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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,*,*,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,*,*,2025/9/17 周三,前言,传统控制面临的问题,传统的控制系统的设计与分析是建立在已知系统精确数学模型基础上的，而实际的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特点，一般无法获得精确的数学模型；,研究这类系统的时候，必须提出并遵循一些比较苛刻的假设，而这些假设在实际中往往与实际不符合；,对于某些复杂且具有不确定性的对象，根本无法以传统的数学模型来表示，即无法解决建模的问题；,为了提高性能，传统的控制可能变得很复杂，从而增加了设备的初始投资和维修费用，降低了系统的可靠性；,2025/9/17 周三,人工智能研究的三大主要学派,符号主义,联接主义,进化主义,2025/9/17 周三,符号主义,联接主义,进化主义,模糊数学,人工神经网络,遗传算法,模糊控制,神经网络控制,基于,GA,的优化控制,优点、问题,优点、问题,优点、问题,融合,融合,2025/9/17 周三,智能控制的研究对象的特点,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。,2025/9/17 周三,几种典型的智能控制方法,分层递阶智能控制的一般结构原理。,专家控制的基本组成和特点。,简述基于模式识别的学习控制的基本思路。,2025/9/17 周三,分层递阶智能控制,组织级,协调级,执行级,对象,智能递增,精度递增,2025/9/17 周三,专家控制,知识库,规则库,数据库,推理机,解释程序,调度程序,知识获取,推理咨询,领域专家,系统用户,2025/9/17 周三,基于模式识别的学习控制,2025/9/17 周三,仿人智能控制,特征辨识；,特征记忆；,决策模态；,2025/9/17 周三,模糊集基本概念,模糊交、模糊并,模糊截集,模糊集合的并集,(Union),模糊集合的交集,(intersection),2025/9/17 周三,截集,(-Cut),模糊集合的截集是一个清晰集，它包含了中所有隶属于的隶属度值大于等于的元素，即,1,-1,1,2025/9/17 周三,练习题,试证明摩根定律,2025/9/17 周三,模糊合成运算,Min-Max合成运算,。,2025/9/17 周三,2025/9/17 周三,模糊控制,标准模糊模型，其特点是规则的前件和后件都是用模糊变量来描述的,Rule,i,:If,x,is,A,Then,y,is,B,T-S,模糊模型,第,i,条规则如下,2025/9/17 周三,模糊控制中的基本术语,模糊控制,fuzzy control,；,隶属度,membership degree,；,模糊推理,:fuzzy inference,；,隶属函数,:membership function,；,2025/9/17 周三,基于标准模糊模型的控制,模糊化接口,Fuzzification,推理机,Inference mechanism,规则库,Rule-base,反模糊化接口,Defuzzification,2025/9/17 周三,模糊化接口,推理机,反模糊化接口,规则库,精确值,模糊值,模糊值,精确值,2025/9/17 周三,Mamdani,型模糊控制器设计方法,步骤一、选择模糊控制器的输入和输出,步骤二、设计隶属度函数,步骤三、设计控制规则,步骤四、设计模糊推理,步骤五、设计反模糊化方法,步骤六、仿真尝试,步骤七、根据仿真结果调整参数，直至达到满意的效果。,2025/9/17 周三,推理,规则匹配,表示一种,“,and,”,运算，常用的是,“,取小,”,和,“,乘积,”,规则选择的原则,物理意义：体现了规则的匹配程度,2025/9/17 周三,推理,乘积推理,根据每一条规则来进行推理,得出了属于每条规则输出的隶属程度,2025/9/17 周三,几种反模糊化方法比较,COG,COA,MAX,言之有据,是,是,是,计算简便,否,是,是,连续性,是,是,否,2025/9/17 周三,例：,If e is NL and de/dt is NS,Then u is PL,If e is NL and de/dt is Z,Then u is PL,If e is NS and de/dt is NS,Then u is PL,If e is NS and de/dt is Z,Then u is PS,If e is-2 and de/dt is-1,Then u is 2,If e is-2 and de/dt is 0,Then u is 2,If e is-1 and de/dt is-1,Then u is 2,If e is-1 and de/dt is 0,Then u is 1,2025/9/17 周三,控制规则表,-2,-1,0,1,2,-2,2,2,2,1,0,-1,2,2,1,0,-1,0,2,1,0,-1,-2,1,1,0,-1,-2,-2,2,0,-1,-2,-2,-2,2025/9/17 周三,推理方式,采用,COA,反模糊化方法,2025/9/17 周三,基于,TS,模糊模型的控制,T-S,模糊模型的形式和特点,并联分布补偿控制方法,(PDC),的基本思想,稳定性分析定理,2025/9/17 周三,T-S,模糊模型的形式和特点,第,i,条规则如下,采用单点模糊化、乘积推理、中心平均反模糊化方法，计算系统输出：,其中,2025/9/17 周三,例,1,Rule1:,Rule2:,2025/9/17 周三,例,1,隶属函数,f(x),A1,A2,2025/9/17 周三,模糊系统稳定性分析,定理,1,：对于连续模糊模型，其第,i,条规则如下：,如果存在一个公共的正定矩阵,P,，对于所有的子系统均有,则模糊系统的平衡状态是全局渐进稳定的。,其中，,2025/9/17 周三,证明：考虑如下,Lyapunov,函数,2025/9/17 周三,模糊控制器设计,对于由,r,条规则构成的连续时间模糊模型，其第,i,条规则如下：,模糊全局系统方程如下：,其中，,2025/9/17 周三,设计控制器也由,r,条规则组成,其中第,i,条规则如下：,模糊控制器输出为：,其中，,2025/9/17 周三,闭环系统模型如下,定理,2,：上述模糊系统为渐近稳定的充分条件为存在一个公共的正定矩阵,P,，,使得下式对于 均成立,2025/9/17 周三,模糊控制是不是,“,模模糊糊的控制,”,？,模糊,PID,控制器的性能是否一定优于传统的,PID,控制器？,2025/9/17 周三,神经元网络控制,前馈神经网络,(,感知机，,BP,网络,),反馈神经网络,(Hopfield),模糊神经网络,2025/9/17 周三,常用术语,人工神经网络,Artificial Neural Network,；,反向传播算法,Back Propagation Algorithm,；,反向传播神经网络：,Back Propagation Neural Network,；,感知机：,Perceptron,2025/9/17 周三,感知机,单神经元感知机,(,例,),实现,“,与门,”,逻辑,设计感知机结构：两个输入，一个神经元，一个输出,2025/9/17 周三,感知机,单神经元感知机,(,例,),设计边界向量,（,-1,，,1,）,设计与边界向量正交的权向量,选择偏置量,输出,验证,2025/9/17 周三,3.1.3,感知机的学习,初始值怎么产生,?,随机产生,如何判断是否能分类,?,计算感知机输出是否和目标相同。,如果不能正确分类往什么方向旋转,?,旋转多少,?,如何判断修正的效果,?,如何决定终止？,所有模式都满足,。,2025/9/17 周三,3.1.3,感知机的学习,（,1,）随机给定一组初始权值,W,0,和偏移向量,b,0,（,2,）取样本 ，将输入带入感知机中计算输出,a.,并构造误差,e=t,1,-a,（,3,）按照如下规则修正权值,（,4,）在样本集中选择另一个样本，重复步骤,(2-4),直至,2025/9/17 周三,反馈神经网络,求取下面函数的最小值,能量下降的方向,用一个网络来描述,2025/9/17 周三,模糊神经网络,第一层：输入层，该层各个节点与输入向量各个分量连接。,第二层：每个节点代表一个语言变量值，执行模糊化功能；,第三层：每个节点代表一条模糊规则，用来计算适用度；,第四层：对适用度进行归一化处理；,第五层：反模糊化运算,2025/9/17 周三,模糊神经网络,2025/9/17 周三,神经元网络,PID,控制,PID,控制器在控制工程中应用非常广泛。,数字,PID,控制器通常具有如下两种形式,2025/9/17 周三,基本思想,系统包括神经元网络辨识器,NNI,和神经元网络,PID,控制器,NNPID,利用神经元网络,NNI,逼近实际对象；,以,NNI,的输出作为参考和预测，调节,NNPID,的控制参数,2025/9/17 周三,遗传算法,(Genetic Algorithm),用遗传算法对模糊控制器进行优化的基本思路。,用遗传算法对神经网络进行优化的基本思路。,遗传算法中的四个基本操作的含义,2025/9/17 周三,遗传算法实现的基本步骤,2025/9/17 周三,新年赠言,方向比努力重要,;,能力比知识重要,;,健康比成绩重要,;,生活比文凭重要,;,情商比智商重要,!,2025/9/17 周三,祝各位新年快乐！,考试顺利！,