智能操纵技术.docx

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智能操纵技术

IntelligentControlTechnology

Intelligentcontroltechnologyandapplications

JingjingWANG

JiangxiUniversityofFinance,330013,Nanchang,China

Email

Abstract:

Thispapermainlyintroducesthemainmethodofintelligentcontroltechnology,andintroducestheapplicationintheprofessions.Fornearly20yearsofintelligentcontroltechnologyareanalyzed,andthepresentdetaileddiscussiononthefuzzycontrolandneuralnetworkcontrol,learntocontrolthethreeintelligentcontroltechnologydevelopmenthistoryandhotspot.Willthepopularizationandapplicationofthetechnologyofintelligentcontrolandautomationmajorundergraduatecourseteachingarediscussed.Intelligentcontroltheorydiscussionsectionforcontroltheoryisintroducedbriefly,simple,discussesthecharacteristicsofintelligentcontroltheory,thestructureoftheintelligentcontrollerbasedonengineeringtotheexistingproblemsinthereasonabledesignoffuzzycontrollerandtheadaptivefuzzycontroller,thecontroleffectisachievedsatisfactory.Severaldayafterthepapercombiningwithactualproduction.

."Intelligent"lightingtechnologydiscusseswiththeriseofintelligentbuilding,"intelligent"lightingtechnologyrapiddevelopment,thedevelopmentoflightingtechnologyandbecomeanimportantdirection.Intelligentlightingcontrolsystemfortheadvantagesanddisadvantages,accordingtopeople'sbehaviorpatternsandtheresidentialenvironmentofthelight,lightingcontrollawsforresidentialintelligentlightingcontrolsystemofintelligentbuildingdevelopment,improvingpeople'squalityoflifehasthevitalsignificance.Thepaperbrieflydescribesgeneralvisualfeatures,humansfromtheobjective,residentialilluminationlighting,lightingthewaydeterminestandard,light,oflampsandlanternschoosestheaspectsofresidentiallightingdesignmethods,andgivesthetypicalcomfortalbleeachroomlightingdesign.Andinanylighting.

Intelligentcontroltechnologyintheshadingdevicesontheapplicationofthemodernbuildinglarge-scaleverticalshuttershadeapplicationsofintelligentbuildingtechnology,thusreducingthecold,heatload.Mainlyintroducesshaftshuttershadesummersunshade,winterlightingsystemoftheoperationprincipleandintelligentcontroltechnologyintheshadingdevices.

Intelligentcontroltechnologyanditsindustrialapplicationperiodfromunstructured,uncertaintyandautonomyareanalyzedintermsofconventionalcontrol,intelligentcontroltechnologyarebrieflyreviewedthegenerationanddevelopment,Introducestheindustrialintelligentcontrolsystemfunctionstructure,test,communication,datatransformationanddecision-making,drivefromfouraspectsofintelligentcontrolareanalyzed,andthefuturedevelopmentofvisionandobjectivesandtasks,Anapplicationofintelligentcontrolsystemmodelingandinformationacquisition,thedynamiccontrolmodel,sothatthecommonaccordingtospecificapplicationbackgrounddesignvariousindustrialintelligentcontrolsystem.

Keywords:

template;ormat;SRP;academicconference;proceedingsluminousenvironment;residentiallighting;intelligentcontrol;illuminationcalculation;Verticalshutterdevice;shading;daylighting;energy-saving;industrialapplication

智能操纵技术

智能操纵技术的进展及应用

￥￥￥

江西财经大学，南昌，中国，330013

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摘要:

本本文要紧介绍了智能操纵技术的要紧方式，并介绍了智能操纵在各行各业中的应用。

对近20年的智能操纵技术的现状作了分析,并详细论述了模糊操纵、神经网络操纵、学习操纵三大智能操纵技术的进展历史和研究热点。

就智能操纵技术的推行应用并结合自动化专业本科教学进行了讨论。

智能操纵理论的探讨一节对操纵理论作了简要概述,简单介绍智能操纵的特点,探讨智能操纵器的结构理论,以便依照工程操纵中存在的问题,设计出合理的模糊操纵器和模糊自适应操纵器,达到中意的操纵成效。

论文后几节结合实际生产生活中智能操纵技术的应用实例来进行讨论。

要紧分成“智能”照明技术、智能操纵技术在遮阳装置上的应用、智能操纵技术及其工业应用三个部份来进行论述。

“智能”照明技术论述了随着智能建筑的兴起，“智能”照明技术迅速进展，成为照明技术进展的又一个重要方向。

针对现有智能照明操纵系统的优、缺点，依照人们的行为模式和住宅的光环境决定照明的操纵规律，研制住宅智能照明操纵系统对智能建筑的进展、提高人们的生活质量具有重要的意义。

论文简要论述了人类的一样视觉特性，从照明的目的、住宅照度标准、照明方式的确信、光源的选择、灯具的选用等方面研究了住宅照明设计的经常使用方式，而且给出小康住宅各房间的典型照明设计。

并提出在进行任何的照明设计时，必需第一分析所进行活动需要的视觉信息，使得照明系统实现视觉需求的光环境，同时节约能源，实现绿色照明。

论文分析了现有经常使用的几种智能照明操纵方式的操纵原理，优、缺点，利用处合，和在利用中应注意的事项；分析了经常使用室内照度计算的几种方式（逐点法、利用系数法、单位容量法）的特点和适用范围，设计了某一路居室的照明系统；并提出小康住宅智能照明操纵系统的系统功能。

通过调试和试运行，该系统完全能够实现设计的系统功能。

住宅智能照明操纵系统随着人们生活水平的提高将会有广漠的应用前景。

智能操纵技术在遮阳装置上的应用论述了现代大厦应用大型竖百叶智能遮阳技术，从而降低建筑物的冷、热负荷。

重点介绍了竖百叶遮阳系统夏日遮阳、冬季采光的运行原理及智能操纵技术在遮阳装置上的应用。

智能操纵技术及其工业应用一节从非结构化、不确信性和自主性方面分析了常规操纵的局限,简要回忆了智能操纵技术的产生和进展;介绍了工业智能操纵系统的功能结构,分检测、通信、数据转换和决策、驱动4个方面分析了智能操纵以后进展的愿景、目标和任务;给出了应用智能操纵进行信息获取、系统建模和动态操纵的常见模式,以便依照具体应用背景设计各类工业智能操纵系统。

关键词:

自动化；智能操纵应用；模糊操纵；神经网络操纵；学习操纵；光环境；住宅照明；智能操纵；照度计算；竖百叶装置；遮阳；采光；节能；智能操纵工业应用

1引言

自从1932年奈魁斯特提出反馈放大器稳固性理论以来,操纵理论和技术已经历了单输入单输出系统的经典操纵论和多输入多输出系统的现代操纵论两个时期。

随着被操纵对象愈来愈复杂化,其非线性、不确信性因素的阻碍也不断增强。

借助于数学模型描述和分析的传统操纵理论难以解决此类复杂系统的操纵问题。

因此,世界各国操纵理论界的学者都在探讨成立新一代的操纵理论,以解决复杂系统的操纵问题。

近30年以来人工智能、知识工程、模糊逻辑、神经网络、遗传学习等学科的进展为利用人类的智能行为对复杂系统进行操纵制造了有利的条件,并慢慢形成和完善了智能操纵的相关理论。

同时,微电子技术、集成电路技术、运算机机技术的快速进展,尤其是微处置器的计算能力、实时性等方面的明显冲破,为这些新理论的应用提供技术保证。

能够预言,借助于数字操纵技术的智能操纵器已经或正在愈来愈多的领域替代传统模拟操纵器。

同时咱们必需注意到,智能操纵器是通过模拟人的操纵行为,如自适应、学习、在确信环境下的计划、逻辑推理和判定等,来达到对复杂系统的有效操纵。

因此，它所涉及的领域相当普遍,如人工智能、生物科学、脑神经科学、专家系统、知识工程、操纵论、模糊集理论、神经网络理论、运筹学等。

目前还无法正确完整地对智能操纵下概念。

可是智能操纵系统必需具有模拟人类学习和自适应能力的观点已经普遍同意。

智能操纵成为自动操纵学科的前沿学科已是不争的事实。

本文将对智能操纵技术的进展现状、智能操纵新技术给咱们带来的启发进行讨论。

随着信息技术的进展，许多新方式和技术进入工程化、产品化时期，这对自动操纵技术提出犷新的挑战，增进了智能理论在操纵技术中的应用，以解决用传统的方式难以解决的复杂系统的操纵问题。

2智能操纵技术的研究概况

智智能操纵是常规操纵的一个延伸和进展。

在过去的几十年中，常规操纵专门是基于状态空间方式的现代操纵理论，在理论上取得了辉煌的进展，而且已经在航空操纵等领域取得了成功的应用。

可是，由于严峻依托于操纵对象模型的精准性，使得现代操纵理论在处置难以成立精准数学模型的一些复杂工业进程和系统时，显示出了严峻的不适应性和局限性。

为了解决这种实际操纵问题，一方面需要不断地完善现代操纵理论，推动鲁棒操纵、变结构操纵和自适应操纵等理论和方式的研究，另一方面需要开辟新的操纵思路和操纵途径，促使智能操纵作为操纵领域的一个新的分支不断进展。

此刻，随着智能操纵在众多工程领域里的成功应用，它已经成为操纵理论和技术领域中最富于魅力和最具应用性的分支之一，受到了操纵工程师们的普遍关注。

一样以为，智能操纵是指那些具有某些智能性拟人的超级规操纵。

这些拟人功能包括知识与体会的表示功能、学习功能、推理功能、适应功能、组织功能、容错功能等。

智能操纵的操纵对象一般是具有多方面复杂特性的系统或进程，这种系统或进程的要紧特点表现为高度的不确信性、高度的非线性和高度复杂的任务要求，而采纳常规的操纵方式和手腕难以取得中意的操纵性能，或全然无法实现有效的操纵。

智能操纵技术进展方向要紧有基于人工智能技术的智能操纵方向、智能操纵的模糊操纵方向和智能操纵的人工神经网络操纵方向，在智能操纵的人工神经网络操纵方向上，基于人工神经网络和模糊逻辑有机结合的神经模糊技术，已成为最近几年来的一个热点课题。

3智能操纵的要紧方式

智能操纵技术的要紧方式有模糊操纵、基于知识的专家操纵、神经网络操纵和集成智能操纵等,和经常使用优化算法有:

遗传算法、蚁群算法、免疫算法等。

模糊操纵

模糊操纵以模糊集合、模糊语言变量、模糊推理为其理论基础,以先验知识和专家体会作为操纵规那么。

其大体思想是用机械模拟人对系统的操纵,确实是在被控对象的模糊模型的基础上运用模糊操纵器近似推理等手腕,实现系统操纵。

在实现模糊操纵时要紧考虑模糊变量的隶属度函数的确信,和操纵规那么的制定二者缺一不可。

专家操纵

专家操纵是将专家系统的理论技术与操纵理论技术相结合,仿效专家的体会,实现对系统操纵的一种智能操纵。

主体由知识库和推理机构组成,通过对知识的获取与组织,按某种策略适时选用适当的规那么进行推理,以实现对操纵对象的操纵。

专家操纵能够灵活地选取操纵率,灵活性高;可通过调整操纵器的参数,适应付象特性及环境的转变,适应性好;通过专家规那么,系统能够在非线性、大误差的情形下靠得住地工作,鲁棒性强。

神经网络操纵

神经网络模拟人脑神经元的活动,利用神经元之间的联结与权值的散布来表示特定的信息,通过不断修正连接的权值进行自我学习,以逼近理论为依据进行神经网络建模,并以直接自校正操纵、间接自校正操纵、神经网络预测操纵等方式实现智能操纵。

学习操纵

（1）遗传算法学习操纵

智能操纵是通过运算机实现对系统的操纵,因此操纵技术离不开优化技术。

快速、高效、全局化的优化算法是实现智能操纵的重要手腕。

遗传算法是模拟自然选择和遗传机制的一种搜索和优化算法,它模拟生物界/生存竞争,优胜劣汰,适者生存的机制,利用复制、交叉、变异等遗传操作来完成寻优。

遗传算法作为优化搜索算法,一方面希望在宽广的空间内进行搜索,从而提高求得最优解的概率;另一方面又希望向着解的方向尽快缩小搜索范围,从而提高搜索效率。

如何同时提高搜索最优解的概率和效率,是遗传算法的一个要紧研究方向。

（2）迭代学习控制

迭代学习操纵仿照人类学习的方式、即通过量次的训练,从体会中学会某种技术,来达到有效操纵的目的。

迭代学习操纵能够通过一系列迭代进程实现对二阶非线性动力学系统的跟踪操纵。

整个操纵结构由线性反馈操纵器和前馈学习补偿操纵器组成,其中线性反馈操纵器保证了非线性系统的稳固运行、前馈补偿操纵器保证了系统的跟踪操纵精度。

它在执行重复运动的非线性机械人系统的操纵中是相当做功的。

4智能操纵理论的探讨

智能操纵是驱动智能机械自主地实现其目标的进程。

或说,智能操纵是一类无需人的干与就能够够独立地驱动机械实现其目标的自动操纵。

智能操纵系统是用于驱动自主智能机械以实现其目标而无需操作人员干与的系统,这种系统必需具有智能调度和执行等能力,智能操纵系统的理论基础是人工智能、操纵论、运筹学和信息论等学科的交叉。

智能操纵的特点

同时具有以知识表示的非数学广义模型和数学模型表示的混合操纵进程,也往往是那些含有复杂性、不完全性、模糊性或不确信性和不存在已知算法的非数字进程,并以知识进行推理以启发来引导求解进程。

因此,在研究和设计智能操纵系统时,不是把要紧注意力放在对数学公式的表达、计算和处置上,而是放在对任务和世界模型（Worldmodel）的描述、符号和环境的识别和知识库和推理机的设计开发上。

也确实是说,智能操纵系统的设计重点不在常规操纵器上,而在智能机模型上。

智能操纵的核心在高层操纵,即组织级。

高层操纵的任务在于对实际环境或进程进行组织,即决策和计划,实现广义问题求解。

为了实现这些任务,需要采纳符号信息处置、启发式程序设计、知识表示和自动推理和决策等相关技术。

这些问题的求解进程与人脑的思维进程具有必然相似性,即具有不同程度的“智能”。

固然,低层操纵级也是智能操纵系统必不可少的组成部份,只是,它属于常规操纵系统,因此不属于智能操纵研究范围。

智能操纵是一门边缘交叉学科。

事实上,智能操纵涉及更多的相关学科。

智能操纵的进展需要各相关学科的配合与支援,同时也要求智能操纵工程师是个知识工程师（KnowledgeEngineer）。

美国国家工程科学院院士傅京孙教授曾经指出:

“模式识别必需与人工智能相结合才能有更大的进展”。

他的这一观点可推行至自动操纵。

也确实是说:

自动操纵必需与人工智能相结合,才能有更大的进展。

咱们已经发觉它们的结合点。

此刻咱们的任务确实是要抓住那个结合点,尽力把智能操纵的研究与应用进展到一个新的水平。

智能操纵是一个新兴的研究领域。

不管在理论上或实践上,它都还很不成熟、很不完善,需要进一步探讨与开发。

咱们需要在智能操纵方面寻觅更好的相关理论,对现有理论进行修正,以期使智能操纵取得更好更快的进展。

智能操纵器的一样结构

操纵工程师正在实现以后的操纵系统,从任务形式化开始,至驱动器操作止。

好久一段时刻内,操纵进程设计被明白得为系统各参数的综合。

后来,愈来愈清楚地熟悉到,操纵进程是系统模型和实际结构的综合。

此刻,更进一步明确了,那个综合包括任务形式化进程。

另外,对任务集合的和谐也是设计的一个组成部份。

智能操纵器的设计具有以下特点:

（1）具有以微积分（DIC）表示和以技术应用语言（LTA）表示的混合系统方式;

（2）采纳不精准的和不完全的装置分层（级）模型;

（3）含有由多传感器递送的分级和不完全的外系统知识,并在学习进程中不断加以辨识、整理和更新;

（4）把任务协商作为操纵系统和操纵进程的一部份来考虑。

在上述的基础上,咱们能够给出智能操纵器的一样结构,如图1所示。

智能操纵的结构理论

自从傅京孙1971年提出把智能操纵作为人工智能和自动操纵的交接领域以来,许多研究人员试图成立起智能操纵这一新学科。

他们提出了一些有关智能操纵系统结构的思想,有助于对智能操纵的进一步熟悉。

智能操纵具有十分明显的跨学科结构特点。

智能操纵分为二元交集结构、三元交集结构和四元交集结构,它们别离由以下交集表示:

图1　智能操纵的一样结构

IC=AI∩AC

IC=AI∩AC∩OR

IC=AI∩AC∩IT∩OR

也可用离散数学和人工智能中经常使用的谓词公式之合取来表示上述各类结构:

IC=AI∧AC

IC=AI∧AC∧OR

IC=AI∧AC∧IT∧OR

AI表示人工智能（Artificialintelligence）;AC表示自动操纵（AutomaticControl）;OR表示运筹学（OperationResearch）;IT表示信息论（InformationTheory或Informatics）;IC表示智能操纵（Intelli-gentControl）;∩表示交集;∧表示“与”符号。

二元结构

傅京孙曾对几个与自学习操纵有关的领域进行了研究。

这些研究领域是:

（1）含有拟人操纵器的操纵系统;

（2）含有人—机操纵器的操纵系统;

（3）自主机械人系统。

为了强调系统的问题求解和决策能力,他用“智能操纵系统”来包括这些领域。

他指出“智能操纵系统描述自动操纵系统与人工智能的交接作用”。

对自学习系统的研究是走向智能操纵系统的大体步骤之一。

在自学习操纵系统中,当采纳人—机组合操纵器时,需要比较高层的智能决策,它可由拟人操纵器来作出。

例如,识别复杂的环境状况,为运算机操纵器设定子目标和纠正运算机操纵器作出的不适当决定等。

另一方面,关于较低层的智能作用,如数据搜集、程序执行和在线计算等,那么可由机械操纵器来执行。

在设计这种智能操纵系统时,要尽可能多地把设计者和操作人员所具有的与指定任务有关的智能转移到机械操纵器上。

关于自主机械人系统。

傅京孙以SRI（斯坦福研究所）的机械人系统为例加以说明。

那个系统力图在一个远距离环境下,对机械人进行无人干与的自动操纵与操作。

这一操纵系统至少应执行三个要紧功能,即感知、模拟和问题求解。

三元结构

萨里迪斯于1977年提出另一种智能操纵结构,他把傅京孙的智能操纵扩展为三元结构,即把智能操纵看做为人工智能、自动操纵和运筹学的交集。

萨里迪斯以为,组成二元交集结构的两元相互支配,无助于智能操纵的有效和成功应用,必需把运筹学的概念引入智能操纵,使它成为三元交集中的一个子集。

这种三元结构后来成为IEEE第一次智能操纵研讨会的主题之一。

对这一问题的讨论,有助于智能操纵学科的形成。

在智能操纵专业委员会各会员之间,曾对智能操纵进行了认真的争辩。

并在第一次智能操纵国际研讨会上达到了高潮。

在提出三元结构的同时,萨里迪斯还提出分级智能操纵系统,如图2所示。

图2　分级智能操纵系统

它由三个智能级组成:

（1）第一级组织级,它代表系统的主导思想;

（2）第二级和谐级,是上下级间的接口,由人工智能和运筹学起操纵作用;

（3）第三级执行级,是智能操纵系统的最低层级,要求具有很高的精度,并由操纵理论进行操纵。

为了把上述各作用和谐于某个一起的最有效的数学描述,必需对人工智能、运筹学和操纵论等学科的某些概念加以相应调整。

这些调整包括:

（1）因为咱们涉及的是与机械而不是与人类有关的智能,因此把这种智能称为机械智能,而不叫人工智能是更适当的,尽管这种提法在许多情形下是难以区别的;

（2）把运筹学限于自动机理论,因为智能操纵只涉及某个执行任务的有限集。

也可能应用到形式语言,因为它等价于某个已成立的确信的自动化任务;

（3）执行级老是包括某个适当的操纵器,使它知足设计者提出的适合的技术要求。

在自主系统中,设计者确实是机械自身。

因此,操纵器的设计问题能够看做为选择最好的操纵器问题,以保障操纵器在整个可容纳的操纵子空间内知足问题提出的技术要求。

5智能操纵的应用

工业进程中的智能操纵

生产进程的智能操纵