浅谈智能控制技术

(陕西国防工业职业技术学院，建筑与热能工程学院 陕西 西安 710302)



浅谈智能控制技术

曹振华

(陕西国防工业职业技术学院，建筑与热能工程学院陕西西安710302)

本文简单介绍了智能控制技术的定义、特点、功能特征和分类，并展望了其未来的发展前景。

智能控制技术；特点；分类；发展前景

一、引言

当代科学技术的重大变革和发展，已突破旧的自动控制系统框架向复杂的自动控制系统框架发展。这些复杂的自动控制系统凭单一控制模式，仅采用数学工具或计算机仿真都难以解决。人们在生产实践中看到，许多复杂的生产过程难以实现的目标控制，可是熟练的操作工、技术人员或专家却操作自如，可以获得较满意的控制效果。而这些熟练的操作工、技术人员或专家的经验知识若能和控制理论结合，把它作为控制理论解决复杂生产过程的一个补充手段，那将使控制理论解决复杂生产过程的一个补充手段，那将使控制理论解决复杂生产过程有一个突破性进展。事实上，计算机控制技术的发展为其提供一个有效的工具。计算机在处理图像、符号逻辑、模糊信息、知识和经验等方面的功能，完全可以承担起将熟练的操作工、技术人员和专家的知识经验、操作方法等付诸对生产过程的操作和控制，使之达到或者超过人的操作水平。这相当于人的知识经验直接参与生产过程的控制，这样的自动控制系统就是智能控制系统。

二、智能控制的概念、特点及其功能特征

(一)智能控制的概念

智能控制自20世纪70年代初由美国普渡大学电气工程系的美籍华人傅京孙(K.S.Fu)教授提出以后，一直是当代科学技术中一个十分活跃和具有挑战性的领域。目前，有关智能控制的定义、理论、结构等尚无统一的系统描述。按照傅京孙(K.S.Fu)提出的观点，可以把智能控制看作是人工智能、自动控制和运筹学三个主要学科相结合的产物。智能控制是控制理论发展的高级阶段，主要用来解决那些用传统控制方法难以解决的复杂系统的控制问题[1]。

(二)智能控制的特点

与常规控制相比较，智能控制具有以下特点[1]：

1.不确定性的模型。传统的控制方式是基于被控对象精确模型的控制，通常认为模型已知或经过辨识可以得到，且采用固定的控制算法，使整个控制系统置于模型框架下，缺乏灵活性和应变能力，因而很难胜任对复杂系统的控制。而智能控制的对象其模型未知或知之甚少，模型结构和参数可能在很大范围内变化。

2.高度的非线性。传统的控制适于解决线性、时不变等相对简单对象的控制问题。这些问题用智能的方法同样可以解决，智能控制是对传统控制理论的发展，他可以较好的解决非线性系统的控制问题。

3.复杂的任务要求。在传统的控制中，控制任务的要求比较单一，即或者要求输出为定值，或者要求输出量跟随期望的运动轨迹；智能控制系统对任务要求比较复杂。例如，在智能机器人系统中，要求系统对复杂的任务具有自行规划和决策的能力，有自动躲避障碍物运动到期望目标位置的能力等。

(三)智能控制的功能特征

一个理想的智能控制系统应具备以下性能：

1.学习功能。系统应具有一个对未知环境提供的信息进行识别、记忆、学习，并利用积累的经验进一步改善自身性能的能力，即在经历某种变化之后，变化后的系统性能应优于变化前的系统性能，这种功能类似人的学习过程。

2.适应功能。系统应具有适应受控对象动力学特征变化、环境变化和运行条件变化的能力。

3.容错功能。系统对各类故障应具有自诊断、屏蔽和自恢复的功能。

4.鲁棒性。系统性能对环境干扰和不确定性因素不敏感。

5.组织功能。对于复杂任务和分散的传感信息具有自行组织和协调的功能。

三、智能控制的分类

智能控制有各种形式和各种不同的应用领域，大致可以分为以下几类[2]：

(一)分级递阶智能控制

分级递阶智能控制是在研究早期学习控制系统的基础上，从工程控制理论角度总结人工智能与自适应，自学习和自组织控制的关系之后而逐渐形成的，是智能控制的最早理论之一。

(二)专家控制

专家控制是将专家系统的理论与技术同控制理论方法与技术相结合，在未知环境下，仿效专家的智能，实现对系统的控制。

(三)模糊控制

模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制，是一种逐步大量应用的能够提高工业自动化能力的控制技术。

(四)神经网络控制

神经网络控制是在控制系统中采用神经网络这一工具，对难以精确描述的复杂的非线性对象进行建模，或充当控制器、或优化计算、或进行推理、或故障诊断等，以及同时兼有上述某些功能的适当组合。

(五)基于规则的仿人智能控制

仿人工智能控制的基本思想是在控制过程中利用计算机模拟人的控制行为功能，最大限度地识别和利用控制系统动态过程所提供的特征信息，进行启发和直觉推理，从而实现了对缺乏精确模型的对象进行有效的控制。

(六)集成智能控制

有几种智能控制方法或机理融合在一起而构成的智能控制系统。

(七)组合智能控制

组合智能控制目标是将智能控制与常规控制模式有机地组合起来，以便去长补短，获得互补特性，提高整体优势，以期获得人工智能和控制理论高度紧密结合的智能控制系统。

四、发展前景

智能控制技术主要是针对控制对象及其环境、目标和任务的不确定性和复杂性而提出来的。一方面，这是由于实现大规模复杂系统控制的需要，是控制理论发展之必然；另一方面，也是由于人工智能、现代计算机技术和微电子学等学科的高速发展，使控制的技术工具发生了革命性的变化。

无论是智能控制的产生和形成初期，启发式程序、专家系统等以符号主义学派为主流的人工智能思想的促进作用，而导致以学习控制、专家控制为标志的智能控制的体系结构和基本技术的形成；还是应用模糊集理论、神经网络等人工智能技术形成的智能控制理论和方法，他们都与人工智能的发展密切相关。可以说，人类以开始进入智能化的工业时代，这一时代的明显标志就是智能自动化，而作为智能自动化基础的人工智能和智能控制的应运而生与快速发展则是历史的必然。

[1]刘金琨.智能控制[M].北京:电子工业出版社,2009.7.

[2]李世勇.模糊控制、神经控制和智能控制论[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1998.

陕西国防工业职业技术学院自然科学类研究项目《基于MATLAB仿真的中央空调控制系统的研究》成果之一。(项目编号：Gfy16-40)

曹振华(1978-)，男，陕西蒲城人，副教授，硕士，主要研究方向为暖通空调。