器失灵,，是非不清；,调节方法及措施失当,，效果相反。,2025/5/31 周六,16,第1节 优化控制,一、反馈,2反馈失时与反馈失度,（,1,）反馈失时可能有两个方面的原因：,对问题认识不足，没有及时发现问题、检测出偏差；,虽然发现了问题，但未能及时加以处理和调控，结果是控制系统沿着偏差方向偏离了目标，从而扩大了偏差，降低了系统的稳定性。,2025/5/31 周六,17,第1节 优化控制,一、反馈,2反馈失时与反馈失度,（,2,）,反馈失度是指对问题的认识有程度上的差别，涉及,两种调控失度,：,反馈过度，矫枉过正，,致使调节过度，这样虽然消除了原有的偏差，却又在另一方向上偏离了目标，产生了新的偏差，形成一种周期性振荡或者叫做恶性循环，严重的可以导致系统正反馈效应的产生,。,反馈不足，即调控的力度不够,，这样虽然对偏差有所克服，但不足以完全消除偏差。反馈过度或反馈不足都会削弱系统的稳定性。,2025/5/31 周六,18,第1节 优化控制,一、反馈,3.控制的滞后性,控制系统的反馈控制是要发现偏差和纠正偏差,，但是偏差的发现和纠正都是一个动态发展的过程，任何动态系统都具有保持原来运动状态不变的惯性，这种运动惯性的存在延长了被控制系统在偏差状态上的运行过程和时间。而在社会经济系统中，,往往存在一种现象掩盖着另一种现象的复杂性，,涉及人们对复杂的社会经济现象的本质的认识过程，政策方针的贯彻执行也存在一个实践的过程。,2025/5/31 周六,19,第1节 优化控制,一、反馈,从而,延长了人们通过现象认识本质的过程,，这样就,导致了控制的滞后性,，一旦出现偏差，想消除偏差需要很长时间，而且要付出很大的代价。这种反馈控制的滞后性是其本身所无法克服的，,必须加强预见性,，借助复杂的,前馈机制,来克服这种滞后性。,2025/5/31 周六,20,第1节 优化控制,一、反馈,反馈控制应遵循的原则,(,由于反馈控制具有以上局限性,),：,(1)准确性原则。,这一原则是指，为了防止正反馈效应的发生，必须,准确判断偏差的性质和方向,。要做到这一点，必须：第一，保证信息来源的真实性和反馈渠道不受干扰；第二，对原始信息进行去伪存真、去粗取精的分析处理。,(2)及时性原则。,这一原则是指，为了防止反馈失时，,必须及时,检测出偏差，,及时,反馈回输，,及时,根据反馈信息作出相应的调节。,(3)适度性原则。,这一原则是指，为了防止反馈失度，必须在准确判断偏差性质、方向和程度的基础上，作出,适度调节,。,2025/5/31 周六,21,第1节 优化控制,一、反馈,(4)随机性原则。（随机应变）,这一原则是指，为了提高控制系统的应变能力，必须做到两点：,一是确保系统对目标变化的跟踪和适应；,二是确保系统的稳定性，采取灵活及时的调控措施，排除外界的干扰与影响。,2025/5/31 周六,22,第1节 优化控制,二、前馈,(一)基本概念,反馈可以克服所有引起被控量发生变化的,扰动信号,，但它本身也存在很大的缺点，那就是,调节不及时,，调节总是滞后于扰动，即只有扰动作用于系统引起被控量发生变化，导致调节器输入端的偏差信号发生变化,后,，调节器才改变输出的调节信号，克服扰动，对被控量进行调节。,与反馈控制相比较，前馈控制直接,根据扰动信号,对被控量进行调节，调节快速性很好。,2025/5/31 周六,23,第1节 优化控制,二、前馈,前馈回路机制,受控装置,扰动,d,输出,Y,前馈装置,前馈控制也称为扰动补偿控制,，是指在控制系统中，控制器根据,扰动信号,作用的大小和方向对被控量进行调节，称这种控制为前馈控制。,2025/5/31 周六,24,第1节 优化控制,二、前馈,前馈控制实例：,通过冷水调节阀和热水调节阀分别去调节冷水流量和热水流量，混合水的温度,是系统的被控参数,，要求,为一定值。这里选取,热水流量为调节量,，即通过调节热水流量去调节混合水的温度，将,冷水流量的变化作为干扰信号,处理。,2025/5/31 周六,25,第1节 优化控制,二、前馈,在控制系统中，,前馈控制和反馈控制,是经常用到的两种控制方式。这两种控制方式具有各自的特点，,反馈控制,能够克服所有扰动信号对被控量产生的影响，但调节滞后于扰动，不及时；,前馈控制,根据扰动信号进行调节，调节及时，但一个前馈控制器只能补偿某一种扰动，无法克服所有的扰动，要对所有的扰动信号进行补偿，就必须针对每个扰动信号分别设计专门的前馈控制器，这样就使得系统结构复杂。,只对主要的扰动信号,采用,前馈控制,加以补偿，而对,其他的扰动信号通过反馈控制,进行克服，这样，在一个控制系统中同时采用了前馈控制和反馈控制两种控制方式，这样的控制系统称为,前馈,-,反馈复合控制系统,。,企业生产经营系统必须是前馈一反馈耦合控制系统。,2025/5/31 周六,26,第1节 优化控制,二、前馈,图5,2,前馈一反馈耦合控制系统,反馈装置,+,施控装置,受控装置,J,输入,u,扰动,d,输出,Y,+,前馈装置,2025/5/31 周六,27,第1节 优化控制,二、前馈,(二)优化控制,所谓优化控制，就是在各种不同的资源配置方案中选择一个合适的方案，以最大限度地实现管理目标的要求。,优化控制也是由于资源有限性而产生的选择过程。根据优化控制的要求，,管理的重点,应由事后算账、事中调整(反馈)转变为与事先优化(前馈)相结合的,前馈一反馈耦合控制系统,。,2025/5/31 周六,28,第1节 优化控制,二、前馈,1优选法的基本步骤,优选法是以数学原理为指导，用,最可能少的试验次数,，尽快找到生产和科学实验中最优方案的一种科学试验的方法。优选法广泛应用于工艺操作条件、配方配比选择等方面，已经在实践中取得了显著效果。,2025/5/31 周六,29,第1节 优化控制,二、前馈,在应用优选法时，一般可以分为以下几个步骤：,(1)明确目标。要优选，首先要搞清目标，也就是通过试验想达到什么目的。,(2)确定因素。确定目标以后，就要分析影响目标的因素，也就是做试验时需要选择、考察、调整的内容。,(3)确定合理范围。选定因素以后，就要进一步确定其试验范围。,(4)确定合适方法。确定了目标和要进行试验的因素及其范围后，就要决定具体安排试验的方法。,2025/5/31 周六,30,第1节 优化控制,二、前馈,2常用的优选方法。常用的优选方法一般可按参与试验因素的个数分为,单因素方法,和,多因素方法,两类。,单因素方法中比较成熟的是0.618法,，所涉及的数学原理是黄金分割。单因素优选是一种序贯的试验方法，一般除第一、第二次试验外，后一个试验都要取决于前一个试验的结果。,多因素方法中还没有一个理论上成熟,、大家公认为最优的方法，一般只是通过实际试验的比较，相对地说明各种方法的效果。多因素方法种类繁多，目前借助电子计算机能解决上百个因素的优选问题。,2025/5/31 周六,31,第1节 优化控制,二、前馈,多因素优选问题的方法上大体可分为三类：,第一类是,降维法,，即把多因素转换为单因素处理，通过试验把最优值所在的范围逐步缩小；,第二类是,爬山法,，即从已知的信息出发，逐步向更优的方向移动，使目标值不断得到改善；,第三类是,正交试验法,，即利用数理统计的正交性原理，通过少量具有代表性的试验，寻找达到预定目标的较优方案,。,2025/5/31 周六,32,第1节 优化控制,二、前馈,(1),0.618法,。,这种方法的要点是,先,在试验范围的,0.618,处做第一次试验，,再,找其对称点做第二次试验比较两点结果，去掉,“,坏,”,点以外部分，在留下部分,继续取,“,好,”,点的对称点进行试验,，比较结果，决定取舍，逐步缩小试验范围。这种方法每次可以去掉试验范围的0.382，因此可以用较少的试验次数，迅速找到最佳点。,2025/5/31 周六,33,第1节 优化控制,二、前馈,【,例5,1,】,某种材料的配方中，需要加入一种稀有金属，估计其最佳加入量在,10002000,克之间，试问：如何通过较少次的试验找到配方？,试验过程如下（见图5,3）,1000,1618,2000,1000,1618,2000,（1）,（1）,（2）,1382,1000,（2）,1382,1236,（1）,（3）,（2）,（1）,（3）,1382,1236,1472,1618,1618,（4）,图5,3 0.618法,2025/5/31 周六,34,第1节 优化控制,二、前馈,1.在试验范围的0.618处做第一次试验,公式如下：,（大点-小点）,0.618,+小点,代入数值,（2000-1000）,0.618,+1000=1618（克）,2.找出上一试验点（好点）的对称点做试验,公式如下,:(,大点、小点为紧邻,“,好点,”,的左右两个点,),（大点+小点）-上次留下的好点,代入数值,（2000+1000）-,1618,=1382（克）,2025/5/31 周六,35,第1节 优化控制,二、前馈,3.比较两次结果，决定取舍,如第二试验点的效果比第一点好，则舍去1618克以上部分。,4.在新的范围内，重复步骤2、3，逐步缩小试验范围，直到找到满意结果位置。,（1）第三试验点：,1618+1000-1382=1236（克）,第三次试验结果与上次留下的好点，即第二试验点的效果比较，如果仍是第二点好，则舍去1236克以下部分。,（2）第四试验点：,1618+1236-1382=1472（克）,第四点的试验结果与上次留下的好点，即第二试验点进行比较，如果第四点比第二点好，则舍去1382克以下部分。在其余部分按同样方法继续下去就能找到最佳点。,2025/5/31 周六,36,第1节 优化控制,二、前馈,(2),正交试验法。,正交试验法是在实际经验与理论认识的基础上，利用一种规格化的表,“,正交表,”,，科学地挑选试验条件，合理安排试验程序，通过,较少次数,的试验，找到达到预定指标的较优方案的一种科学试验方法。,1),正交表,。正交表是已经制作好的规格化的表，是正交试验法的基本工具。,2025/5/31 周六,37,第1节 优化控制,二、前馈,2)正交试验法的基本步骤。进行正交试验一般有五步：,第一，明确试验目的，确定考核指标；,第二，挑选参加试验的因素及其水平，制定因素水平表；,第三，选择合适的正交表，确定具体的试验方案；,第四，进行试验和结果分析；,第五，根据分析结果，提出进一步试验的方案或选定满意的方案正式投产。,2025/5/31 周六,38,第1节 优化控制,二、前馈,图5,4 正交试验基本步骤,确定目的及指标,制定因素水平表,定试验方案选正交表,试验及结果分析,满意吗,是,正式投产,否,2025/5/31 周六,39,第1节 优化控制,三、智能控制（,intelligent controls,）,1,智能控制的基本概念,4,智能控制的研究对象,6,智能控制的类型,2,智能控制系统的特点,3,智能控制的结构理论,1,智能控制的基本概念,智能控制是自动控制发展的高级阶段，是人工智能、控制论、运筹学等多种学科的高度综合与集成，是一门新的交叉前沿学科。从广义上讲，,智能控制是,研究对复杂的不确定性被控对象（过程）采用,人工智能,的方法有效地克服系统的不确定性，使系统从无序状态到有序状态转移的方法。,智能控制已经出现了相当长的一段时间，并且已取得了初步的应用成果。但是究竟什么是,“,智能,”,，什么是,“,智能控制,”,等问题，至今没有统一的明确定义。归纳各种说法，主,要有四种说法：,定义一：智能控制就是由一台,智能机器,自主地实现其目标的过程。而,智能机器,则定义为，在结构化或非结构化的、熟悉的或陌生的环境中，自主地或与人交互地执行人的任务。,定义二：,K.J.Astron,则认为，把,人类,具有的直觉推理和试凑法等,智能加以形式化或机器模拟,，,并用于控制系统,的分析与设计中，以期在一定程度上实现控制系统的智能化，这就是智能控制。,1,智能控制的基本概念,1,智能控制的基本概念,定义三：智能控制是一类无需人的干预就能够,自主地驱动智能机器,实现其目标的,自动控,制，也是用,计算机模拟人类智能,的一个重要领域。,定义四：智能控制实际只是研究与模拟人类智能活动及其控制与信息传递过程的规律，研制具有,仿人智能的工程控制与信息处理系统,的一个新兴分支学科。,1,智能控制的基本概念,2,智能控制系统的特点,1.,智能系统特点,具有以,知识表示的非数学广义模型,和以,数学模型,表示的,混合制,过程，也往往是那些含有,复杂性、不完全性、模糊性或不确定性,以及不存在已知算法的非数字过程，并以知识进行推理，以启发引导求解过程；,智能控制的核心在,高层控制，即组织级,；,智能控制器具有,非线性特性,；,智能控制具有,变结构特点,；,智能控制器具有,总体自寻优,特性；,智能控制系统应能满足,多样性目标的高性能,要求；,智能控制是一门,边缘交叉,学科；,智能控制是一个,新兴的研究领域,。,2,智能控制系统的特点,2.,智能系统功能特征,学习能力；对未知环境信息识别记忆学习，改善性能,适应性；适应变化的能力,容错性；对故障诊断修复的能力,鲁棒性；抗干扰能力,组织功能；复杂任务分散信息，主动性灵活性,实时性；在线实时响应能力,人机协作；友好的人机界面,3,智能控制的结构理论,智能控制的结构理论明显地具有,多学科交叉,的特点，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。按照,K.S.Fu,（傅京孙）和,Saridis,的观点，智能控制可看作是,人工智能、自动控制和运筹学,三个主要学科相结合的产物，称为三元结构,IC=AIACOR,.,IC,智能控制,(Intelligent Control),；是一个知识处理系统，具有记忆、学习、信息处理、形式语言、启发式推理等功能,.,AI,人工智能,(Artificial Intelligence),；对知识经验的处理。,AC,自动控制,(Automatic Control),；描述系统的动力学特性，是一种动态反馈,.,OR,运筹学,(Operation Research),；是一种定量优化方法，如线性规划、网络规划、调度、管理、优化决策和多目标优化方法等,.,表示交集,.,3,智能控制的结构理论,4,智能控制的研究对象,智能控制的研究对象具备以下的一些特点：,1.,不确定性的模型,智能控制的研究对象通常存在严重的不确定性。这里所说的模型不确定性包含两层意思：一是,模型未知或知之甚少,；二是,模型的结构和参数可能在很大范围内变化,。,2.,高度的非线性,对于具有高度非线性的控制对象，采用智能控制的方法往往可以较好地解决非线性系统的控制问题。,3.,复杂的任务要求,对于智能控制系统，任务的要求往往比较复杂。,4,智能控制的研究对象,智能控制的应用,实际系统由于存在复杂性、非线性、时变性、不确定性和不完全性等，一般,无法获得精确的数学模型,。,应用,传统控制理论,进行控制必须提出并遵循一些比较苛刻的线性化假设，而这些假设在应用中往往,与实际情况不相吻合,。,对于某些复杂的和饱含不确定性的控制过程，根本无法用传统数学模型来表示，即无法解决建模问题。,为了提高控制性能，传统控制系统可能变得很复杂，从而增加了设备的投资，减低了系统的可靠性。,5,智能控制的类型,分级递阶控制系统,（早期，学习控制 智能 自适应）,专家控制系统,（计算机程序系统，知识与经验,）,模糊控制系统,（建模困难，规则,if-then,）,神经网络控制系统,（人脑神经元，前馈 反馈）,遗传算法,（自然选择 基因遗传学）,自适应控制系统,（,参数 辨识、决策、控制）,学习控制系统（,重复输入信号 特定响应 学习中改善）,集成（或者复合）混合控制,（几种智能方法整合 智能法与常规控制结合）,5,智能控制的类型,分级递阶控制系统,分级递阶智能控制是在自适应控制和自组织控制基础上，由美国普渡大学,Saridis,提出的智能控制理论。,有两种,：,基于知识的混合多层智能控制理论,、,遵循,“,伴随智能递降精度递增,”,原则的分级递阶智能控制,。分级递阶智能控制,(Hierarchical Intelligent Control),主要由三个控制级组成，按智能控制的高低分为组织级、协调级、执行级，并且这三级遵循,“,伴随智能递降精度递增,”,原则，其功能结构如下图所示。,5,智能控制的类型,组织级、协调级、执行级,5,智能控制的类型,组织级,(organization level),：组织级通过人机接口和用户,(,操作员,),进行交互，执行最高决策的控制功能，监视并指导协调级和执行级的所有行为，,其智能程度最高,。,协调级,(Coordination level),：协调级可进一步划分为两个分层,:,控制管理分层和控制监督分层。,执行级,(executive level),：执行级的控制过程通常是,执行一个确定的动作,。,5,智能控制的类型,递阶控制系统,的一般原理是把总体问题,P,分解,成有限数量的子问题,Pi.,比如：机器人三级递阶智能控制系统。,高级输入命令,知识,1(,组织级）,传感器协调器 机械臂协调器 视觉协调器,2,（,协调级）,上臂控制 手臂控制,3,(,执行级）,各种传感器 关节 夹手 摄像机,5,智能控制的类型,专家控制系统,（,Expert System,）,专家,指的是那些对解决专门问题非常熟悉的人们，他们的这种专门技术通常源于丰富的经验，以及他们处理问题的详细专业知识。,专家系统,主要指的是一个智能计算机程序系统，其内部含有大量的,某个领域专家水平的知识与经验,，能够利用人类专家的知识和解决问题的经验方法来处理该领域的高水平难题,.,它具有启发性、透明性、灵活性、符号操作、不确定性推理等特点。应用专家系统的概念和技术，模拟人类专家的控制知识与经验而建造的控制系统，称为专家控制系统。,举例,：广泛应用于故障诊断 工业过程 工业设计。,5,智能控制的类型,神经网络控制系统,神经网络,是指由大量与生物神经系统的神经细胞相类似的人工神经元互连而组成的网络；或由大量象生物神经元的处理单元并联互连而成。这种神经网络具有某些智能和仿人控制功能。,学习算法,是神经网络的主要特征，也是当前研究的主要课题,.,学习的概念来自生物模型，它是机体在复杂多变的环境中进行有效的自我调节。神经网络具备类似人类的学习功能。一个神经网络若想改变其输出值，但又不能改变它的转换函数，只能改变其输人，而改变输人的唯一方法只能修改加在输人端的加权系数。,神经网络的学习过程是修改加权系数的过程，最终使其输出达到期望值，学习结束,.,常用的学习算法有：,Hebb,学习算法、,widrow,Hoff,学习算法、,5,智能控制的类型,反向传播学习算法一,BP,学习算法、,Hopfield,反馈神经网络学习算法等。,分类：,前馈：感知器,57,线性,60 BP86 RBF,反馈：,Hopfield Boltzmann Kohonen,举例：分类 拟合 逼近 控制。,5,智能控制的类型,模糊控制系统,模糊控制,的基本思想是用机器去模拟人对系统的控制。它是受这样事实而启发的：对于用传统控制理论无法进行分析和控制的复杂的和无法建立数学模型的系统，有经验的操作者或专家却能取得比较好的控制效果，这是因为他们拥有日积月累的丰富经验，因此人们希望把这种经验指导下的行为过程总结成一些,规则,，并根据这些规则设计出控制器。,5,智能控制的类型,然后运用,模糊理论、模糊语言变量和模糊逻辑推理的知识,，把这些模糊的语言上升为数值运算，从而能够利用计算机来完成对这些规则的具体实现，达到以机器代替人对某些对象进行自动控制的目的。,分类：纯模糊系统 模糊,T,S,模型 自适应模糊逻辑系统。,举例,：模糊洗衣机,(3,维输入,1,维输出,:,输入：脏度，脏物的类型（光学传感器），负载量（负载传感器）,输出：洗衣服的方式（时间、水量、转速、水温）,5,智能控制的类型,自适应控制系统,自适应控制系统是系统在运行中能自动地获取改善系统品质的有关信息并能修正控制系统的结构或参数,使得系统达到所要求的状态,自适应控制系统一般包括基本的,调节控制反馈回路、系统的准则给定,(,包括要求的系统性能指标或最优准则等,),、实时在线辨识和实时修正调整机构,等四部分,.,其工作过程是,:,首先测量系统的输入输出值,根据这些值辨识出系统的动态特性,再与期望的特性比较,从而在自适应机构中决定如何改变控制器的参数和结构,以,1.6,智能控制的类型,保证系统的最优性能,由适应机构输出信号改变控制方式,使被控对象得到合适的控制,因此其工作过程是,:,辨识、决策、控制,.,举例：参数调节 模型校正,学习控制系统,学习是人类的主要智能之一，人类的各项活动也需要学习。在人类的进化过程中，学习功能起着十分重要的作用。学习控制正是模拟人类自身各种优良的控制调节机制的一种尝试。所谓学习是一种过程，它通过重复输人信号，并从外部校正该系统，从而使系统对特定输人具有特定响应。学习控制系统是一个能在其运行过程中逐步获得受控过程,1.6,智能控制的类型,及环境的非预知信息，积累控制经验，并在一定的评价标准下进行估值、分类、决策和不断改善系统品质的自动控制系统。,遗传算法,基于自然选择基因遗传学建立的优化搜索算法。遗传算法是模拟生物的进化过程基因的操作，不要对象的特定知识，也不要对象的搜索空间连续可微，具有全局寻优能力。函数优化，自动控制，图像识别，机器学习。模糊遗传，神经网络遗传。,生物的进化原因：遗传 变异 选择，适者生存，优胜劣汰的原理。遗传算法把原理引入待优化参数的编码串群体中，按照一定的适配值函数,1.6,智能控制的类型,和一系列遗传操作（复制（旧,新），交叉，变异）对个体筛选，使适配值高的个体被留下来，组成新的群体，新的群体含上一代的信息优的个体。重复，适配值最高的为最优解。,适配值,(,通过目标函数计算）生物 能力 生存 生长 繁衍,目标函数 位串的复制淘汰因素,举例：参数辨识。,集成（或者复合）混合控制,几种方法和机制往往结合在一起，用于一个实际的智能控制系统或装置，从而建立起混合或集成的智能控制系统。,举例：模糊专家系统 模糊神经系统 模糊遗传系统,2025/5/31 周六,64,第2节 流程控制,管理流程涉及众多因素,，它们相互关联、复杂多变，有可能牵一发而动全身，因此，在实际工作中，当我们要,改变某些不合要求的因素,时，对,其他有关的因素也要相应调整,，通过,各因素在更高水平的协调匹配,来提高管理系统的整体功能。,2025/5/31 周六,65,第2节 流程控制,一、流程控制要点分析,从控制理论角度来分析，任意一个大系统都要为了实现一定的控制功能而构成一定的流程控制结构。其,控制要点,大体上可以分为两类：,(一)多级流程控制(因地制宜),(二)多段流程控制(因时制宜),2025/5/31 周六,66,第2节 流程控制,一、流程控制要点分析,(一)多级流程控制(因地制宜),图5,6 三级流程控制结构,第三级,第二级,第一级,协调控制,总任务,慢扰动,递阶控制,递阶控制,较快扰动,局部控制,局部控制,局部控制,局部控制,被控对象的流程,快扰动,2025/5/31 周六,67,第2节 流程控制,一、流程控制要点分析,多级流程控制的突出特点,:,按任务或功能,分层,，在各层之间存在着不同的分工。一般说来，层次越高，任务或功能越复杂，干扰的变化也较慢；反之，低层的任务或功能较单纯，干扰的变化也较快。,多级流程控制的要求,:,管理流程要,“,因地制宜,”,对,“,流速,”,区别对待，,低层,必须强调,“,立即就办,”,，,高层,必须慎重行事，,三思而后行,。,2025/5/31 周六,68,第2节 流程控制,一、流程控制要点分析,(二)多段流程控制(因时制宜),图5,7 多阶段流程控制,产量,人数,（可变投入要素投入量）,A,B,第一阶段,（管,“,量,”,区）,第二阶段,（管,“,理,”,区）,第三阶段,（管,“,条件,”,区）,总产量曲线,边际产量曲线,平均产量曲线,O,2025/5/31 周六,69,第2节 流程控制,一、流程控制要点分析,利用边际值与总值、平均值的相互关系，从边际收益递减法则的角度，把工作过程划分为三个阶段：管,“,量,”,区、管,“,理,”,区、管,“,条件,”,区，介绍突出重点的新思路，见图5,7所示。,第一阶段,：在,OA,阶段，总产量、平均产量均呈上升趋势。从管理流程角度来看，,这一阶段的重点,是,增加可变要素投入量，以不断提高产量,，所以可称为管,“,量,”,阶段。,第二阶段,：,A,和,B,之间。总产量上升,_,单位产品的固定成本下降，平均产量下降,-,单位产品的变动成本上升。从管理流程角度来看，,重点是依据有关管理理论确定出最优点，即固定成本的降低量抵消可变成本的上升量,，所以可称为管,“,理,”,阶段。,2025/5/31 周六,70,第2节 流程控制,一、流程控制要点分析,第三阶段,：可变投入要素的数量大于,OB。,总产量下降,_,单位产品的固定成本上升，平均产量下降,-,单位产品的变动成本上升。,要改变这种不经济的状况,，从管理流程角度来看，,重点是改变前提条件,，如生产技术条件、其他要素投入量等，这些条件发生变化，边际收益递减规律就不适用了，所以可称为管,“,条件,”,阶段。,2025/5/31 周六,71,第2节 流程控制,一、流程控制要点分析,“,管理是一种动态交互作用的过程,一旦时间点转移，组织特性、管理者核心任务可能产生重大的改变,”,，这就要求管理流程要,“,因时制宜,”,，在不同的工作阶段，应适时调整流程控制的重点,。,2025/5/31 周六,72,第2节 流程控制,二、流程控制的基本类型,流程控制的基本类型有三种：,连续型,非连续型,混合型,2025/5/31 周六,73,第2节 流程控制,二、流程控制的基本类型,连续型,又称为流水型(,waterfall)，,其特点是第一阶段完成后，,才能,进入第二阶段，当进行到第二阶段时，就,不能,再回到第一阶段作业。因此，每阶段应有明确的作业范围，在每一阶段完成后，应执行必要的评价，加以确认。也就是说，要一步一个脚印，不准走回头路。,这种流程设计，只适用于,简单问题工作程序,的安排(见图5,8)。,2025/5/31 周六,74,第2节 流程控制,二、流程控制的基本类型,