淺談智能控制技術

(陜西國防工業職業技術學院，建筑與熱能工程學院 陜西 西安 710302)

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淺談智能控制技術

曹振華

(陜西國防工業職業技術學院，建筑與熱能工程學院陜西西安710302)

本文簡單介紹了智能控制技術的定義、特點、功能特征和分類，并展望了其未來的發展前景。

智能控制技術；特點；分類；發展前景

一、引言

當代科學技術的重大變革和發展，已突破舊的自動控制系統框架向復雜的自動控制系統框架發展。這些復雜的自動控制系統憑單一控制模式，僅采用數學工具或計算機仿真都難以解決。人們在生產實踐中看到，許多復雜的生產過程難以實現的目標控制，可是熟練的操作工、技術人員或專家卻操作自如，可以獲得較滿意的控制效果。而這些熟練的操作工、技術人員或專家的經驗知識若能和控制理論結合，把它作為控制理論解決復雜生產過程的一個補充手段，那將使控制理論解決復雜生產過程的一個補充手段，那將使控制理論解決復雜生產過程有一個突破性進展。事實上，計算機控制技術的發展為其提供一個有效的工具。計算機在處理圖像、符號邏輯、模糊信息、知識和經驗等方面的功能，完全可以承擔起將熟練的操作工、技術人員和專家的知識經驗、操作方法等付諸對生產過程的操作和控制，使之達到或者超過人的操作水平。這相當于人的知識經驗直接參與生產過程的控制，這樣的自動控制系統就是智能控制系統。

二、智能控制的概念、特點及其功能特征

(一)智能控制的概念

智能控制自20世紀70年代初由美國普渡大學電氣工程系的美籍華人傅京孫(K.S.Fu)教授提出以后，一直是當代科學技術中一個十分活躍和具有挑戰性的領域。目前，有關智能控制的定義、理論、結構等尚無統一的系統描述。按照傅京孫(K.S.Fu)提出的觀點，可以把智能控制看作是人工智能、自動控制和運籌學三個主要學科相結合的產物。智能控制是控制理論發展的高級階段，主要用來解決那些用傳統控制方法難以解決的復雜系統的控制問題[1]。

(二)智能控制的特點

與常規控制相比較，智能控制具有以下特點[1]：

1.不確定性的模型。傳統的控制方式是基于被控對象精確模型的控制，通常認為模型已知或經過辨識可以得到，且采用固定的控制算法，使整個控制系統置于模型框架下，缺乏靈活性和應變能力，因而很難勝任對復雜系統的控制。而智能控制的對象其模型未知或知之甚少，模型結構和參數可能在很大范圍內變化。

2.高度的非線性。傳統的控制適于解決線性、時不變等相對簡單對象的控制問題。這些問題用智能的方法同樣可以解決，智能控制是對傳統控制理論的發展，他可以較好的解決非線性系統的控制問題。

3.復雜的任務要求。在傳統的控制中，控制任務的要求比較單一，即或者要求輸出為定值，或者要求輸出量跟隨期望的運動軌跡；智能控制系統對任務要求比較復雜。例如，在智能機器人系統中，要求系統對復雜的任務具有自行規劃和決策的能力，有自動躲避障礙物運動到期望目標位置的能力等。

(三)智能控制的功能特征

一個理想的智能控制系統應具備以下性能：

1.學習功能。系統應具有一個對未知環境提供的信息進行識別、記憶、學習，并利用積累的經驗進一步改善自身性能的能力，即在經歷某種變化之后，變化后的系統性能應優于變化前的系統性能，這種功能類似人的學習過程。

2.適應功能。系統應具有適應受控對象動力學特征變化、環境變化和運行條件變化的能力。

3.容錯功能。系統對各類故障應具有自診斷、屏蔽和自恢復的功能。

4.魯棒性。系統性能對環境干擾和不確定性因素不敏感。

5.組織功能。對于復雜任務和分散的傳感信息具有自行組織和協調的功能。

三、智能控制的分類

智能控制有各種形式和各種不同的應用領域，大致可以分為以下幾類[2]：

(一)分級遞階智能控制

分級遞階智能控制是在研究早期學習控制系統的基礎上，從工程控制理論角度總結人工智能與自適應，自學習和自組織控制的關系之后而逐漸形成的，是智能控制的最早理論之一。

(二)專家控制

專家控制是將專家系統的理論與技術同控制理論方法與技術相結合，在未知環境下，仿效專家的智能，實現對系統的控制。

(三)模糊控制

模糊控制是以模糊集合論、模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎的一種計算機數字控制，是一種逐步大量應用的能夠提高工業自動化能力的控制技術。

(四)神經網絡控制

神經網絡控制是在控制系統中采用神經網絡這一工具，對難以精確描述的復雜的非線性對象進行建模，或充當控制器、或優化計算、或進行推理、或故障診斷等，以及同時兼有上述某些功能的適當組合。

(五)基于規則的仿人智能控制

仿人工智能控制的基本思想是在控制過程中利用計算機模擬人的控制行為功能，最大限度地識別和利用控制系統動態過程所提供的特征信息，進行啟發和直覺推理，從而實現了對缺乏精確模型的對象進行有效的控制。

(六)集成智能控制

有幾種智能控制方法或機理融合在一起而構成的智能控制系統。

(七)組合智能控制

組合智能控制目標是將智能控制與常規控制模式有機地組合起來，以便去長補短，獲得互補特性，提高整體優勢，以期獲得人工智能和控制理論高度緊密結合的智能控制系統。

四、發展前景

智能控制技術主要是針對控制對象及其環境、目標和任務的不確定性和復雜性而提出來的。一方面，這是由于實現大規模復雜系統控制的需要，是控制理論發展之必然；另一方面，也是由于人工智能、現代計算機技術和微電子學等學科的高速發展，使控制的技術工具發生了革命性的變化。

無論是智能控制的產生和形成初期，啟發式程序、專家系統等以符號主義學派為主流的人工智能思想的促進作用，而導致以學習控制、專家控制為標志的智能控制的體系結構和基本技術的形成；還是應用模糊集理論、神經網絡等人工智能技術形成的智能控制理論和方法，他們都與人工智能的發展密切相關。可以說，人類以開始進入智能化的工業時代，這一時代的明顯標志就是智能自動化，而作為智能自動化基礎的人工智能和智能控制的應運而生與快速發展則是歷史的必然。

[1]劉金琨.智能控制[M].北京:電子工業出版社,2009.7.

[2]李世勇.模糊控制、神經控制和智能控制論[M].哈爾濱:哈爾濱工業大學出版社,1998.

陜西國防工業職業技術學院自然科學類研究項目《基于MATLAB仿真的中央空調控制系統的研究》成果之一。(項目編號：Gfy16-40)

曹振華(1978-)，男，陜西蒲城人，副教授，碩士，主要研究方向為暖通空調。