多智能体系统的协调控制研究综述
文章编号: ??
多智能体系统的协调控制研究综述
苗国英马倩。
摘要
引言
近年来,多智能体系统的协调控制
在多机器人合作控制、交通车辆控制、无
在落叶飘飞的秋天,人们经常看见大雁排着整齐的“人”字型队
人飞机编队和网络的资源分配等领域有
伍迁徙到南方;在阴暗潮湿的环境下,细菌部落聚集而生;夏天池塘着广泛的应用,成为当前控制学科的一
的青蛙同时发出“哇哇”的叫声;夏日的一群萤火虫同时发出一闪一个热点问题.首先介绍了多智能体系统
的研究背景、智能体的概念和相关的图
亮的光线;自然界中成群的蜜蜂,事先没有商量建筑蜂巢的蓝图,但论知识:然后从多智能体系统协调控制
是它们各自搬运泥土,筑成了坚固的蜂巢;在海洋中某些鱼类,具有包含的几个问题入手,即群集问题、编队
规则队形聚集在一起运动,当发现新的食物来源或者受到外部攻击
控制问题、一致性问题和网络优化问题
等,对其国内外的发展现状进行了总结
时,原来规则的队形被打乱了,但是在没有外界力量的介入下,一段
和分析;最后,给出了多智能体系统有待
时间之后,这群鱼类又建立了规则的队形聚集在一起运动,如图是
解决的一些问题,以促进对多智能体系
统协调控制理论与应用的进一步研究.
摄影师在南极拍摄到企鹅捕猎前群集鱼类的图片.自然界中的这些
关键词
自组织现象在没有集中中央控制的条件下,是什么样的工作机制,使
多智能体系统;一致性;队形控制;
得内部个体相互感知和交换信息,从而外部表现出规则而有序的智
群集/蜂拥
能行为运动并且这种智能行为是单个个体所不能达到的,因而这
中图分类号
些现象引起了生物学家的兴趣.生物学家试图了解这些自然界生物
文献标志码系统内部的工作机制,期望把这些理论应用到实际的系统中,为一些
新出现的系统,例如交通车辆系统、机器人编队系统、无人飞机或者
水下航行器系统等复杂智能系统提供理论指导.生物学家最初使用
模拟仿真实验的方法,不能在理论上真正揭示这些生物界自组织现
象的本质.
收稿日期 ?资助项目教育部高等学校博士学科点专项科
研基金作者简介
苗国英,女,博士,讲师,主要研究方向为
多智能体系统的协调控制..图摄影师在南极拍摄到企鹅捕猎前群集鱼类的图片
南京信息工程大学信息与控制学院,南京,. ,
南京理工大学自动化学院,南京, 苗国英,等.多智能体系统的协调控制研究综述...
在计算机和工程领域,随着它们的发展,早期的
行研究,可谓欣欣向荣、百花齐放,得到大量颇具价
集中式和分布式计算系统不能处理越来越复杂和规值的研究结果.例如香港城市大学的 . .
模越来越大的实际问题. 世纪年代以后,分布教授和陈关荣教授,香港中文大学的黄捷¨
式人工智能方法出现,能够解决当时的问题,得到了教授,中国科学院的陈翰馥】‘。教授、郭雷¨教授、程
代展】教授、张纪峰教授和洪奕光教授,北京
迅速的发展.但是这种分布式人工智能有其缺点,就
是低层子系统个体之间的相互作用方式是被高层系
大学的王龙教授,上海交通大学的汪小帆教
统根据任务预先设定好的,采用“自上而下”的分析授,北京航空航天大学的贾英民教授,南开大学
的陈增强¨教授,东南大学的田玉平教授和曹进
方法,因此缺乏灵活性,很难为实际中的复杂大系统
建模.为了克服上述的缺点,美国麻省理工学院的德。。教授,南京理工大学的徐胜元教授等.最早提出了智能体的概念,同时把
智能体的概念和相关图论知识
生物界个体社会行为的概念引入到计算机学科领
. 智能体的概念
域.这时,生物学和计算机科学领域发生了交叉.所
多智能体系统是由一系列相互作用的智能体构
谓的智能体可以是相应的软件程序,也可以是实物
例如人、车辆、机器人、人造卫星等. 成,内部的各个智能体之间通过相互通信、合作、竞
争等方式,完成单个智能体不能完成的,大量而又复
近些年来,由于生物学、计算机科学、人工智能、
杂的工作.多智能体系统有以下特点:
控制科学、社会学等多个学科交叉和渗透发展,多智每个智能体都有独立的决策、计算能力以及
能体系统越来越受到众多学者的广泛关注,已成为
独立的通信能力,但是自身的感知能力又是有限的,
当前控制学科的热点问题.对多智能体系统的研究
只能根据局部邻居的信息作出判断.例如,用一组机
成果日益增多.在《、《器人完成某个地方的地面情况勘察,每个机器人
通、、
过自身携带的传感器获取自己周围地面的信息,然、
后把这些信息进行融合,于是这一组机器人获得地等工程和控制学科国际权威期刊上,都
面信息比单个机器人获得的地面信息全面.
有对多智能体系统协调控制最新的研究成果.来自多智能体系统中采用大规模的分布式控制,
众多学科的知名学者,从不同的学科角度研究了多
不会因为个别智能体之间的通信故障,而影响整个
智能体系统的协调控制.据文献的统计, 年
多智能体系统的运行,因而具有更好的灵活性和可
月年月在期刊《 .
扩展性.例如,现在的互联网就是一个多智能体系上发表的篇文章中,与多智能体
统,不会因为某些路由器的损坏,而影响网络的通
相关的论文达到篇.自年以来,很多国际论
信.这种分布式控制的方式,与集中式控制相比,具
坛和会议都有多智能体系统方面的论文,例如在国
有更强的鲁棒性.在工业成本上来讲,分布式控制的
际会议“”和“
工业成本要小于集中式的工业成本.例如,在工业”中,都有多智能体系统相关
上,往往一些简单而且价格低廉的设备相互协调作
的专题报告.即将于年在南京举办的第届
用,从而取代工业中价格昂贵、结构复杂的大设备,
中国控制会议征稿通知中,把“多智能体系统与分布
大大节省了工业成本.
式控制”作为一个专门的方向进行征稿,可见多智能每个智能体以自己的利益达到最大化为自
体系统备受关注.国内的很多高校及科研院所开展
己的行动和决策准则.当面临决策的时候,每个智能
了多智能体系统课题的深入研究,例如北京大学、清
体都会让自己的利益达到最大化.例如在有限的资
华大学、中国科学院、南开大学、上海交通大学、华中
源下,智能体之间会抢夺有限的资源.
科技大学、东南大学、北京航天航空大学、哈尔滨工
业大学、南京理工大学等.
. 图论
众多知名学者致力于多智能体系统的研究,例
现实中的多智能体系统,具有个体的数量多,且
如美国的、. 、 .
它们之间的相互作用关系复杂,构成一个巨大的网和 . ¨ ,新加坡的学者 .
络结构.因而,很多学者在研究多智能体系统时,把
它建模成图,再利用现有图论的知识,解决多智能体等.同时,国内的众多学者对多智能体系统进曲未压露葶学报:自然科学版, , : : ,,: 系统的协调控制的有关问题.
下面就介绍一下基于多智能体系统的图论的相
关知识.为了方便说明图论的知识,假设一个多智能
体系统中含有个智能体,例如用一组机器人完成
某些任务,每个机器人可以看作是一个智能体.用阿
拉伯数字对这组智能体编号,用数字表示指定的
图智能体是全局可达的
第个机器人即第个智能体,用数字表示第 .个智能体,同样的用数字表示第个智能体.用 , , , , 表示智能体的集合.如果第个机多智能体系统的协调控制研究
器人向第个机器人进行信息传递时,用,表示智能体和智能体之间的边,如图所示.
从控制理论的角度来看,由于各智能体之间的
智能体到智能体没有信息的传递,则智能体到合作、竞争、通信等关系能刻画复杂大系统内部的本
智能体不存在边.用 , , , , 表示
质特性,所以多智能体系统能为复杂大系统提供建
图中所有边的集合.用表示智能体和智模思想,成为前复杂系统理论中一个重要的研究方
能体边上的连接权重.从以上定义可以看出一存向.例如在文献中,在军
事上,传统的战争模型
是兰切斯特方程,即用一组微积分方程
在的充分必要条件是智能体和智能体存在边表示的数学模型.这种模型的优点是比较形象且容, ,其中, ,?, ,, ,?, .用易操作,而且从方程中可以清楚地看到各种可量化表示这个多智能体系统的加权邻接矩阵,其
中凡表示智能体的个数.用 , , 表示这个因素和作战损耗的约束关系.缺点是,把战争建模成
一
个确定系统,即对于兰切斯特方程来
多智能体系统对应的图.与第个智能体存在边的智
讲,只要给定了初始条件,解方程得到结果,即战争
能体所成的集合,称为智能体的邻居,表示为
的结局.其实,现实中的战争是一个时刻动态变化而√∈ .例如在图中,智能体的邻居是智
又及其复杂的系统,所以用这类数学模型是难以刻
能体 .对于智能体 ,定义智能体的人度为
画的.而对于多智能体系统来讲,智能体之间的协∑,智能体的出度为。调、合作、竞争等方式,能使智能体获取时刻变化的
信息,能形象地刻画现实系统的内部特性,是采取
∑ .当。时,称加权有向图为“自下而上”的分析方法,能很好地为复杂的大系统
平衡图.有向图的拉普拉斯矩阵定义
提供建模方法,同样也为现实中的战争提供很好的
为 ? ,其中 ,?,
建模方法., 表示智能体的总数,如在图中, 为 .
随着工业和经济的发展,人们越来越关注各个
从上述拉普拉斯矩阵的定义可以看出, 存在一个
智能体之间相互协调合作而不冲突的完成任务,因
零特征根, .当有向图是平衡图时,则
此多智能体系统的协调控制显得非常重要 .在多 .在有向图中,如果从任何智能体出
智能体系统的协调控制中,基本而又重要的问题是
发,都有一条有向路径到达智能体 ,称智能体是全
群集问题/、队形问题
局可达的.例如,图中,智能体是全局可达的. 和一致性问题 .
. 多智能体系统的群集问题
多智能体系统的群集问题 /是通过智能体之间的相互感知和作
用,产生宏观上的整体同步效应,称作是涌现行为.
例如,前文例子中的蜜蜂筑巢、成群的鱼共同的觅食
图拓扑对应的有向图
和逃避天敌等行为. 世纪年代以前,对生物界.的群集现象的研究只局限于根据长期的观察,得到苗国英,等.多智能体系统的协调控制研究综述 ,.
研究结果.由于计算机技术的发展,推动了对群集现体之间的通信方式,最终使各个智能体的状态满足模型的条规则.例如,在有向切换拓扑和外界
象的深入研究.文献推动了对群集的研究发展.
在年,在文献中基于仿真实验的环境的约束下,文献设计了自适应的群集算法.
方法研究了鸟类个体之间的行为,在仿真实验的时
. 多智能体系统的队形问题
候,提出了鸟类在运动的过程中所遵循的条规则
对多智能体系统的队形控制模型 :
研究最早起源于生物界 ?.人们观察到自然界群居与周围的同伴密切保持在一起,即向飞行的
的捕食者通常是排成一定的队形捕获猎物,某些动
中心靠拢 ;
物排成一定的队形抵抗攻击,这是达尔文进化论中避免与周围的同伴碰撞,要求各个体之间保
的自然选择的结果,适者生存,自然界中的群居的动
持一定的距离,即避免碰撞;
物采用队形的方式有利于自身的生存.受自然界队与周围的同伴速度保持一致,即速度匹配
形思想的启发,多机器人队形问题、无人飞机编队、 .
人造航天器编队和多车辆系统等,引起了国内外学年, 等将模型进行了简化,
者的极大兴趣.
提出了一个简单的离散模型来模拟生物界大量粒子
多智能体的队形控制问题是指,一组多智能体
的自治运动.文献只是用计算机进行了模拟自
通过局部的相互作用通信、合作、竞争 ,使它们在
然界鸟类的运动,而文献是把鸟类运动建模成
运动过程中保持预先指定的几何图形,向指定的目
简单的离散模型称作是模型 ,其优点是可
标运动,要求每个智能体在运动的过程中,各智能体
以借助数学工具,研究鸟类的运动.在模型中
之间保持一定的距离避免发生碰撞,在运动的道路
假设所有的智能体速度的大小是一样的,第个智
上能绕过障碍物.多智能体系统的队形问题与多智
能体速度更新的方向用下式表示:
能体系统的群集问题的区别是,队形问题要求智能 ,
体之间在运动的过程中保持预先给定的几何图形.
其中,/
多智能体系统的队形问题在航天、工业、交通和娱乐表示时刻所有智能体速度的平均
等领域都有广泛的应用前景.例如,用一组智能的机
方向, 表示噪声干扰.可以看出,式是非线性
器人编成合理的队形,代替士兵在极度恶劣的环境
的算法.
中执行人员搜求救援、侦查和排雷等工作.在航天领模型的提出引起了众多
学者的关注.在
域,把人造卫星进行合理的编队,其功能远远超过了年,等将模型的式非线
卫星相加的功能之和.其他如日本的机器人足球比
性算法进行线性化得到如下的算法:
赛等.
多智能体系统的队形控制主要解决的是以下
南、 ,
问题 :
其中,凡表示时刻多智能体系统中个体的总数.各智能体之间如何相互作用,才能生成指定
由于线性化以后,可以用经典的线性系统理论处理
的队形;
多智能体系统的相关问题,促进了多智能体系统的在队形移动的过程中,智能体之间是如何相
发展. 等利用图论、矩阵理论和动态系
互作用,才能保持指定队形的;
统理论,给出了文献一致性问题的理论分析,指在运动的过程中,队形中的个体如何才能躲
出了在有界区域内网络拓扑保持联合联通的条件
避障碍物;
下,各智能体位置和速度的运动方向趋于一致.在文当外界环境突然改变时,
如何自适应地改变
献中,虽然把大量粒子的自治运动建模成一个
队形或者保持队形,以适应环境.
离散模型,但是处理方法仍然是用仿真实验的方法,
研究多智能体系统的编队控制常用的方法第
而在文献中,利用理论分析的方法,为在本质上
种是基于行为的方法?
揭示多智能体系统群集现象打下了基础.,是由一系列行为控制器组成,每个行
文献和给出了群集的若干问题的研
为都有自己的目标和内部状态,其输入可以是智能
究现状,文献给出了蜂拥控制的研究.目前很多
体自身的信息,也可以是邻居智能体输出的信息,设
学者研究群集问题的时候,主要关注如何设计智能曲荣信盛学学报:自然科学版, , :. :,,:
计智能体之间的基本行为,使智能体的整体行为满人排成特定的队形,完成某个地域的地面扫雷工作,
足所期望的队形.这种方法的优点是灵活性、并行性突然一个机器的零件更换导致不能运行,其他的几
个机器人意识到这个突发状况,首先对这种情况达
和实时性好,其缺点是智能体之间局部行为很难设
计满足指定的队形,在设计的局部行为规则下,多智成共同的认识即一致性,
然后才能做出决定,调整队
能体系统的稳定性很难保证.第种方法是虚拟结形,继续完成扫雷任务.所以,一致性问题是多智能
体系统协调合作控制问题的一个首要和基本的条
构法 ,把多智能体系统的队形
看作是一个虚拟结构,每个智能体看作是虚拟结构件,是非常有必要进行研究的.
根据上文的介绍,多智能体系统中的群集问题
上位置固定的一点,当队形移动的时候,每个智能体
和编队控制中,只考虑位置靠拢和速度匹配问题,就
跟踪虚拟结构上对应的固定点即可.第种方法是
势能场的方法,是利用物理学是一致性问题.群集问题和编队问题最后都要化为
多智能体系统的一致性的相关问题.因此,从另外一
上的吸引力和排斥力的概念,即目标对各智能体存
个角度说明了一致性问题是多智能体系统的协调合
在吸引力,障碍物对各智能体存在排斥力,各智能体
作控制的一个基本和首要问题.
在吸引和排斥的合力的最小势能方向运动.有很多
在世纪年代,多智能体系统的一致性问
学者研究队形控制的时候,是上述几种的方法的结
题最早在统计学和管理学中被研究 ,其借助随机
合.文献和文献给出了多智能体系统队形
分析的工具分析了这一问题.近些年来,由于文献
控制中的若干问题的研究发展现状. 和的出现,推动了对多智能体一致性问题
下面给出多智能体系统队形问题的一个应用例
的研究. 年, . 等建立了研究多智
子 .考虑由个机器人组成的动态系统,每个机
能体系统的理论框架.其中考虑每个智能体的连续
器人动态满足方程
动态方程如下: ,,?, , ,其中和分别是第个机器人的位置和状
其中是第个智能体的状态, 是第个智
态输入,目标是使这组机器人排成一定的队形,形成
能体的控制输入.设计智能体之间的算法为
的队形由各个机器人的相对位置表示.假设第个机
器人和第. 个之间期望的距离为位置矢量,,即
∑一.在上述算法下,一阶多智能体
?。
一,
系统动态达到一致的充分和必要条件是一
其中和分别表示第个机器人和第个机.同时给出了平均一致的概念,就是使智
器人的位置.设计每个机器人的控制输入为
能体的各个状态最终达到初值状态的平均值,即一 :口一一,. , ÷∑,其中是每个智采用梯度算法极小化如下目标即可得各智能体之间能体的状态.从上述定义可以看出,平均一致的条件
期望的距离,即期望的队形:
要比一致性的条件要强.文献还提出了代数连
通度的概念,即无向图所对应的拉普拉斯矩阵第
,∑一一,
个最小特征根,用代数连通度即数学表达式表示
. 多智能体系统的一致性控制
智能体之间的联通情况.研究带有时滞的系统时,最
多智能体系统中的一个基本问题就是一致性
大时滞的最大上界为 ,其中 ,即拉问题.一致性问题来源于多智能体系统二
的协调合作控制问题.一致性问题就是如何设计智普拉斯矩阵的最大特征值.
能体局部之间的作用方式,使各智能体根据邻居传
在以上研究成果的基础上,随后大量学者沿着
来的信息,不断调整自己的行为,使所有的智能体的
不同思路和方法对多智能体系统一致性问题进行了
状态随着时间的推移达到共同的值.设计智能体之研究,分别从连续和离散、固定和切换拓扑、带有时
间的通信方式,称作是一致性协议或者是滞和无时滞、有领导者和无领导
者等多个方面进行
一
致性算法.为什么说一致性问题是多
研究多智能体系统的一致性问题.下面从多智能体
智能体系统中的一个基本问题例如,用一组机器系统一致性问题备受关注的几个子问题人手,介绍苗国英,等.多智能体系统的协调控制研究综述,.
一
下多智能体系统的发展现状. 到多智能体系统的一致性的充分条件.有领导者的多智能体系统的一致性问题以上文献研究的是一个领导者的问题。在实际在多智能体系统中,有个别智能体代表着整个的生活中,例如用一组自主的机器人去移除一些对
多智能体系统的共同利益或者是其他智能体跟踪的人类有危害的物质例如一些放射性物质 ,为了保
目标,把这些智能体称作是领导者,把其他的智能体证这些装有有害物质的机器人按照预先指定的路线
称作是跟随者.带有领导者的多智能体系统的一致搬运到特定的地方,需要另外的一些机器人对它们
性问题,也称作是一致性跟踪问题 .
进行约束,即这些机器人称为领导者,装有有害物质 ,就是通过合适的算法,使得领导者和的机器人称为跟随者.要求设计合适的算法,使跟随跟随者的最终状态达到一致.这种方法有其缺陷,就者要在领导者形成的凸包里面,这就是多领导者的
一
是当领导者遭到破坏或者是领导者的速度变化过快致性问题,也称作是多智能体系统的包含控制问
导致跟随者跟踪不上时,领导者和跟随者的最终状题 .等分别设计
态无法达到一致.
了静止和动态的多个领导者的一致性算法.
在研究带有领导者的一致性问题上,把领导者等考虑的是一阶连续多智能体系统,利用位置的
分为单个领导者和有多个领导者的情况.先介绍一几何中心,分别设计一致性算法,达到静态包含和动
下单个领导者的一致性问题的发展状况.在现实的态包含,用仿真说明了这种算法的有效性. 等
系统中,跟随者不能在线得到领导者的速度,这给设研究的是二阶连续系统的多领导者的一致性问题,
计一致性控制算法带来了困难.因此为了设计算法在一致性算法中只利用了位置的信息,利用 .
的需要,每个跟随者要估计领导者的速度. 函数和图论的知识,给出了多领导者的一致性
等¨对于一阶连续系统,设计了基于局部信息的分
的充分条件.
布式观测器,使每个跟随者能在线估计领导者的速无领导者的多智能体系统一致性问题
在多智能体系统中,如果各智能体的地位和作
度.文献把文献的结果推广到二阶连续多
智能体系统,给出了跟随者和领导者达到一致的充用是平等的,称这样的系统是无领导者的多智能体
分条件. 等研究了具有一阶动态的领导者的系统。无领导者的系统也可以看作是带有领导者的
一
系统,即把其中一个智能体看作是虚拟的领导者就
致性问题,利用盖尔圆定理和图论的知识,给出了
可以了,大量的文献采用了虚拟领导者的方
矩阵 :的特征根具有正实部当且仅当拓扑
法研究了无领导者的问题.通用的一般方法是把其
所对应的有向图中领导者是一个全局可达的节点,
中的一个智能体作为第个智能体,其余的智能体
其中表示拉普拉斯矩阵, 一, 是一
和第个智能体状态求差值,这样就化成了线性系
个对角矩阵,表示第个跟随者与领导者之间
统的稳定性问题.利用经典的控制理论和图论知识,
有通信时,否则,.等副研究了带有多时
得到一致性的相关条件.等分别考虑了一阶
滞和领导者的二阶多智能体系统一致性问题,给出
离散和连续多智能体系统的一致性问题,给出了拉
了时滞的最大上界和一致性收敛速率的估计.由于普拉斯矩阵只有一个零特征根和其他特征根分布在多智能体系统内部元素的相互耦合,导致出现含有左半平面充要条件是有向图中含有一颗生成树,利非线性动态的多智能体系统. 等研究了非线
用这一结论和相关的数学知识,得到在固定拓扑结性动态的多智能体系统. 等。加把上述结果推广构下,一阶离散和连续多智能体系统达到一致当且到带有领导者的一致性问题上,其中的非线性动态仅当拓扑对应的有向图中含有一颗生成树.同时,给是满足局部条件的.考虑的领导者是个非
出了在切换拓扑下,上述多智能体系统的一致性的线性系统,利用了牵制控制的方法,即选择小部分节充分条件是联合生成的拓扑对应的有向图中含有一点进行输入控制使得整个多智能体系统达到一致. 颗生成树.文献中考虑每个智能体动态满足二阶
文献和的非线性动态由于满足
方程:
条件,因此可以化为线性系统进行处理.等是,, 利用非线性系统理论进行处理一致性问题的. 【 ,
等把文献的结果推广到带有领导者和时滞
现代智能优化算法课程群智能优化算法综述 学生姓名： 学号： 班级： 2014年6月22日
摘要 工程技术与科学研究中的最优化求解问题十分普遍，在求解过程中，人们创造与发现了许多优秀实用的算法。群智能算法是一种新兴的演化计算技术，已成为越来越多研究者的关注焦点，智能优化算法具有很多优点,如操作简单、收敛速度快、全局收敛性好等。群智能优化是智能优化的一个重要分支，它与人工生命，特别是进化策略以及遗传算法有着极为特殊的联系。群智能优化通过模拟社会性昆虫的各种群体行为，利用群体中个体之间的信息交互和合作实现寻优。本文综述群智能优化算法的原理、主要群智能算法介绍、应用研究及其发展前景。 关键词：群智能；最优化；算法
目录 摘要 (1) 1 概述 (3) 2 定义及原理 (3) 2.1 定义 (3) 2.2 群集智能算法原理 (4) 3 主要群智能算法 (4) 3.1 蚁群算法 (4) 3.2 粒子群算法 (5) 3.3 其他算法 (6) 4 应用研究 (7) 5 发展前景 (7) 6 总结 (8) 参考文献 (9)
1 概述 优化是人们长久以来不断研究与探讨的一个充满活力与挑战的领域。很多实际优化问题往往存 在着难解性,传统的优化方法如牛顿法、共扼梯度法、模式搜索法、单纯形法等己难以满足人们需求。 因此设计高效的优化算法成为众多科研工作者的研究目标。随着人类对生物启发式计算的研究, 一些社会性动物( 如蚁群、蜂群、鸟群) 的自组织行为引起了科学家的广泛关注。这些社会性动物在漫长的进化过程中形成了一个共同的特点: 个体的行为都很简单, 但当它们一起协同工作时, 却能够“突现”出非常复杂的行为特征。基于此,人们设计了许多优化算法,例如蚁群算法、粒子群优化算法、混合蛙跳算法、人工鱼群算法,并在诸多领域得到了成功应用。目前, 群智能理论研究领域主要有两种算法: 蚁群算法(Ant Colony Optimization, ACO) 和粒子群优化算法(ParticleSwarm Optimization, PSO)。 2 定义及原理 2.1 定义 群集智能优化算法源于对自然界的生物进化过程或觅食行为的模拟。它将搜索和优化过程模拟成个体的进化或觅食过程，用搜索空间中的点模拟自然界中的个体；将求解问题的目标函数度量成个体对环境的适应能力；将个体的优胜劣汰过程或觅食过程类比为搜索和优化过程中用好的可行解取代较差可行解的迭代过程。从而，形成了一种以“生成+检验”特征的迭代搜索算法，是一种求解极值问题的自适应人工智能技术。各类优化算法实质上都是建立问题的目标函数，求目标函数的最优解，因而实际工程优化问题均可转化为函数优化问题。其表达形式如下： 求： ,,2,1,0)(..), (min , ,,2,1,),,,(21Lm j X g t s X f n L i x L x x X i T n i =≤== 。Ω∈X 其中， i X 为设计变量；)(X f 为被优化的目标函数；0)(≤X g j 为约束函数；Ω为设计变量的 可行域。
关于“智能台灯的设计与开发”的文献综述 一、前言部分 毕业设计是大学四年最后一个阶段特别重要的一个作业，它能让我们将大学四年学习的课本知识联系到具体的应用当中去。它是对我们大学阶段所学知识的一次综合运用，不但能使我们各方面的知识系统化，而且使所学知识实践化。要求我们了解并掌握硬件知识，软件知识，培养我们独立分析解决实际问题的能力及创新能力，并锻炼我们调查研究，搜集资料、查阅资料及阅读中、外文文献的能力等，为以后独立工作贡献社会做大学期间最后的准备。 我选择的设计题目是智能台灯的设计与开发。随着智能化时代的到来，智能产品层出不穷，已逐步渗入到人们工作和生活的方方面面。当前，患有近视眼的人数越来越多，我国近视眼发病率尤其突出。由于没有正确使用台灯，当光线变得昏暗时忘记及时打开台灯，或者长时间在高亮度的台灯下工作，久而久之，都会对视力产生一定的影响。虽然市场上已出现了具有调亮功能概念的台灯，但其仍不具备成熟的自动调亮功能。本设计所制作的智能台灯具备手动和自动调节两种模式，同时还加入了人体检测功能，可实现人走灯灭。在保护视力的同时，也为节能环保做出了一份贡献。 二、主题部分 2.1传统台灯与智能台灯的区别 传统的台灯的功能比较单一，主要就是为了实现照明，既不节约也不环保。而智能灯的主要含义是除了智能灯体，还有一个手持智能控制设备，智能灯控制设备具备计算能力和网络联接能力，通过应用程序，功能可以不断扩展。智能灯的核心功能是控制、灯光效果、创作、分享、光与音乐互动、光提升健康和幸福。 2.2智能台灯的发展方向 2.2.1、走向以人为本的科学化照明 智能化灯将从纯粹的智能功能的发展转向更注重人的行为的智能灯控。以人的行为、视觉功效、视觉生理心理研究为基础，开发更具有科学含量的，以人为本的高效、舒适、健康的智能化照明。 2.2.2、满足个性化、层次化的照明 智能技术与灯光控制的结合使照明更进一步地满足不同个体、不同层次群体的照明需求，是使照明从满足一般人的需求到满足个体、个性需求的必不可少的技术手段。这也应该是智能灯的发展方向。 2.2.3、智能技术与新光源及新照明技术的结合，创造崭新的照明文化 智能技术和电子开关等新照明光源和照明技术的结合，将构筑崭新的照明技术平台，其应用领域从智能家居照明到智能化的城市照明，有无限广阔的前景，并且正在创造一种崭新的高技术和高科学思想含量的照明文化。智能化照明的出现是灯具市场的发展趋势。 2.3此款台灯的有关技术知识 本人设计的智能台灯涉及的主要内容有热释电红外传感器技术，PWM脉冲宽度调制技术，模—数转换技术，电子电路技术以及有关的编程知识。 2.3.1热释电红外传感器 它主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探
Computer Science and Application 计算机科学与应用, 2019, 9(6), 1216-1222 Published Online June 2019 in Hans. https://www.doczj.com/doc/4e4600444.html,/journal/csa https://https://www.doczj.com/doc/4e4600444.html,/10.12677/csa.2019.96136 Research on Intelligent Wheelchair Control System Tianping Zhang1,2, Yijian Gong1 1School of Information Engineering, Wuchang Institute of Technology, Wuhan Hubei 2School of Logistics Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan Hubei Received: Jun. 10th, 2019; accepted: Jun. 21st, 2019; published: Jun. 28th, 2019 Abstract Wheelchairs, as an important means of transportation, play an important role in daily life for people with mobility disabilities, including the elderly or the disabled. How to design a better in-telligent wheelchair, effective wheelchair control scheme and interactive operation mode is of great significance to provide more efficient and safer travel services for people with mobility dis-abilities. This paper studies the wheelchair control structure, wheelchair control mode, wheel-chair status monitoring, and provides an effective basis for caring for the elderly. Keywords Intelligent Control, Intelligent Alarm, Safety Monitoring 智能轮椅控制系统研究 张天平1,2，龚义建1 1武昌工学院信息工程学院，湖北武汉 2武汉理工大学物流工程学院，湖北武汉 收稿日期：2019年6月10日；录用日期：2019年6月21日；发布日期：2019年6月28日 摘要 对于包括老年人或者残疾人在内的行动不便人群，轮椅作为重要代步工具，在日常生活中扮演着重要的角色。如何设计出更好的智能轮椅，以及有效的轮椅控制方案和交互操作方式，为行动不便人群提供更加高效、更加安全的出行服务具有十分重要的意义。本文研究了轮椅控制结构、轮椅控制模式、轮椅状
人工智能研究方法的文献综述 1、前言 本文综述了人工智能的主要研究方法，并对各方法进行分析和总结，并阐述了目前人工智能研究方法日趋多样化的研究现状。 2、主题 研究方法，对一个问题的研究方法从根本上说分为两种：其一，对要解决的问题扩展到他所隶属的领域，对该领域做一广泛了解，研究该领域从而实现对该领域的研究，讲究广度，从对该领域的广泛研究收缩到问题本身；其二，把研究的问题特殊化，提炼出要研究问题的典型子问题或实例，从一个更具体的问题出发，做深刻的分析，研究透彻该问题，再一般化扩展到要解决的问题，讲究研究深度，从更具体的问题入手研究扩展到问题本身。 人工智能的研究方法主要可以分为三类：一、结构模拟，神经计算，就是根据人脑的生理结构和工作机理，实现计算机的智能，即人工智能。结构模拟法也就是基于人脑的生理模型，采用数值计算的方法，从微观上来模拟人脑，实现机器智能。采用结构模拟，运用神经网络和神经计算的方法研究人工智能者，被称为生理学派、连接主义。二、功能模拟，符号推演，就是在当前数字计算机上，对人脑从功能上进行模拟，实现人工智能。功能模拟法就是以人脑的心理模型，将问题或知识表示成某种逻辑网络，采用符号推演的方法，实现搜索、推理、学习等功能，从宏观上来模拟人脑的思维，实现机器智能。以功能模拟和符号推演研究人工智能者，被称为心理学派、逻辑学派、符号主义。三、行为模拟，控制进化，就是模拟人在控制过程中的智能活动和行为特性。以行为模拟方法研究人工智能者，被称为行为主义、进化主义、控制论学派。 人工智能的研究方法，已从“一枝独秀”的符号主义发展到多学派的“百花争艳”，除了上面提到的三种方法，又提出了“群体模拟，仿生计算”“博采广鉴，自然计算”“原理分析，数学建模”等方法。人工智能的目标是理解包括人在内的自然智能系统及行为，而这样的系统在实在世界中是以分层进化的方式形成了一个谱系，而智能作为系统的整体属性，其表现形式又具有多样性，人工智能的谱系及其多样性的行为注定了研究的具体目标和对象的多样性。人工智能与前沿技术的结合，使人工智能的研究日趋多样化。 3、总结 人工智能的研究方法会随着技术的进步而不断丰富，很多新名词还会被提出，但研究的目的基本不变，日趋多样化的研究方法追根溯源也就是研究问题的两种方法的演变。对人工智能中尚未解决的众多问题，运用基本的研究问题的方法，结合先进的技术，不断实现智能化。人工智能与前沿技术密切联系，人工智能的研究方法必然日趋多样化。 4、参考文献 （1）人工智能技术导论廉师友西安电子科技大学出版社2007.8 （2）人工智能研究方法及途径熊才权2005年第三期 （3）人工智能学派及其在理论、方法上的观点蔡自兴1995.5 （4）人工智能研究的主要学派及特点黄伟聂东陈英俊2001第三期 （5）人工智能研究对思维学的方法论启示尹鑫苏国辉2002.10第四期
文献综述 前言 从20世纪40年代起，特别是第二次世界大战以来，自动化随着工业发展和军事技术需要而得到了迅速的发展和广泛的应用。如今，自动控制技术不仅广泛应 用于工业控制中，在军事、农业、航空、航海、核能利用等领域也发挥着重要的 作用。例如，电厂中锅炉的温度或压力能够自动恒定的不变，机械加工中数控 机床按预定程序自动地切削工件，军事上导弹能准确地击中目标，空间技术中人 造卫星能按预定轨道运行并能准确地回收等，都是应用了自动控制技术的结果。 自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置对机器设备或生产过程进行控制，使之达到预期的状态或性能要求。 双容水箱液位控制系统就是自动控制技术在液位控制方面的应用。其在化工，能源（电厂）等工业工程控制中得到了广泛应用。 过程控制的发展历程 随着过程控制技术应用范围的扩大和应用层次的深入，以及控制理论与技术的进步和自动化仪表技术的发展，过程控制技术经历了一个由简单到复杂，从低 级到高级并日趋完善的过程。 1过程控制装置的发展 1.1基地式控制阶段（初级阶段） 20世纪50年代，生产过程自动化主要是凭借生产实践经验，局限于一般的控制元件及机电式控制仪表，采用比较笨重的基地式仪表（如自力式温度 控制器、就地式液位控制器等），实现生产设备就地分散的局部自动控制。在设 备与设备之间或同一设备中的不同控制系统之间，没有或很少有联系，其功能往 往限于单回路控制。其过程控制的主要目的是几种热工参数（温度、压力、流量 及液位）的定值控制，以保证产品质量和产量的稳定。 1.2单元组合仪表自动化阶段 20世纪60年代出现了单元组合仪表组成的控制系统，单元组合仪表有电动和气动两大类。所谓单元组合，就是把自动控制系统仪表按功能分成若干 单元，依据实际控制系统结构的需要进行适当的组合。单元组合仪表之间用标准 统一的信号联系，气动仪表（QDZ系列）信号为0.02～0.1MPa气压信号，电动 仪表信号为0～10mA直流电流信号（DDZ-II系列）和4～20mA直流电流信号 （DDZ-III系列）因此单元组合仪表使用方便、灵活。由于电流信号便于远距离 传送，因而实现了集中监控和集中操纵的控制系统，对于提高设备效率和强化生 产过程有所促进，适应了工业生产设备日益大型化于连续化发展的需要。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/4e4600444.html, 智能教学系统：起源、发展与未来 作者：梅鑫华吴伟 来源：《中国教育技术装备》2013年第15期 摘要追溯ITS的起源与形成，从体系结构、ITS国际会议论文主题、典型ITSs三个方面，重点分析介绍ITS的发展，并从学习理论、计算机科学与技术及学科有机整合三个方面探讨ITS的未来。 关键词智能教学系统；约束模型；学习支持系统 中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1671-489X（2013）15-0048-03 科学与技术的发展，使得智能化成为现实。而智能化工具作为人类智能的延伸，使得各领域的智能化成为其发展的必然趋势。将智能化引入教育领域，形成智能教学系统（Intelligent Tutoring System，简称 ITS）。由计算机系统模拟专家的思维过程，效仿教师的策略选择和方案实施，帮助和引导学生学习，实现个性化和适应性教学。 1 什么是智能教学系统 1.1 智能教学系统的概念 智能教学系统（ITS）是一种借助于人工智能技术，让计算机扮演教师的角色实施个别化教学，向不同需求、不同特征的学习者传授知识，提供指导的适应性学习支持系统（Adaptive Learning System）[1]。这是目前国内学者普遍接受的观点。而国外有学者认为，所有智能教学系统有一个共同的目标：提供支持学习的教师服务[2]。 1）智能的本质：适应性。主要表现为能判断不同认知水平、知识水平的学生，并灵活提供相适应的教学材料，实施相对应的教学策略。 2）ITS的需求价值：提供服务。即面对不同学生的需求，能提供相适应的教师服务。 1.2 智能教学系统的学科基础 人类认识的深入、技术的发展，使得许多新兴学科相继形成并蓬勃发展。智能教学系统正是在认知科学、智能技术的不断深入与发展下而形成的，其学科基础主要包括两个方面。 1）“智能”相关学科：计算机软件、计算机应用技术、信息学、人工智能。
人工智能的形成及其发展现状分析 冯海东 （长江大学管理学院荆州434023） 摘要：人工智能的历史并不久远，故将从人工智能的出现、形成、发展现 状及前景几个方面对其进行分析，总结其发展过程中所出现的问题，以及发展现状中的不足之处，分析其今后的发展方向。 关键词：人工智能，发展过程，现状分析，前景。 一．引言 人工智能最早是在1936年被英国的科学家图灵提出，并不为多数人所认知。 当时，他编写了一个下象棋的程序，这就是最早期的人工智能的应用。也有著名的“图灵测试”，这也是最初判断是否是人工智能的方案,因此，图灵被尊称为“人工智能之父”。人工智能从产生到发展经历了一个起伏跌宕的过程，直到目前为止，人工智能的应用技术也不是很成熟，而且存在相当的缺陷。 通过搜集的资料，将详细的介绍人工智能这个领域的具体情况，剖析其面临的挑战和未来的前景。 二．人工智能的发展历程 1. 1956年前的孕育期 (1) 从公元前伟大的哲学家亚里斯多德(Aristotle)到16世纪英国哲学家培根(F. Bacon)，他们提出的形式逻辑的三段论、归纳法以及“知识就是力量”的警句，都对人类思维过程的研究产生了重要影响。 （2）17世纪德国数学家莱布尼兹(G..Leibniz)提出了万能符号和推理计算思想，为数理逻辑的产生和发展奠定了基础，播下了现代机器思维设计思想的种子。而19世纪的英国逻辑学家布尔（G. Boole）创立的布尔代数，实现了用符号语言描述人类思维活动的基本推理法则。 （3） 20世纪30年代迅速发展的数学逻辑和关于计算的新思想，使人们在计算机出现之前，就建立了计算与智能关系的概念。被誉为人工智能之父的英国天才的数学家图灵（A. Tur-ing）在1936年提出了一种理想计算机的数学模型，即图灵机之后,1946年就由美国数学家莫克利（J. Mauchly）和埃柯特（J. Echert）研制出了世界上第一台数字计算机，它为人工智能的研究奠定了不可缺少的物质基础。1950年图灵又发表了“计算机与智能”的论文，提出了著名的“图灵测试”，形象地指出什么是人工智能以及机器具有智能的标准，对人工智能的发展产生了极其深远的影响。 （4） 1934年美国神经生理学家麦克洛奇(W. McCulloch) 和匹兹(W. Pitts )建立了第一个神经网络模型，为以后的人工神经网络研究奠定了基础。 2. 1956年至1969年的诞生发育期 (1)1956年夏季，麻省理工学院（MIT)的麦卡锡（J．McCarthy）、明斯基（M. Minshy）、塞尔夫里奇（O. Selfridge)与索罗门夫(R. Solomonff)、 IBM的洛
智能鱼缸控制系统研究背景现状与发展趋势 1 研究背景 (1) 2 国内外研究现状及发展趋势 (2) 1 研究背景 随着我国经济的发展和人民生活水平的大幅度提高，人们的消费观念变化很大，消费档次与水平都在提高，人们的生活品味越来越高，环境的个性化、环保化也越来越受到人们的重视，与之相关的休闲、居家装饰等行业相应的日显蓬勃发展之势。人们开始渴望那大自然的宁静与和谐，而一个生机盎然、苍翠欲滴的鱼草水族箱不但可以给人带来无比宽松舒适的美感，更能调节居住环境，让人们感受那久违的大自然，让大自然的美景在自己的身边长存。水族行业正是在这种需求下应运而生的。 “鱼缸”又称为“水族箱”，“水族箱”一词起源于英国，沿用至今已超过了150年。当时的定义仅仅是一个养动植物的水容器，而随着科技水平的不断进步，以及人们养殖观赏鱼和种植水草的水平的不断提高，水族箱不仅被认为是一个养动植物的容器，而且被认为是自然域的一个缩影，是一相对完备的生态系统。在早期，水族箱多用于展览馆、公园等大众化的场所供大家观赏，随着生活水平的提高，科技和水族养殖业的快速发展。水族箱已成为普通家庭的室内装饰。近年来，这种以水草、金鱼为主的水族箱被称作“水中微缩的鱼草园林”，深受人们的喜爱，但由于人们缺乏养护的技艺或者是由于时间原因不能及时进行养护，往往“好景不长”，最后的结局多是“草桔鱼亡”。 在家居环境或是休闲娱乐场所都有各种各样的鱼缸，而保持一个适宜鱼类生活的环境是一件非常耗精力的工作。针对鱼类生活环境的净化和改善的设备有很多，目前市场上常用的鱼缸控制系统有：水温控制、充氧控制、过滤控制等相关系统。但是由于产品繁多，功能不统一，而且大多是非智能化的、单一的恒温控制、充氧或照明系统。如果仅仅是把多个单独的设备组成一套多功能的鱼缸控制系统，需要投入的费用较大，同时多个单一器件机械化的组装之后，也存在一定的资源浪费。这样不仅增加了成本，重复投资，影响美观，而且功能使用不灵活、不方便，整体性能也无法得到提升。 因此，根据当前市场的需求，以鱼缸中的水温、溶氧量、光照等的控制为研究对象，形成一套集多个功能为一体的控制系统。该设计不仅解决了人们在日常生活中对鱼缸的维护问题，还对利用高新技术改造原有的普通家居的发展有一定的实际意义和研究价值。
多智能体系统及其协同控制研究进展 摘要：:对多智能体系统及其协同控制理论研究和应用方面的发展现状进行了简要概述.首先给出Agent及多Agent 系统的概念和特性等,介绍了研究多Agent系统协同控制时通常用到的代数图论;然后综述了近年来多Agent系统群集运动和协同控制一致性方面的研究状况,并讨论了其在军事、交通运输、智能机器人等方面的成功应用;最后,对多Agent系统未来的发展方向进行了探讨和分析,提出几个具有理论和实践意义的研究方向,以促使多Agent系统及其协同控制理论和应用的深入研究. 关键词：多Agent系统(MAS)；协同控制；代数图论；群集运动；一致性协议 Advances in Multi-Agent Systems and Cooperative Control Abstract: Progress in multi-Agent systems with cooperative controlwas reviewed in terms of theoretical research and its applications. Firs,t concepts and features used to define Agents and multi-Agents were analyzed. Then graph theory was introduced, since it is often used in research on cooperative control of multi-Agent systems. Then advances in swarming/flocking as well as the means used to derive a consensus among multi-Agents under cooperative control were summarized. The application of these abilitieswas discussed for the military, transportation systems,and robotics. Finally, future developments for multi-Agent systemswere considered and significant research problems proposed to help focus research on key questions formulti-Agent systemswith cooperative control. Key words:Multi-Agent system (MAS) ; Cooperative control; Graph theory; Swarming/ flocking; Consensus protocol 分布式人工智能是人工智能领域中一个重要的研究方向,而多Agent系统(multi-Agent systemMAS)则是其一个主要的分支. 20世纪90年代,随着计算机技术、网络技术、通信技术的飞速发展,Agent及MAS的相关研究已经成为控制领域的一个新兴的研究方向.由于Agent体现了人类的社会智能,具有很强的自治性和适应性,因此,越来越多的研究人员开始关注对其理论及应用方面的研究.目前,人们已经将MAS的相关技术应用到交通控制电子商务、多机器人系统、军事等诸多领域.而在MAS中,Agent之间如何在复杂环境中相互协调,共同完成任务则成为这些应用的重要前提.近年来,从控制的角度对MAS进行分析与研究已经成为国内外众多学术机构的关注热点,人们在MAS协同控制问题上做了大量的研究工作,特别是在MAS群集运动控制和协同控制一致性问题方面取得了很大的进展.目前对MAS的研究总体上来说还处于发展的初步阶段,离真正的实用化还有一定的距离;但其广泛的应用性预示着巨大的发展潜力,这必将吸引更多专家、学者投入到这一领域的研究工作中,对MAS的理论及应用做进一步探索.根据上述目的,本文主要概述了多智能体系统(MAS)在协同控制方面的研究现状及其新进展. 1Agent与MAS的相关概念 1.1Agent的概念 Agent一词最早可见于Minsky于1986年出版的《Social of Mind》一书中.国内文献中经常将Agent翻译为:智能体、主体、代理等,但最常见的仍是采用英文“Agent”；因为Agent的概念尚无统一标准,人们对于
第1章 群体智能算法概述 1975年，美国Michigan大学的John Holland[1]教授发表了其开创性的著作《Adapatation in Natural and Artificail System》，在该著作中John Holland教授对智能系统及自然界中的自适应变化机制进行了详细阐述，并提出了计算机程序的自适应变化机制，该著作的发表被认为是群体智能（Swarm Intelligence）[2]算法的开山之作。随后，John Holland和他的学生对该算法机制进行了推广，并正式将该算法命名为遗传算法（Gentic Algorithm，GA）[3]~[5]。遗传算法的出现和成功，极大地鼓舞了广大研究工作者向大自然现象学习的热情。经过多年的发展，已经诞生了大量的群体智能算法，包括：遗传算法、蚁群优化（Ant Colony Optimization，ACO）[6]~[7]算法、差异演化（Differential Evolution，DE）[8]~[12]算法、粒子群优化（Particle Swarm Optimization，PSO）[13]~[16]算法等。 随着群体智能算法在诸如机器学习、过程控制、经济预测、工程预测等领域取得了前所未有的成功，它已经引起了包括数学、物理学、计算机科学、社会科学、经济学及工程应用等领域的科学家们的极大兴趣。目前关于群体智能计算的国际会议在全世界各地定期召开，各种关于信息技术或计算机技术的国际会议也都将智能进化技术作为主要研讨课题之一。甚至有专家指出，群体智能计算技术、混沌分析技术、分形几何、神经网络等将会成为研究非线性现象和复杂系统的主要工具，也将会成为人们研究认知过程的主要方法和工具。 1.1 群体智能算法的特点 1.1.1 智能性 群体智能算法通过向大自然界中的某些生命现象或自然现象学习，实现对于问题的求解，这一类算法中包含了自然界生命现象所具有的自组织、自学习和自适应性等特性。在运算过程中，通过获得的计算信息自行组织种群对解空间进行搜索。种群在搜索过程中依据事先设定的适应度函数值，采用适者生存、优胜劣汰的方式进化，所以算法具有一定的智能性。 由于群体智能算法具有的这种优点，应用群体智能算法求解问题时，不需要事
文献综述 智能建筑起源于20世纪80年代初的美国，经过短短几十年的迅猛发展，已在世界各地逐步广泛普及开来。近几年来，随着计算机的普及和信息产业的发展，人们对居住环境要求的不断提高，“智能化”的概念也逐渐被引入了现代化住宅小区建设当中，智能小区已成为现代建筑行业中，继单一型智能建筑之后的又一热点，得到业内人士的广泛关注，并进入快速发展阶段。目前，智能小区不仅成为房地产开发商的投资的重点，而且也是人们购房的新热点。智能化住宅将成为21世纪的概念住宅。 据我国建设部住宅产业化办公室提出的智能化住宅小区新概念，即：在现代化的城乡住宅小区内综合采用微型计算机、自动控制、通信与网络等技术，建立一个由住宅小区综合物业管理中心与安防系统，信息通信服务与管理及家庭智能化系统组成的“三合一”住宅小区服务与管理集成系统，使小区与每个家庭达到安全、舒适、温馨和便利的环境。 理想的智能化家居可以使人们足不出户就可以进行网络漫游、电子购物、网上医疗、参观虚拟博物馆和图书馆、点播自己喜爱的影视节目，甚至在数千里之外通过因特网遥控家里的电器的开关和调节器，从而调整房间照明亮度、控制环境的温度和湿度等。当家庭中发生安全警报时(盗警、火警、煤气泄漏以及疾病紧急呼救等)，在外的家庭成员可以接到报警信息，并可通过电话或网络查询确认家庭中的安全状况。智能化工程各系统要体现当今时代潮流，设计合理，具有既可单独操作控制，又能整体管理的功能，安装维护方便，安全可靠。智能化工程的核心在于其强大的一体化智能网络系统，它是智能住宅的灵魂和中枢。具体而言，既通过小区物业管理中心控制室实现对整个小区的功能控制和物业信息管理，把各相互独立的弱电子系统构件整合一个完美的整体，协同工作，并可视具体要求和将来发展任意拆装各弱电子系统。 对小区智能化系统，基本要求是：小区智能化系统的建设要达到建设部提出
智能家居控制系统的研究与分析 摘要：智能家居可以定义为某个目标或系统。利用先进的计算机，网络通信， 自动控制等技术，与家庭生活相关的各种应用子系统有机地结合在一起，通过综 合管理使家庭生活更加舒适，安全，有效，节能。智能家居相较于普通家庭，除 了具备传统的生活要求功能，同时还提供舒适，安全，节能，高度人性化的生活 空间，将一套被动和静态的家用设备转变为具有“智慧”的工具。提供全方位的信 息交流功能，帮助家庭和外界保持信息交流，优化人们的生活方式，帮助人们有 效安排时间，提高家庭生活安全性，并为家庭节省能源费用等。 关键词：智能家居；综合管理；舒适 前言 由于智能家居的智能化系统需要保证 24 小时运行，因此，必须足够重视智能家居系统的安全性，稳定性和可靠性，以确保各子系统在信息交互程度上的稳定 和实用性不受到控制影响。各子系统自身也需要建立保护机制，如：系统链路的 双冗余备份等。并且在复杂系统环境下有应变机制，能够快速应对变化的能力。 智能家居的概念始于 20 世纪 80 年代初的美国，被称为“Smart Home”。第一 代通过同轴电缆和双芯电缆实现家庭联网，实现照明，窗帘和少量安全防护控制；第二代通过网络和 IP 技术组网实现视频对讲和安全防护功能；第三代是由中央控 制单元完成的集中式智能控制系统，由中控单元完成计量、安防等方面的功能； 第四代是基于互联网技术，根据用户的需求进行个性化的综合性系统。 安全技术是智能家居系统的最基本、核心的技术。它广泛运用于社区和室内 视频呼叫设备，家庭监控，家庭防盗警报和家庭相关的智慧小区。自动控制技术 是智能家居系统必不可少的技术，它广泛用于智能家居控制中心和家用电器的自 动控制模块。它在家庭能源的科学管理和家庭设备的日常管理中发挥着重要作用。 1 国内外研究动态 国外智能家居已经有几十年的历史了，在20世纪八九十年代，智能建筑出现在美国。在此阶段比尔·盖茨也是非常感兴趣的，耗资数千万美元打造了位于美国 西雅图的华盛顿湖畔，名叫“世外桃源2.0”的智能家居豪宅。随着比尔盖茨智能家居的建立，未来智能家居的理念得到了所有人的认可。在智能家居系统研究和开 发方面，美国和欧洲的几个国家一直处于领先地位，新加坡、日本和韩国的研发 地位紧随其后，各个国家都希望在智能家居市场上能够立足。例如，在早期，有 一个由微软开发的“梦想之家”智能家居系统、Nespot 的家庭安全系统。还有三星 还开始为智能家居平台构建原型，主要推广其产品。在 CES 上，三星于2014年 推出了智能家居平台 SmartHome。利用此平台，可以通过网络连接家庭中的各种 设备，并通过智能手机，平板电脑，智能手表，智能电视等控制家庭中的智能家居。由于智能家居具有非常吸引人的前景和巨大的市场，海外市场也需要时间来 进行实施，但这并不妨碍各国公司对智能家居市场的占领欲望。 2013 年 1 月，住宅城市发展部联合开发发展改革委员会宣布了“绿色建筑行 动计划”，要求严格执行城市新建筑的节能标准，完成绿色建筑 10 亿平方米的建设。智能家居无疑是实现绿色建筑的重要武器，对于节能减排具有重要作用。2013年 2 月，工业和信息化部宣布了“十二五”物联网发展规划，并将智能家居纳 入九大应用示范项目领域。4 月 1 日，国家政策引入了每个新社区必须具备访问
汽车智能防撞系统的研究 摘要：本文综述世界智能车辆技术在自动防撞方面的应用现状，结合我国高速公路、驾驶习惯及现有传感器的技术状况，分析探究适合中国高速公路及现实国情的汽车智能防撞装置。根据所要实现的基本功能，对比当前采用的四种常用测距方法，最终选用红外激光测距原理，建立了系统方案。汽车红外激光智能防撞装置是一种主动式防撞系统，它能使反应时间、距离、速度三个方面都能得到良好的优化控制，可以有效地避免汽车追尾碰撞事故的发生，该系统在汽车领域的应用与其所能带来的经济效益和社会效益将会是相当可观的。 关键词：智能防撞激光测距雷达测距单片机语音报警 1 前言 1.1课题研究的价值和意义 随着我国改革开放的不断深入和社会主义经济的不断发展，人们的物质生活日益提高，汽车己经进入千家万户，公路交通呈现出行驶高速化、车流密集化和驾驶员非职业化的趋势;与此同时，也带来了一个不可避免的问题:交通事故逐年上升。 2004年，全国公安机关交通管理部门共受理道路交通事故51.8万起，造成107077人死亡，比2003年增加2705人，上升2.6%;直接财产损失23.9亿元。在各类事故形态中，机动车碰撞事故占绝大多数。2004年，全国共发生机动车碰撞事故400389起，造成77081人死亡、375620人受伤，分别占总数的77.3%、72%和78.1%。其中，正面相撞事故123577起，造成31715人死亡、128447人受伤，分别占总数的23.9%、29.6%和26.7%;侧面相撞事故196798起，造成29900人死亡、186683人受伤，分别占总数的38%、27.9%和38.8%;追尾相撞事故80014起，造成15466人死亡、60490人受伤，分别占总数的15.5%、14.4%和12.6%。从以上数据，足以说明公路交通安全已是我国面临的重大问题。 我国的高速公路起步随晚，但发展较快。据统计，高速公路每百公里事故率为普通公路的4倍多。高速公路的事故类型，大多数为车辆的追尾碰撞事故，这是由高速公路的特点所决定的。高速公路具有汽车专用、分割行驶、控制出入、全部立交、限制车速以及高标准、设施完备等特点。高速公路由于排除了行人、非机动车的干扰，从而保证车辆可以高速行驶，而具有路面宽阔、标示醒目、标线分明、全线封闭等特点。保证了高速公路具有行车速度快、交通流量大的优点。我国，一般公路平均时速为40~50Km/h，而高速公路平均时速可达80Km/h以上。高速公路车辆速度快、干扰小的特点也促使其发生的事故性质比较严重，一旦发生事故，多数是恶性的交通事故。分析高速公路交通事故的类型和原因，发现超速行驶、恶劣天气时很容易发生制动测滑、甩尾或行车视距不足而导致的追尾碰撞事故。死亡事故中65%以上是追尾相撞造成的。由此可见，如何提高汽车行驶安全性，减少交通事故及其损失，己经刻不容缓的摆在研究人员的面前。 据有关部门对交通事故的统计分析，发现在司机—汽车—环境三要素中，司机是可靠性最差的一个环节，80%以上的事故是由于司机反映不及时或判断失误引起。计算表明，司机反映迟缓1秒，速度为80Km/h的汽车要前进约22.2米，由此可能产生不堪设想的后果。若在夜间或雨、雪、雾等恶劣天气条件下，汽车在中、高速行驶时，很难及时发现前方障碍物并采取必要应急措施。统计表明，在发生撞车的事故中，45%是司机没有看清楚前面车辆所处的位置，30%是发现前方车辆但为时己晚，特别在汽车高速行驶的情况下，前方目标正确识别与否至关重要。根据汽车驾驶自动化和智能化的发展趋势，汽车防撞系统的研制有着重要的意义。 1.2研究的现状
智能家居PLC控制系统实现研究 摘要：随着当前人们生活质量的提升，对居住环境和功能的要求也逐渐提升，科学技术的进步则在这一过程中得到了广泛的应用，智能家居PLC控制系统的实现对人们的家居环境的改善有着重要的促进作用。文章主要就智能家居PLC控制系统的优势进行分析，并结合实际对职能家居PLC 控制系统的软硬件设计及功能实现加以探究，希望此次理论研究能对实际操作起到一定指导作用。 关键词：智能家居；PLC控制系统；软硬件设计 引言 随着人们生活水平的改善智能家居已经有了大幅度提升，智能家居主要是建立在住宅平台基础上的，所以有着多种功能，其在系统结构以及管理方面都有着集中的体现。当前的智能家居系统当中所采用的八位或者是十六位单片机是智能控制的核心处理单元，在功能上也相对比较简单化，扩展性能相对较差，所以为能优化这一控制系统，对其采取PLC控制系统的设计策略，从而改善这一现状。 1 智能家居PLC控制系统的优势分析 地产业的智能化以及宽带化的发展使得家居智能控制系统也成为主流，家居智能化在全国的发展比较迅速，这对
家庭的安防工作有着重要的保障作用。智能家居自动控制过程中主要是通过对PLC以及多种软件的应用才能够得以实现的智能控制，这在系统运行的安全可靠性方面能够得到大幅度提升，对继电器的使用得到了减少，从而就使得控制系统在结果上也比较简便，对线路也有了优化实现[1]。PLC系统能有效实现自动检测故障以及显示报警的功能，对检修也比较方便，并能够对系统的控制方案在不改变硬件电路情况下得以有效实现，并在费用上也能够最少化。 2 智能家居PLC控制系统的软硬件设计及功能实现 2.1 智能家居PLC控制系统的硬件设计 在智能家居PLC控制系统的电源模块硬件设计过程中，整流是在通过具备单向导电性元器件将大小和方向交变交 流电转换成直流电的过程。单相整流电路分为单相半波整流电路以及全波整流电路等。对控制模块的硬件设计过程中主要是通过欧姆龙的CPIL系列的PLC，其终端控制系统当中主要控制电动机运转，在不同的机械装置作用下控制自动门窗等终端设备运行。保护模块的硬件设计方面，为能有效对电机过载运行以及电机堵转过电流保护，要能对电路电流实施检测，电流检测模块存在两路信号输出端，也就是采样电流信号转换电压输出端以及TTL高低电平信号输出端[2]。 而在传感器的信号采集硬件设计方面，智能家居传感信号采集部分主要是由可编程序控制器PLC以及驱动执行部
多智能体系统的协调控制相关内容 摘要 近年来，多智能体系统的协调控制在多机器人合作控制"交通车辆控制"无人飞机编队和网络的资源分配等领域有着广泛的应用，成为当前控制学科的一个热点问题’首先介绍了 多智能体系统的研究背景和智能体的概念; 然后从多智能体系统协调控制包含的几个问题 入手，即群集问题、编队控制问题、一致性问题和网络优化问题等，对其国内外的发展现状进行了总结和分析; 最后，给出了多智能体系统有待解决的一些问题，以促进对多智能体系统协调控制理论与应用的进一步研究。 关键词 多智能体系统; 一致性; 队形控制;群集/蜂拥 0 引言 在落叶飘飞的秋天，人们经常看见大雁排着整齐的人字型队伍迁徙到南方; 在阴暗潮湿的环境下，细菌部落聚集而生; 夏天池塘的青蛙同时发出哇哇的叫声; 夏日的一群萤火虫同时发出一闪一亮的光线; 自然界中成群的蜜蜂，事先没有商量建筑蜂巢的蓝图，但是它们各自搬运泥土，筑成了坚固的蜂巢; 在海洋中某些鱼类，具有规则队形聚集在一起运动，当发现新的食物来源或者受到外部攻击时，原来规则的队形被打乱了，但是在没有外界力量的介入下，一段时间之后，这群鱼类又建立了规则的队形聚集在一起运动。自然界中的这些自组织现象在没有集中中央控制的条件下，是什么样的工作机制，使得内部个体相互感知和交换信息，从而外部表现出规则而有序的智能行为运动? 并且这种智能行为是单个个体所 不能达到的，因而这些现象引起了生物学家的兴趣，生物学家试图了解这些自然界生物系统内部的工作机制，期望把这些理论应用到实际的系统中，为一些新出现的系统，例如交通车辆系统"机器人编队系统"无人飞机或者水下航行器系统等复杂智能系统提供理论指导，生物学家最初使用模拟仿真实验的方法，不能在理论上真正揭示这些生物界自组织现象的本质。 在计算机和工程领域，随着它们的发展，早期的集中式和分布式计算系统不能处理越来越复杂和规模越来越大的实际问题。20世纪 70 年代以后，分布式 人工智能方法出现，能够解决当时的问题，得到了迅速的发展，但是这种分布式人工智能有其缺点，就是低层子系统个体之间的相互作用方式是被高层系统根据任务预先设定好的，采用“自上而下”的分析方法，因此缺乏灵活性，很难为实际中的复杂大系统建模。为了克服上述的缺点，美国麻省理工学院的Minsky最早提出了智能体( agent) 的概念，同时把生物界个体社会行为的概念引入到计算机学科领域。这时，生物学和计算机科学领域发生了交叉。所谓的智能体可以是相应的软件程序，也可以是实物例如人、车辆、机器人、人造卫星等。 近些年来，由于生物学、计算机科学、人工智能、控制科学、社会学等多个学科交叉和渗透发展，多智能体系统越来越受到众多学者的广泛关注，已成为当前控制学科的热点问题。对多智能体系统的研究成果日益增多。
国外教学设计研究现状与发展趋势 教学设计过程所产生的问题的讨论、教学设计研究的发展趋势等方面对国外教学设计研究的现状与发展趋势进行了系统阐述。 随着科学技术的发展，心理学、教育学理论研究的深入，教学设计近年来成为国内外教育界关注的课题之一。考察国外教学设计的研究成果，对我们深化课堂教学改革，全面推行素质教育，提高教学效率将有莫大的启发。 一、国外教学设计研究的现状 如何提高课堂教学质量和教学效率一直是教学研究的核心问题。为了解决这个问题，许多教育工作者或从改变教学媒体、方法，或从精选教学内容，或从改进评价方式和课堂管理等进行深入的研究，但同时他们又感到单一方面的改革其效果不能令人满意。因此，他们开始重新思考教学设计的问题，并借鉴认知理论、技术学等新成果；从更为系统的角度探索问题，以找到在整体上提高教学效益的突破口。 1．学设计的概念 什么是教学设计？为了更清楚的理解这个概念，让我们先了解什么是教学和设计。美国的教育学家史密斯（P.L. Smith ）和拉根（T. J.Ragan）认为，教学就是信息的传递及促进学生达到预定、专门学习目标的活动。它是教育的一个分支，包含了学习、训练和讲授等活动。所谓设计，是指在进行某件事之前所作的有系统的计划过程或为了解决某个问题而实施的计划，它可以从精确性、细致性、系统性等方面去判断其效果的好坏。设计者必须以高度的精确和谨慎态度，具有系统计划一个方案的才能进行设计，否则，会导致时间的误用、资源的浪费甚至无效、沉闷和缺乏动机的学习。因此，设计应考虑许多可能影响实施计划或受计划实施所影响的因素。如，设计者要考虑可能影响教学成功的因素，通过上课，把预先设计好的视觉、听觉及其他传递形式的信息传递出去。所以，教学设计的特点除上面谈到的精确、细致和系统之外，还应有形象性、创造性、工艺性、扩展性和自然性等特点。由此可见，教学设计就是把教学原理转换成教学材料和教学活动计划的系统过程，是指为了达到预期教学目标而运用系统观点和方法，遵循教学过程基本规律，对教学活动进行系统计划的过程，是教什么（课程和内容等）与怎么教（组织、方法、策略、手段及其他传媒工具的使用等）的过程。具体来说，一方面它象工程那样需要以过去成功的原理为基础来计划他们的工作，不仅在功能方面，而且以生动的、吸引人的方式来设计事情或活动，建立用以指导他们决策、解决问题的程序。另一方面，这个系统过程是以一种书面的形式把将要完成的事情或活动的结果写下来，而不是变成实际的产品或结果。因此，当教学媒体不仅仅是教师时，系统的计划就显得尤其重要。好的教师有能力根据学生的需要马上调节教学。但当教学媒体不能迅速加以调节时（如印刷体的材料、录像材料、以电脑为基础的教学），以教学原理为基础的设计就显得相当重要。所以，教学设计过程主要依据三个方面进行设计：第一，教学的目标是什么？第二，教学策略和教学媒体有哪些？第三，我们如何检验所达到的结果？如何评价和修改教学材料？ 韦斯特（Charles K. West ）等人则从认知科学的角度来探讨教学设计。他们认为教学就是以系统的方式传授知识，是关于技术程序纲要或指南的实施。它也是指教师的行动、实践或职业活动。设计是计划或布局安排的意思，是指用某种媒介形成某件事情的结构方式。所以教学设计的研究应从以下几个方面出发：（1）在当今复杂的社会里，人们需要学会如何学习。这种需要大大地扩大了教学的目标，它应该包括学习者将能够了解并适当地运用认知策略；（2 ）教学设计应该使用认知策略作为教学的手段；（3 ）教师将充当教学传递活动中运用认知策略和奖励认知策略运用的模范；（4）把认知策略的知识、适当的应用以及对认知策略