工程机械智能化的研究与进展.ppt

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工程机械智能化的研究与进展工程机械智能化的研究与进展Research&DevelopmentForIntellectualizationofEngineeringMachinery报告人蔡自兴教授2007年11月1日1Introduction引言引言小书展小书展2中国工程院首中国工程院首任院长、原全任院长、原全国政协副主席国政协副主席宋健院士在担宋健院士在担任国务委员兼任国务委员兼国家科委主任国家科委主任时赐寄的题词时赐寄的题词（1993年）年）34蔡自兴编著的智能控制及相关教材蔡自兴编著的智能控制及相关教材国内外首部关国内外首部关于智能控制的于智能控制的系统著作，全系统著作，全国统编教材国统编教材（1990）获全国第三届获全国第三届优秀教材（电优秀教材（电子类）一等奖子类）一等奖（1996）5国际首部智国际首部智能控制系统能控制系统英文专著英文专著（Singapore-NewJersey1997）6中国国防工中国国防工业系统出版业系统出版基金支持出基金支持出版专著（自版专著（自译于英文译于英文1998）戴汝为作序戴汝为作序7智能控制智能控制第二版第二版（2004）8智能控制智能控制（AI-Based（AI-BasedControl）Control）研究生用书研究生用书2005吴启迪作序9国家教育部吴启迪副部长为人工智能控制作序10智能控制智能控制本科生用书本科生用书2007200711智能控制智能控制研究生用书研究生用书2007200712智能控制智能控制第二版第二版（20072007年年重装版）重装版）13我国首部具我国首部具有自主知识有自主知识产权的人工产权的人工智能著作智能著作（1987）平装版平装版KSFu作序作序14我国首部具我国首部具有自主知识有自主知识产权的人工产权的人工智能著作智能著作（1987）精装版精装版KSFu作序作序15我国首部具我国首部具有自主知识有自主知识产权的人工产权的人工智能著作智能著作（1992）海外翻译版海外翻译版16人工智能及人工智能及其应用，第其应用，第二版二版（1996）获国家教育获国家教育部科技进步部科技进步一等奖一等奖（1998）李衍达作序李衍达作序17人工智能及人工智能及其应用，第其应用，第二版二版（1996）获国家教育获国家教育部科技进步部科技进步一等奖一等奖（1998）封底封底18人工智能人工智能及其应用及其应用第二版第二版（1996）改装版改装版（2002）19人工智能人工智能及其应用及其应用第三版第三版本科生用书本科生用书（2003）李衍达作序李衍达作序20人工智能人工智能及其应用及其应用第三版第三版研究生用书研究生用书（2004）吴文俊吴文俊和和李衍达作序李衍达作序21国家教育部国家教育部优秀优秀网络课程网络课程配套教材配套教材（2005）22为部队研究生班专门编著人工智能及在军人工智能及在军事中的应用事中的应用国防科学技术大学出版社200623我国首部关我国首部关于智能机器于智能机器人系统专著人系统专著（1988）入选入选中国中国优秀科技图优秀科技图书要览书要览（1990）张钟俊作序张钟俊作序24机器人学机器人学（2000）获全国高校获全国高校优秀教材优秀教材一等奖一等奖（2002）宋健宋健和和张启先作序张启先作序25中美合著中美合著专家系统专家系统新著新著（2005）262728向三一重工赠书（三部获国家级一等奖的著作）29PartIPartI智能控制基本知识智能控制基本知识ABCofIntelligentControl30智能控制采用各种智能化技术实现复杂系统和其它系统的控制目标，是一种具有强大生命力的新型自动控制技术。

智能控制获得日益广泛的应用（包括在工程机械方面的应用），是历史发展的必然，是不以人的意志为转移的。

传统控制理论，包括经典反馈控制、近代控制和大系统理论等，在应用中遇到不少难题。

实现控制系统的智能化，是自动控制解决面临的难题的方法之一。

311.1人工智能（ArtificialIntelligence）1.1.1人工智能的定义与发展（DefinitionandDevelopmentofAI）智能机器（IntelligentMachine）定义1.1能够在各类环境中自主地或交互地执行各种拟人任务（anthropomorphictasks）的机器。

人工智能（AIforDiscipline）定义1.2人工智能（学科）是计算机科学中涉及研究、设计和应用智能机器的一个分支。

它的近期主要目标在于研究用机器来模仿和执行人脑的某些智力功能，并开发相关理论和技术。

人工智能（AIforAbility）定义1.3人工智能（能力）是智能机器所执行的通常与人类智能有关的智能行为，如判断、推理、证明、识别、感知、理解、通信、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动。

32人工智能的起源与发展孕育期（1956年前）数理逻辑智能是可计算的形成期（19561970年）Dartmouth大学的研讨会发展期（19701987年）专家系统的开发与应用成长期（1987至今）机器学习、自然语言处理、智能网络331.1.2人类智能与人工智能（HumanIntelligentandAI）智能信息处理系统的假设人的心理活动具有不同的层次，它可与计算机的层次相比较，如下图：

思维策略初级信息处理生理过程计算机程序计算机硬件计算机语言人类计算机34认知过程研究认知过程的主要任务是探求高层次思维决策与初级信息处理的关系，并用计算机程序来模拟人的思维策略水平，而用计算机语言模拟人的初级信息处理过程。

当人受到外界刺激，处于某一特定状态的机体时，便发生变化，即TT+1xx+xx=f（S,R）计算机也以类似的原理进行工作。

351.2智能控制的进展（AdvancesofIntelligentControl）1.2.1自动控制的机遇与挑战（OpportunityandChallengeofIC）传统控制理论在应用中面临的难题包括*许多实际系统无法建立精确的数学模型*许多假设与实际不相吻合*许多系统根本无法建立数学模型等1986年9月，美国国家科学基金会及电气与电子工程师学会（IEEE）控制系统学会在加利福利亚州桑托卡拉拉大学联合组织了一次名为“对控制的挑战”的专题研讨会，发表了“对控制的挑战集体的观点”的对自动控制发展问题的“宣言书”。

36面临挑战的领域面临挑战的原因*科技问题的互相影响和互相促进（如计算机，AI和IC）*当前和未来应用的需求（如空间、海洋、机器人应用）*基本概念和时代思潮的推动（如互联网、NN机制、非传统模型）控制工作者的任务*扩展视野，发展新的控制理论和方法*采用非完全和不甚正确的模型*采用离散事件驱动的动态系统和完全断续的系统面临难题的解决途径人工智能的产生和发展为自动控制系统的智能化提供有力支持。

人工智能影响了许多具有不同背景的学科，它的发展已促进自动控制向着更高的水平智能控制发展。

371.2.2自动化与人工智能（AutomationandAI）自动化与人工智能的关系在初期的自动机器中，只采用开环控制和单一操作。

当采用外部反馈控制和专用程序时，分别出现了自动化机器和数控机器人工智能关注的是智能行为，首先是那些含有复杂性、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。

与传统计算机程序设计不同，人工智能是以知识为基础的、总是涉及搜索并应用启发方法引导求解过程获得满意的解答。

381.2.3智能控制的发展（DevelopmentofIntelligentControl）自动控制的发展智能控制是人工智能和自动控制的重要部分和研究领域，人工智能的发展促进自动控制向智能控制发展。

39智能控制学科的形成1985年8月，IEEE在美国纽约（RPI,Troy,NewYork）召开了第一届智能控制学术讨论会。

会上集中讨论了智能控制原理和智能控制系统的结构。

这次会议之后不久，在IEEE控制系统学会内成立了IEEE智能控制专业委员会，并了对智能控制定义和研究生课程教学大纲的讨论。

1987年1月，在美国费城（Philadelphia,Pennsylvania）由IEEE控制系统学会与计算机学会联合召开了智能控制国际会议401.3智能控制的定义、特点与一般结构（Definition,FeaturesandGeneralArchitectureofIC）1.3.1智能控制的定义与特点（DefinitionandFeaturesofIC）智能控制的定义定义1.13智能机器（IntelligentMachine）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。

定义1.14自动控制（AutomaticControl）自动控制是能按规定程序对机器或装置进行自动操作或控制的过程。

定义1.15智能控制（IntelligentControl）智能控制是驱动智能机器自主地实现其目标的过程。

定义1.16智能控制系统（IntelligentControlSystem）用于驱动自主智能机器以实现其目标而无需操作人员干预的系统叫智能控制系统。

41智能控制的特点同时具有以知识表示的非数学广义模型和以数学模型（含计算智能模型与算法）表示的混合控制过程混合控制过程。

智能控制的核心在高层控制核心在高层控制，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。

智能控制是一门边缘交叉学科边缘交叉学科。

智能控制的发展需要各相关学科的配合与支援，同时也要求智能控制工程师是个知识工程师。

智能控制是一个新的研究领域新的研究领域。

无论在理论上或实践上它都还很不成熟、很不完善，需要进一步探索与开发。

421.3.2智能控制器的一般结构（GeneralArchitectureofICIntelligentController）431.4智能控制的结构理论StructuralTheoriesofIC智能控制结构理论的科学问题从学科体系上研究智能控制的构成问题了解提出各种智能控制结构理论的背景掌握各种智能控制结构理论的中心思想初步了解提出各种智能控制结构理论的学者各种结构理论的出发点与要点二元结构三元结构四元结构理解把信息论做为智能控制一个子集的理由444546一部智能机一部智能机器人系统英器人系统英文专著文专著（McGraw-Hill,1987）47481.4.1二元结构理论二元结构理论（2-elementStructuralTheory）1.二元结构的提出二元结构的提出傅京孙傅京孙（King-SunFu）（King-SunFu）于于19711971年提出把智能控制作为年提出把智能控制作为人工智能和自动控制的交接领域。

人工智能和自动控制的交接领域。

（Q2Q2）傅京孙院士简历傅京孙院士简历（1930-1985）美籍华裔科学家和教育家美籍华裔科学家和教育家,国际公认的模国际公认的模式识别、图像处理、人工智能和智能控制式识别、图像处理、人工智能和智能控制专家。

浙江丽水人，专家。

浙江丽水人，19301930年年1010月出生于南月出生于南京。

京。

19531953年在台湾大学电机工程系毕业，年在台湾大学电机工程系毕业，19551955年获加拿大多伦多大学科学硕士学位，年获加拿大多伦多大学科学硕士学位，19591959年获美国伊利诺大学博士学位。

年获美国伊利诺大学博士学位。

491959-19601959-1960年为美国波音飞机公司研究工程师。

年为美国波音飞机公司研究工程师。

19611961年始任教于普渡大学电机工程系，达年始任教于普渡大学电机工程系，达2323年，历年，历助教、副教授、教授。

助教、副教授、教授。

19711971年，被选为美国电机及电子工程师学会年，被选为美国电